【摘要】本文主要解決的是鐵路平交道口安全問題。

系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)AT90S85XX為道口自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的核心，處理來自鋼軌內(nèi)側(cè)傳感器的信號(hào)并發(fā)出聲光報(bào)警。本系統(tǒng)包括傳感器系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、信號(hào)采集、信號(hào)處理系統(tǒng)，其中以單片機(jī)為核心的微機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的核心。

【關(guān)鍵詞】鐵路道口；單片機(jī)；傳感器；硬件；軟件

1.AVR單片機(jī)及系統(tǒng)簡介

單片機(jī)采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

鐵路道口指的是道路與鐵路平面相交處。公路和鐵路平交構(gòu)成了平交道口。道口是行人和車輛通過鐵路的唯一安全的通道。目前在我國鐵路網(wǎng)中還存相當(dāng)數(shù)量的平交道口。利用道口自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可以全天候?qū)咏揽诘母鱾€(gè)方向的列車進(jìn)行報(bào)警，道口管理人員根據(jù)報(bào)警器提供信息及時(shí)出場，疏導(dǎo)車輛和行人，確保列車安全通過道口。道口自動(dòng)報(bào)警器可以有效防止誤報(bào)、漏報(bào)，使行人、司機(jī)和道口管理人員注意道口信息，及時(shí)采取措施。

在道口附近兩側(cè)的線路鋼軌側(cè)面安裝傳感器，檢測列車到達(dá)信息。當(dāng)有列車接近道口并觸發(fā)傳感器時(shí)。主機(jī)安放在道口房內(nèi)，對(duì)傳感器的信息進(jìn)行數(shù)字處理，并將處理的結(jié)果通過輸出電路驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警的目的。系統(tǒng)具備如下功能：

（1）自檢功能 系統(tǒng)上電自檢各個(gè)顯示器、傳感器和語音報(bào)警電路。（2）計(jì)時(shí)功能 因?yàn)橐涗浟熊囃ㄟ^時(shí)間，所以要求系統(tǒng)具備時(shí)鐘功能。（3）報(bào)警功能 當(dāng)有列車接近道口時(shí)，系統(tǒng)在面板上數(shù)碼管顯示列車接近的時(shí)間、速度、方向和到達(dá)道口的時(shí)間。每個(gè)數(shù)字采用7段數(shù)碼管，上排八個(gè)數(shù)字顯示列車時(shí)鐘信息，下面八個(gè)數(shù)字顯示列車接近信息，并驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)室外報(bào)警喇叭發(fā)出報(bào)警語音及報(bào)警燈紅燈亮提示道口看守人員，行人及車輛注意接近列車。復(fù)原傳感器信號(hào)觸發(fā)后顯示列車離開信息。如果有兩輛車同時(shí)接近道口，兩排數(shù)碼管同時(shí)顯示兩個(gè)股道列車信息，如果有三輛列車同時(shí)接近道口，任意一排數(shù)碼管會(huì)交替閃爍兩輛列車信息。（4）故障及報(bào)警記錄功能 本系統(tǒng)將產(chǎn)生的故障和報(bào)警信息記錄并存檔，方便檢測和管理。（5）系統(tǒng)升級(jí)。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)的主要功能及系統(tǒng)所面對(duì)的復(fù)雜處理過程考慮，選擇采用了AT90S85XX作為控制芯片，AT90S85XX嵌入式高效微控制器構(gòu)成交流采樣智能節(jié)點(diǎn)，無需外擴(kuò)多通道A/D轉(zhuǎn)換器、程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并帶有內(nèi)部硬件看門狗，簡化了系統(tǒng)的硬件。傳感器采用磁電制式，整個(gè)裝置可以做成非常好的密封器件，安裝在鋼軌的內(nèi)側(cè)，當(dāng)列車經(jīng)過時(shí)就會(huì)改變永磁鐵的磁通量，在線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。磁電傳感器屬無源傳感器，工作穩(wěn)定性可靠。

為使測速準(zhǔn)確，本系統(tǒng)設(shè)檢測車輪通過兩個(gè)傳感器所用的時(shí)間為T，火車的行駛速度為V，則V=S/T。定時(shí)常數(shù)K=100μs時(shí)，利用傳感器1的信號(hào)啟動(dòng)AT90S85XX的計(jì)數(shù)器T0，同時(shí)利用傳感器2的信號(hào)關(guān)閉計(jì)數(shù)器T0記數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值為X時(shí)，則對(duì)應(yīng)的時(shí)間T為：T=KX。當(dāng)火車到達(dá)道口后系統(tǒng)不再需要繼續(xù)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為此，設(shè)置復(fù)原端傳感器。

系統(tǒng)信號(hào)處理電路包括4個(gè)相互獨(dú)立的縱向通道。每個(gè)通道設(shè)計(jì)成能夠處理8路傳感器的信號(hào)能力，總計(jì)可處理32路傳感器信號(hào)，前兩個(gè)縱向通道的16路傳感器信號(hào)構(gòu)成INT0中斷，后兩個(gè)縱向通道的16路傳感器信號(hào)構(gòu)成INT1中斷。每個(gè)信號(hào)通道由以下電路組成：信號(hào)輸入級(jí)、信號(hào)整形級(jí)、光電隔離級(jí)、鎖存選通級(jí)和中斷控制邏輯形成電路（圖略）。

傳感器信號(hào)經(jīng)以上電路處理后再交由AT90S85XX核心系統(tǒng)，系統(tǒng)將對(duì)信號(hào)做中斷處理。判斷為報(bào)警條件后，分別驅(qū)動(dòng)聲、光電路發(fā)出報(bào)警信息并記錄。單片機(jī)電源電路設(shè)計(jì)使用DC/DC直流電源模塊。語音電路核心為microchip公司生產(chǎn)的PIC16C71單片機(jī)，語音芯片為ISD（Information Storage Device）公司生產(chǎn)的ISD1420芯片。

3.軟件系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件開發(fā)可使用C語言開發(fā)，該系統(tǒng)的軟件模塊結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成，初始化及設(shè)備自檢和斷線檢測，顯示分析模塊，列車接近檢測模塊。其中初始化模塊用于系統(tǒng)參數(shù)初始化，如列車離道口的距離、報(bào)警方式等。列車接近檢測模塊檢測是否有列車到來，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序。而顯示分析模塊主要任務(wù)是顯示列車速度、列車行駛方向和到達(dá)時(shí)間。

4.系統(tǒng)的可靠性的保障

系統(tǒng) 主要的干擾源有電源干擾、空間電磁波干擾、信號(hào)傳輸通道干擾和雷電干擾等。系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)則可相應(yīng)采用電氣隔離技術(shù)、供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)、場干擾抑制、地線系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)以及電源瞬態(tài)尖峰吸收電路，同時(shí)該吸收電路也可與地線相連接后擴(kuò)展為防雷電路。