進(jìn)站信號機(jī)系統(tǒng)概述

1、第一章 進(jìn)站信號機(jī)系統(tǒng)概述第一節(jié) 課題研究背景目前鐵路運(yùn)輸?shù)玫搅己玫陌l(fā)展，有關(guān)科技進(jìn)步明顯，自動化和相關(guān)控制逐漸使用到各行各業(yè)，在確保安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，也提升了運(yùn)作效率。自動控制技術(shù)普遍使用在工業(yè)、軍事、科學(xué)分析、經(jīng)濟(jì)、金融等各個行業(yè)。機(jī)器設(shè)施可根據(jù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)與目標(biāo)，開展高效率生產(chǎn)，人充當(dāng)操作員，明確控制標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)節(jié)，不需要直接參加具體生產(chǎn)過程。使用自動化控制不只能將職員從沉重的體力勞動、繁瑣的腦力勞動和惡劣、高危險工作條件中解脫出來，此外還能在一定程度上提升生產(chǎn)效率，進(jìn)一步提高我們了解外界與改造生活的水平。所以，自動化控制是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防與科技持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵要素與明顯標(biāo)志。單片機(jī)技術(shù)的研發(fā)對社

2、會穩(wěn)定發(fā)展有積極的深遠(yuǎn)影響。單片機(jī)具備體積小、損耗少、控制功能強(qiáng)大、延伸效率高、微型化與應(yīng)用便利等優(yōu)勢，被普遍使用在設(shè)備儀器中，根據(jù)多種類型的設(shè)備，我們可以測試比如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量。使用單片機(jī)控制促使設(shè)備儀表數(shù)字化、智能化、微型化，此外功能更加齊全，效果比使用電子或數(shù)字電路更好。現(xiàn)在，使用單片機(jī)來完成自動控制，是各個行業(yè)普遍使用的方式，我國部分地區(qū)逐漸形成無法阻擋的單片機(jī)使用潮流，不同類型的產(chǎn)品和使用其完成的技術(shù)改善項目，不斷出現(xiàn)，類型眾多。各國和世界單片機(jī)學(xué)術(shù)組織隨之出現(xiàn)，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)溝通活動開始舉辦，不同類型的電子

3、期刊雜志上與其相關(guān)的內(nèi)容數(shù)不勝數(shù)，都表現(xiàn)出繁榮發(fā)展景象。即便我國和西方國家景象比較，還存在明顯的差距，然而我國近期單片機(jī)使用發(fā)展成果突出，在一定程度上促進(jìn)國內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我們也需要對此格外關(guān)注。比如，蘇州電子設(shè)施廠使用單片機(jī)順利設(shè)計出銀行計息器,質(zhì)量高、價格較低、速度與精準(zhǔn)度較高，得到銀行領(lǐng)域的認(rèn)可。現(xiàn)在被大規(guī)模制造和生產(chǎn)，年產(chǎn)量超過萬臺。其次,上海農(nóng)科院設(shè)計且順利應(yīng)用單片機(jī)制造水稻育秧棚，可以對溫度、光照強(qiáng)度、濕度等實施相應(yīng)的采樣控制，促使育秧成苗率提高到百分之九十左右，費(fèi)用減少到百分之七十。此外，重慶通信學(xué)院工廠順利設(shè)計出應(yīng)用單片機(jī)的LDJ3型頂板警報處理系統(tǒng)，對煤礦穩(wěn)定運(yùn)作產(chǎn)生積極影

4、響，利用部級鑒定之后順利開始規(guī)?；圃?。另外值得關(guān)注的是，成都電子科技大學(xué)和624所共同設(shè)計的智能數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，成都紡專研制的煮繭機(jī)溫控儀等多種相關(guān)設(shè)施，都是比較重要的單片機(jī)應(yīng)用案例。通過上述實例具有的經(jīng)濟(jì)與科技效果我們就能知道，單片機(jī)對加快國內(nèi)生產(chǎn)力進(jìn)步有積極影響。因此，其是滿足工業(yè)自動化需求的最佳機(jī)種，宣傳單片機(jī)應(yīng)用對促進(jìn)國內(nèi)各產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)持續(xù)發(fā)展具有關(guān)鍵的戰(zhàn)略價值，也是目前領(lǐng)先科技促進(jìn)生產(chǎn)力持續(xù)發(fā)展的重要現(xiàn)實表現(xiàn)。目前鐵路變成大眾出行不可缺少的交通工具，確保行車安全的方式開始從管理發(fā)展成技術(shù)，一直轉(zhuǎn)變成現(xiàn)在的自動控制系統(tǒng)。使用單片機(jī)來管控信號機(jī)有利于列車日常管理。 第二節(jié) 國內(nèi)外信

5、號機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀信號機(jī)是鐵路信號顯示的關(guān)鍵設(shè)施。其在確保行車安全,提升運(yùn)作效率與降低行車人員任務(wù)量部分具有不容忽視的關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)鐵路信號機(jī)主要使用直絲燈光源。伴隨鐵路運(yùn)作速度與效率的穩(wěn)定提升,燈絲信號機(jī)由于使用時間短暫、后續(xù)維護(hù)復(fù)雜,隱藏明顯的安全問題,目前無法滿足鐵路信號顯示需求。美國、英國、德國等國家鐵路信號器材企業(yè)開始專注于研發(fā)設(shè)計LED鐵路信號機(jī)。此類信號機(jī)和之前的燈絲信號機(jī)相比具備使用時間長、可視性最佳、不需要濾光透鏡、不存在“假顯示”、不需要維護(hù)、節(jié)約資源等眾多優(yōu)勢。以上優(yōu)點(diǎn)讓此類信號機(jī)在美國、英國、德國等國家鐵路被普遍應(yīng)用。因為鐵路信號機(jī)的優(yōu)勢,我國也陸續(xù)設(shè)計LED鐵路信號機(jī)?，F(xiàn)在

6、我國有眾多公司設(shè)計與研發(fā)此類信號機(jī),也有很多產(chǎn)品進(jìn)入到市場中,逐漸在鐵路線上應(yīng)用。秦沈客運(yùn)專線、北京局、青藏線等鐵路也采用此類信號機(jī),得到較好的成效。國內(nèi)鐵路有大概二十萬臺高柱或矮型色燈信號機(jī),上述信號機(jī)主要將雙燈絲白熾燈泡當(dāng)做光源,燈泡使用時間大概是1000小時。因為LED具備損耗的電量少、使用時間長、穩(wěn)定安全等優(yōu)勢,很多公司98年就逐漸采用上述全新光源在鐵路信號行業(yè)進(jìn)行測試與設(shè)計,得到良好的結(jié)果。綜合局勢是發(fā)展效果突出,三年前發(fā)光強(qiáng)度大概是幾百ed,兩年之前紅、綠顏色可以超過ZO00ed,黃色、月白色的光強(qiáng)度和顏色目前無法達(dá)到鐵標(biāo)標(biāo)準(zhǔn),目前發(fā)光強(qiáng)度顯著提高,紅光、綠光目前超過5000ed,

7、甚至超過西方國家西門子產(chǎn)品的光強(qiáng)度,不同顏色在改善之后就可以達(dá)到目前鐵道領(lǐng)域要求的顏色水平。現(xiàn)在最少有八家生產(chǎn)或設(shè)計LED色燈信號組織,有眾多公司開展產(chǎn)品測試很多通過鐵道部技術(shù)審核。大概超過一千臺此類信號機(jī)在秦沈客運(yùn)專線、北京局、青藏線等現(xiàn)場正式應(yīng)用,得到普通受眾的認(rèn)可。鐵道部科技司在2003年組織相關(guān)組織修訂LED鐵路信號機(jī)構(gòu)技術(shù)條件(暫行),制定相同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),為后續(xù)宣傳奠定良好的基礎(chǔ)。在進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗的時候通信信號檢驗站承擔(dān)眾多測試任務(wù)和活動。不只地面信號機(jī),此外手信號燈、客車床頭閱讀燈等眾多類型的鐵路信號和照明產(chǎn)品上也逐漸采用LED,LED手信號燈在鐵路領(lǐng)域內(nèi)普遍使用,提升產(chǎn)品性

8、能水平。第三節(jié) 選題意義 伴隨科技的持續(xù)進(jìn)步，智能化逐漸變成當(dāng)代社會發(fā)展的重要方向，成為大眾日常出行的重要方式，鐵路發(fā)展不容忽視。為了大眾出行的安全、舒適、便利、高效，鐵路信號機(jī)控制系統(tǒng)也要持續(xù)改善和升級，這就是本文研究的主要目標(biāo)。其他國家鐵路相關(guān)設(shè)施與舉措不符合國內(nèi)現(xiàn)實情況，本次分析目標(biāo)就是站在國內(nèi)鐵路現(xiàn)實發(fā)展的角度上，設(shè)計出適合我國交通需求的進(jìn)站信號機(jī)自動控制系統(tǒng)，避免交通問題的出現(xiàn)。所設(shè)計的系統(tǒng)可以提升信號機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精準(zhǔn)性，減少誤報、錯報問題的出現(xiàn)，在一定程度上減少交通問題的出現(xiàn)。當(dāng)前交通運(yùn)輸一般包含鐵路、水路、公路、航空與管道等部分。和其余運(yùn)輸模式進(jìn)行對比，鐵路運(yùn)輸具備運(yùn)輸水

9、平高、不受時間限制、綜合費(fèi)用低等優(yōu)勢；公路運(yùn)輸突出優(yōu)點(diǎn)是自主性強(qiáng)、綜合效率高、可完成“門到門”的運(yùn)送，此外創(chuàng)建時間短暫、投資不高。國內(nèi)人口資源充足，現(xiàn)在公路網(wǎng)逐漸超過180萬公里，高速公路將近2萬公里，鐵路營業(yè)里程為7萬公里，因此開始產(chǎn)生以鐵路為框架、公路為主體的完整網(wǎng)絡(luò)。伴隨鐵路行車速度、密度持續(xù)提升與公路車輛迅猛增加，只依靠司機(jī)判斷力進(jìn)行操作，容易出現(xiàn)交通問題，使用單片機(jī)來研發(fā)自動化控制技術(shù)，尋找除具備較高穩(wěn)定性的LED鐵路信號機(jī)設(shè)施，依照站內(nèi)狀況自主呈現(xiàn)對應(yīng)的燈光，進(jìn)而提升列車運(yùn)作的穩(wěn)定性，保證列車順利行駛，避免交通問題的出現(xiàn)，成為目前研究的重點(diǎn)。第二章 進(jìn)站信號機(jī)系統(tǒng)方案設(shè)計第二節(jié) 8

10、051單片機(jī)本文主要設(shè)計研發(fā)單片機(jī)控制進(jìn)站信號機(jī), 大致規(guī)劃是依照單片機(jī)與開放信號的聯(lián)鎖要素來控制LED信號機(jī)的開關(guān)。本次主要使用8051單片機(jī)，鎖存器等相關(guān)零件。一、 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖參考圖2.2內(nèi)容，主要涵蓋CPU、存儲器（ROM、RAM）、I/O接口、定時/計數(shù)器等。上述眾多部件主要匯聚在相同芯片上，片內(nèi)不同功能部件利用內(nèi)部總線彼此聯(lián)系。單片機(jī)在存儲構(gòu)造上，直接把程序存儲器（ROM）與數(shù)據(jù)存儲器（RAM）在空間領(lǐng)域分割開來，且采用多種尋址形勢與地址指針。ROM主要儲存完成調(diào)試的程序指令、常數(shù)與信息表格，RAM主要儲存少部分隨機(jī)信息。使用上述內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要一定

11、的程序空間與比較少的隨機(jī)數(shù)存放空間。 T0 T1XTAL1 XTAL2 ALE P0 P1 P2 P3 RXD TXP圖2.2 單片機(jī)結(jié)構(gòu)方框圖二、8051單片機(jī)主要功能部件8位CPU。片內(nèi)振蕩器：振蕩頻率024MHz。4KB片內(nèi)FLASHROM,具體尋址范疇64KB。128B片內(nèi)RAM，具體尋址范圍64KB。21個專用存儲器。四個8位并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。一個全雙工串行接口。兩國16位定時計數(shù)器。五分中斷源，可編成兩個優(yōu)先級。111條指令，包含乘、除法兩個類型。單總線結(jié)構(gòu)。一個+5V電源。三、引腳及功能AT89C51單片機(jī)包含四十個引腳，參考圖2.5內(nèi)容。依照功能差異，所有

12、引腳可以被劃分成四部分。詳細(xì)情況參考圖2.3內(nèi)容。圖2.3 AT89C51芯片引腳圖（一）電源引腳VCC（40）：接+5V電源。GND（20）：接地。（二）外接晶振引腳XTAL1（19）：片內(nèi)反相放大器輸入端。XTAL2（18）：輸出端。利用上述外接晶振之后，就可以組成自激振蕩器，驅(qū)動內(nèi)部時鐘發(fā)生器向主機(jī)傳送時鐘內(nèi)容。（三）輸入/輸出引腳P0.0P0.7(3932)：P0口是8為雙向I/O口。在訪問外部存儲器或開展I/O擴(kuò)展時，主要被劃分成低8位地址中線與雙向數(shù)據(jù)總線。P1.0P1.7(18)：P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O口。P2.0P2.7(2128)：在進(jìn)入外部存儲器時，其成為高8位地址總線。

13、P3.0P3.7(1017)：P3口不僅是一般8位準(zhǔn)雙向I/O口外，此外也具備其他強(qiáng)大的作用。（四）控制引腳AEL/(30)：地址鎖存控制信號。（29）：外部程序存儲器選通信號。也是外界ROM的讀選通信號，低電日常有效。/Vpp(31)：進(jìn)入存儲器控制信號。在=0時，單片機(jī)只可以進(jìn)入片外程序存儲器；在=1時，在訪問內(nèi)部與片外兩類程序存儲器。RST（9）：復(fù)位信號輸入端。高電平時完成復(fù)位，促使單片機(jī)復(fù)原到最初狀態(tài)。AT89C51單片機(jī)具備下述主要作用：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個IO口線，兩個16位定時計數(shù)器，單個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，單個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器

14、和時鐘電路。此外，AT89C51還能降低到0Hz的靜態(tài)邏輯操作，還可以連接不同軟件，選擇節(jié)電運(yùn)作方式?？臻e模式暫停CPU運(yùn)作，然而支持RAM，定時計數(shù)器，串行通信口等系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。掉電形式儲存RAM內(nèi)的信息，然而振蕩器暫停運(yùn)作且嚴(yán)禁其他全部部件運(yùn)作，一直到硬件復(fù)位結(jié)束。第三節(jié) LED顯示器 數(shù)碼管在單片機(jī)使用系統(tǒng)內(nèi)一般功能是呈現(xiàn)具體輸出信息與內(nèi)容等。LED顯示器是發(fā)光二極管組成的相關(guān)顯示器件。LED是目前我們普遍使用的器件，其可以把電能變成可見光，屬于固態(tài)形式的重要器件。LED顯示器主要包含八個發(fā)光二極管，因此也被叫做8段LED顯示器。具體結(jié)構(gòu)主要是下面兩類方式：首先是8個發(fā)光二極管的陽極全部

15、聯(lián)系起來，也就是共陽極LED顯示器；其次是陰極全部聯(lián)系起來，上述兩種形式在現(xiàn)實中都有使用，缺一不可。第四節(jié) 鍵盤輸入模塊鍵盤是眾多按鍵的匯總，其也是我們?nèi)粘Ｉ钪衅毡槭褂玫闹匾斎朐O(shè)施。工作人員可利用鍵盤填寫信息或指令，完成比較基礎(chǔ)的人機(jī)交流。鍵盤主要被劃分成編碼與非編碼兩個類型。鍵盤上閉合鍵的辨別由單獨(dú)的硬件譯碼器負(fù)責(zé)，此外形成編號或鍵值的就是前者；只依賴軟件辨別的就是后者，在現(xiàn)實中，兩類都被普遍使用。在單片機(jī)構(gòu)成的測控系統(tǒng)和技術(shù)化儀器內(nèi)大部分使用后者。因此本次重點(diǎn)分析3*3矩陣鍵盤的理論、設(shè)計情況。3*3矩陣鍵盤根據(jù)名字可知就是把九個按鍵排列成三行三列，首行把所有按鍵的一段聯(lián)系起來，組成行

16、線，首列將所有按鍵的另一端全部聯(lián)系起來組成列線，如此就可以得到全部行和列，總共六根線，此時把上述六根線聯(lián)系到單片機(jī)所有I/O口中，利用程序掃描鍵盤就能得到所有鍵。第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計一、電源電路所有電子設(shè)施都要求平穩(wěn)的直流電源供電，直流穩(wěn)壓電源主要把交流電壓變成平穩(wěn)直流電壓的設(shè)施。上述電源一般包含電源變壓器、整流、濾波與穩(wěn)壓電路等部分。詳細(xì)構(gòu)成圖形參考圖3.1內(nèi)容。圖3.1 直流穩(wěn)壓電源組成方框圖電源變壓器主要功能是：修改電網(wǎng)交流電壓高低，對不同規(guī)格的市電實施降壓，促使變壓器的副邊輸出的交流電壓達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。之后借助二極管具備的單項導(dǎo)通性特點(diǎn)，把交流電壓變成單方向脈沖直流電壓，也就是把整流電路

17、輸出的脈動直流電壓內(nèi)的交流成分刪除掉，剩余相對平緩的直流電壓，最終使用集成穩(wěn)壓器W7805，促使輸出電壓維持在5V左右，進(jìn)而將其當(dāng)做系統(tǒng)各個電路使用的電源。下述是本次使用的電源電路圖3.2。圖3.2 系統(tǒng)電源電路圖二、 復(fù)位電路系統(tǒng)在上電時，內(nèi)部所有程序還并未正式實施和運(yùn)作，因此要暫停特定時期進(jìn)行籌備，就是復(fù)位時間。相對平穩(wěn)的單片機(jī)系統(tǒng)需要確定清晰的復(fù)位電路。在程序存在死機(jī)問題的時候，此時需要開展系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路類型眾多，不同類型也都存在一定的優(yōu)勢和不足。本次主要使用上電/按鍵手動復(fù)位形式，具體情況可參考圖3.3內(nèi)容。圖3.3 復(fù)位電路圖三、晶振電路圖晶振是簡略稱呼，在電氣上其效果類似于電容

18、與電阻并聯(lián)之后串聯(lián)電容的二端網(wǎng)絡(luò)。電工學(xué)領(lǐng)域內(nèi)此網(wǎng)絡(luò)主要包含兩個諧振點(diǎn)，根據(jù)頻率情況劃分，較低頻率屬于串聯(lián)諧振，較高則是并聯(lián)諧振。因為晶體原本存在的特點(diǎn)造成上述頻率的距離非常短，在上述較窄的具體范圍內(nèi)，晶振就類似于電感。因此只需要晶振兩邊并聯(lián)上正常的電容就能創(chuàng)建并聯(lián)諧振電路，上述電路連接到負(fù)反饋電路就可以順利組成正弦波振蕩電路。因為晶振等效成電感的頻率范圍較窄，因此即便其余元件參數(shù)變動明顯，上述振蕩器頻率基本上出現(xiàn)較大的改變。本次主要使用的定時元件主要由石英晶體與電容所構(gòu)成。晶振頻率數(shù)值是12MHz，C1、C2電容值是30pF，電容也具備一定的頻率微調(diào)功能。晶振電路參考圖3.4可知。圖3.4 晶振電路圖第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試第一節(jié) 設(shè)計總目標(biāo)硬件電路在上述研究之后可以被清楚明確下來，此后需要促使硬件系統(tǒng)完成預(yù)期目標(biāo)，此時需要依靠軟件系統(tǒng)設(shè)計來完成。系統(tǒng)能不能順利運(yùn)作，不只要確?？茖W(xué)的硬件設(shè)計，此外也需要充分關(guān)注軟件的現(xiàn)實作用。關(guān)注問題研究，確定所需要處理的現(xiàn)實問題。參考現(xiàn)實需求與指令系統(tǒng)的特征，謹(jǐn)慎決定所需要使用的方式，其是開展程序設(shè)計的重要步驟，確定所編撰程序的科學(xué)性與未來整體運(yùn)作的穩(wěn)定性。制作程序框圖且進(jìn)行加工，得出具體的流程圖。根據(jù)之前明確的格式，劃分工作單元，之后把程序框圖擴(kuò)展成更為具體的流程