基于單片機的無線遙控直流電動道岔控制系統(tǒng)研制

1、 江蘇大學碩士學位論文基于單片機的無線遙控直流電動道岔控制系統(tǒng)研制姓名:段德功申請學位級別:碩士專業(yè):控制工程指導教師:高國琴20081217江蘇大學工程碩士學位論文摘 要我國煤礦安全規(guī)程中規(guī)定:“在新建和改擴建的大型礦井井底車場的運輸大巷,都應設有信號集中閉塞系統(tǒng), 即信集閉系統(tǒng)。 煤礦井下運輸?shù)挠嬎銠C生產(chǎn)管理和信集閉系統(tǒng)是提高井下運輸能力、保證安全生產(chǎn)的重要手段,是一種現(xiàn)代化的井下軌道運輸?shù)纳a(chǎn)管理、指揮調(diào)度系統(tǒng)。本課題是以總線為通信方式、以基于單片機的無線遙控直流電動道岔控制系統(tǒng)為智能終端組成的礦井“信、集、閉”系統(tǒng)的設計。針對系統(tǒng)的實時性、可靠性等關鍵技術問題做了理論分析和技術實現(xiàn)。通

2、過對仿真電纜的測試,確定了總線井下遠距離傳輸屏蔽電纜。課題以單片機為主控制器設計的道岔控制系統(tǒng)智能終端具備司機遙控扳道、手動按鈕扳道功能。通過增加光電隔離、看門狗電路等方法提高系統(tǒng)運行可靠性。并針對現(xiàn)場操作的特點增加了道岔動作過程屏蔽誤操作、道岔卡住自動復位等安全措施。使用匯編語言編寫了系統(tǒng)軟件。投產(chǎn)運行后表明該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、操作和維護簡單,系統(tǒng)連線簡單、擴展性強,易于實現(xiàn)煤礦網(wǎng)絡化控制和管理,具有很大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應用前景。關鍵詞:“信集閉”系統(tǒng),單片機,總線,道岔江蘇大學工程碩士學位論文 :”.”, , ., . “ , ? . ., ,. .,、 .,. .:“ ”,?,學位論文版權

3、使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定,同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權江蘇大學可以將本學位論文的全部內(nèi)容或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。在年解密后適用本授權書。保密口,本學位論文屬于不保密囹。導師簽名:學位論文作者簽名:穆碭毛伺各簽字日期:.,。多年協(xié)月占日簽字日期:州子年侈日獨創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學位論文,是本人在導師的指導下,獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容以外,本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成

4、果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體,均己在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學位論文作者簽名:穆功上月 日期:朋多年 江蘇大學工程碩士學位論文第一章 緒論.課題研究背景與意義我國正處于國民經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的歷史時期,煤炭作為我國的第一能源,其發(fā)展狀況對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著至關重要的作用。與當今高科技發(fā)展相適應,為了實現(xiàn)煤炭高產(chǎn)高效,煤炭生產(chǎn)現(xiàn)代化和信息技術的應用是大勢所趨。我國煤礦安全規(guī)程中規(guī)定:“在新建和改擴建的大型礦井井底車場的運輸大巷,都應設有信號集中閉塞系統(tǒng)”,即信集閉系統(tǒng)。煤礦井下運輸?shù)挠嬎銠C生產(chǎn)管理和信集閉系統(tǒng)是提高井下運輸能力、保證安全生產(chǎn)的重要

5、手段,是一種現(xiàn)代化的井下軌道運輸?shù)纳a(chǎn)管理、指揮調(diào)度系統(tǒng)。保證行車安全的前提下提高運輸效率,是礦井運輸信集閉監(jiān)控系統(tǒng)追求的目標。要保證運輸安全,機車轉(zhuǎn)軌顯得尤為重要。我國井下道岔控制系統(tǒng)大多數(shù)采用安全型繼電器控制來實現(xiàn)。這種控制方式在設計時需繪制大量的電氣原理圖、接線圖,設計工作量較大。隨著煤礦不斷開拓,井底車場線路發(fā)生變更時,控制系統(tǒng)修改工作困難,且系統(tǒng)完成功能也受到繼電器控制的限制,有些功能不能盡人意。近幾年,控制方式趨向多樣化,除繼電器控制方式外,有設計采用微機控制、可編程序控制器控制、可編程邏輯器件控制等方式。這些控制模式不是系統(tǒng)的擴展性和適應性差,就是系統(tǒng)投資高,穩(wěn)定性不夠,影響了系

6、統(tǒng)的使用和推廣。因此,有必要研制一種新型的擴展性好、穩(wěn)定性高、適應性強、投資省、性價比高的控制系統(tǒng),鑒于此提出了“基于單片機的無線遙控直流電動道岔控制系統(tǒng)”的研究課題。.課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀礦井“信、集、閉系統(tǒng)中,信號是指示列車運行和調(diào)車等作業(yè)的命令,集中是通過技術方法使信號、道岔和進路按一定程序并且滿足一定條件才能動作的相互制約的關系,閉塞是指用信號或憑證保證列車按空間間隔制運行的技術方法。年代初,由原蘇聯(lián)援建的東北幾座大型礦井首先采用了“信、集、閉”系統(tǒng)。年原煤炭工業(yè)部成立了“礦井信集閉研制工作組,為我國煤礦自行設計、制造、安裝第頁江蘇大學工程碩士學位論文第一套國產(chǎn)“信、集、閉系統(tǒng)邁出了第

7、一步。后來,有關生產(chǎn)廠家也生產(chǎn)出數(shù)十套系統(tǒng),但能夠穩(wěn)定運行并取得較好經(jīng)濟效果和社會效益的只有十余家包括冶金礦山,絕大多數(shù)礦山不是沒有安裝就是安裝后不能正常運行。從年代以后的余年,信集閉系統(tǒng)并未在我國礦井中推廣,主要原因就是過去廠家生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)可靠性不高,容易出故障,不能在井下長期運行。余年來,無論是從前蘇聯(lián)引進的,還是我國自行研制和生產(chǎn)的系統(tǒng),其技術路線和技術方案沒有根本性的改變,系統(tǒng)都是以繼電器為基本元器件組成的,各邏輯關系都由繼電器實現(xiàn)。進入年代,元器件水平和計算機的推廣應用都有了很大進展,為研制高性能的礦井信集閉系統(tǒng)提供了物質(zhì)基礎。年代,隨著我國煤炭工業(yè)的發(fā)展,礦井生產(chǎn)能力和安全要求不

8、斷提高,礦井信集閉系統(tǒng)也有了長足的發(fā)展,許多院校和科研單位相繼研制和生產(chǎn)軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng),并被許多生產(chǎn)礦井所采用。比較知名的有:天地科技股份有限公司常州自動化分公司煤炭科學研究總院常州自動化研究所研制的型礦井軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng),它是一種單板機式分級計算機實時控制系統(tǒng);合肥工業(yè)大學高科信息技術有限公司研制的型礦井軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)是一套基于控制的隔爆兼本安型軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng),以三級或二級計算機網(wǎng)絡為核心,在地面主控室對井下大巷的礦車運輸實現(xiàn)監(jiān)控和自動調(diào)度;中國礦業(yè)大學研制的型礦井軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng),采用作為控制主機及模擬顯示的集中控制系統(tǒng),系統(tǒng)不設分站,主機與現(xiàn)場設備通過電纜直接通信。和分別在

9、年和年通過部級鑒定,達到年代國際先進水平。的改進型系統(tǒng),對傳感和通訊技術進行了創(chuàng)新,且主機故障時,系統(tǒng)可集控調(diào)度而不影響生產(chǎn),年通過部級鑒定,達到年代初國際先進水平?？梢哉f,我國的礦井信集閉系統(tǒng)與國際技術水平保持基本同步。在國外,礦井信集閉系統(tǒng)尤其是機車監(jiān)控技術已有較高的水平,如威爾士王子礦已于年采用了礦車監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)督井下任一區(qū)段內(nèi)任意一輛礦車的運行情況,并且記憶、打印有關的數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)是將井下被監(jiān)測區(qū)劃分成若干區(qū)段,每個區(qū)段的進出口處安設一個傳感器,通過電纜與微機、鍵盤、顯示器、打印機等外圍設備形成一個礦井監(jiān)督系統(tǒng)。在原西德,采用機車運輸?shù)拿旱V較多,因而機車監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展較快。比較典型的如魯

10、爾礦區(qū)的布魯門塔爾礦,自年開始在水平.后擴到長的運輸大巷使用了機車無人駕駛系統(tǒng)。系統(tǒng)包括安裝在調(diào)度室內(nèi)的邏輯安裝柜、操作臺、工業(yè)電視以及室外的感應線、計數(shù)計軸器、轉(zhuǎn)轍機和其他輔助設備。在控制范圍內(nèi)可根據(jù)第頁江蘇大學工程碩士學位論文煤倉煤位和機車分布情況進行優(yōu)化自動調(diào)度指揮。采用該系統(tǒng)后,每米巷道投資費用比膠帶運輸?shù)?;運輸事故與人工駕駛相比,由每年.起降為.起,出軌事故由每年起降為.起;噸公里運輸成本降低%,取得了相當可觀的經(jīng)濟效益、.課題研究的主要內(nèi)容礦井“信、集、閉”系統(tǒng)是一個非常復雜的監(jiān)控系統(tǒng),本設計是與安陽市中煤機械制造有限公司的合作科研課題。本文對此系統(tǒng)的設計思想、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)功能

11、、系統(tǒng)特點及關鍵性技術做了簡單介紹,重點論述了系統(tǒng)中已完成并投入生產(chǎn)運行的基于單片機的無線遙控直流電動道岔控制系統(tǒng),包括系統(tǒng)的基本構成、工作原理、軟硬件設計及相應的抗干擾設計與措施,即文章的第、章內(nèi)容。第頁江蘇大學工程碩士學位論文第二章礦井“信集閉系統(tǒng)在現(xiàn)代礦井中巷道運送礦物、矸石、人員、材料及設備等的主要工具是電機車。為了保證機車運行的安全、高效,將井下道岔、信號燈、信號發(fā)送器等設備及控制信號集中到主控室控制,并根據(jù)現(xiàn)場需要實現(xiàn)它們之間的相互閉鎖和解鎖等,由此構成的井下運輸“信號、集中、閉塞”系統(tǒng)又簡稱“信、集、閉系統(tǒng),可實現(xiàn)運輸區(qū)段相互閉塞,電氣控制相對集中,調(diào)度實時監(jiān)督控制等。.設計思想

12、煤礦井下運輸?shù)挠嬎銠C生產(chǎn)管理和信集閉系統(tǒng)是提高井下運輸能力、保證安全生產(chǎn)的重要手段,是一種現(xiàn)代化的井下軌道運輸?shù)纳a(chǎn)管理、指揮調(diào)度系統(tǒng)。保證行車安全的前提下提高運輸效率,這是礦井運輸信集閉監(jiān)控系統(tǒng)追求的目標。煤礦安全規(guī)程中規(guī)定:“在新建和改擴建的大型礦井井底車場的運輸大巷,都應設有信號、集中、閉塞系統(tǒng),即信集閉系統(tǒng)。我國煤礦井下“信、集、閉系統(tǒng)大多數(shù)采用安全型繼電器聯(lián)鎖控制來實現(xiàn)。這種控制方式在設計時需繪制大量的電氣原理圖、接線圖,設計工作量較大。隨著煤礦不斷開拓,井底車場線路發(fā)生變更時,控制系統(tǒng)修改工作困難,且系統(tǒng)完成功能也受到繼電器控制的限制,有些功能不盡如人意。近幾年,“信、集、閉”系統(tǒng)

13、的控制聯(lián)鎖方式趨向多樣化,除繼電器聯(lián)鎖控制方式外,有設計采用微機聯(lián)鎖控制、可編程序控制器聯(lián)鎖控制、可編程邏輯器件聯(lián)鎖控制、單片機控制等方式。礦井“信、集、閉系統(tǒng)設計需求原則分析如下:一、確保井下的安全運輸。為杜絕井下軌道運輸列車的追尾和撞車事故,本系統(tǒng)采用計算機來控制和監(jiān)測信號燈及電動道岔,對機車的位置進行監(jiān)測。在模擬顯示屏上顯示機車位置編號及信號燈和電動道岔的狀態(tài),實現(xiàn)對機車進路區(qū)間的自動開放、自動閉鎖,從而保證人、材料、煤石等各種列車的安全運行。二、提高運輸效率。本系統(tǒng)采用全程進車路線一次排定、在計算機的控制下自動逐段開放、對敵對進路進行區(qū)間閉鎖、并逐段解鎖的運行方式,最大限度地提高列車的

14、通過能第頁江蘇大學工程碩士學位論文力,減少列車的停候時間,實現(xiàn)高效運輸。三、提高煤礦的生產(chǎn)管理、指揮調(diào)度及安全監(jiān)測能力。提高當前煤礦的管理水平,確保煤礦安全生產(chǎn)是煤礦生產(chǎn)的當務之急,將煤礦的指揮調(diào)度、安全監(jiān)測及井下“信、集、閉系統(tǒng)組成一個現(xiàn)代化的計算機生產(chǎn)管理系統(tǒng)是本系統(tǒng)的基本設計思想,利用計算機管理可實現(xiàn)煤礦高效、安全生產(chǎn)。.通訊方案比較與選擇礦井“信、集、閉系統(tǒng)可采用常見的串行總線或一總線作為設備之間的通訊方式,也可采用先進的總線或以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡通訊方式。各種方案比較如下:采用方式通訊的系統(tǒng)有非常大的局限性,只能實現(xiàn)點對點操作,中央處理器的負擔較大,不便于系統(tǒng)擴充,可通訊距離非常短,不適于

15、遠程操作;而且,系統(tǒng)成本較高。采用總線的系統(tǒng)在整體性能上好于的系統(tǒng),因其是總線形式,方便擴充,但是隨著礦井“信、集、閉”系統(tǒng)智能化程度要求越來越高,功能越來越強大,總線的節(jié)點越來越多的情況下,一的總線效率低、系統(tǒng)的實時性差、通訊的可靠性低、后期維護成本高、網(wǎng)絡工程調(diào)試復雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點少、應用不靈活等不足和缺陷逐漸體現(xiàn)出來。礦井“信、集、閉系統(tǒng)擴展也受一本身的制約,已不能適應大中型礦井的控制需要。本課題采用先進的總線通訊系統(tǒng)。使用這種工業(yè)級的通訊方式,可以保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性、實時性;在實際建設中,總線成本和方式成本大體相當,甚至在較大型的系統(tǒng)中,總線的整體成本還略低于一

16、系統(tǒng)。而且總線容錯性能好,可以大大降低后期的維護、維修、擴充成本。整個系統(tǒng)中,通訊主干線僅為條雙絞線,各個通訊終端的控制器直接連接到總線上;各個控制器在網(wǎng)絡中的地位可以是平等的,即沒有“主機和“從機的概念,任何一個節(jié)點都可以啟動數(shù)據(jù)的傳輸,避免了采用.的主機輪詢方式,從而保障數(shù)據(jù)的實時性。在.總線上,既可以實現(xiàn)點.點之間的通訊,也可以實現(xiàn)多點廣播方式的通訊,實時性和靈活性都可以得到良好的保證。第頁江蘇大學工程碩士學位論文例如,司控道岔系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場道岔扳道情況及運輸車位置,直接傳輸?shù)啦戆獾垃F(xiàn)狀機車位置到模擬顯示屏顯示出來;而不必先傳輸?shù)焦芾頇C上,再由管理機傳到模擬顯示屏。當然管理機也可以接收

17、到該信息,用于數(shù)據(jù)庫記錄。系統(tǒng)中的總線網(wǎng)絡采用直線拓撲結(jié)構,各設備節(jié)點通過支線連接在總線主線上。管理節(jié)點采用安裝接口卡的通用機,與執(zhí)行不同功能、安裝不同位置的終端設備進行通訊。.系統(tǒng)工作原理、進路的開放礦井“信、集、閉”系統(tǒng)分三種方式開放進路:站道信號、問訊開放、自由開放自身觸發(fā)開放。站道信號一般在準軌大鐵路上應用,這種方式較適用于列車獨占某段鐵道,鐵路線相對較長、車速較快的場合;問訊開發(fā)的方式比較適合用在鐵道線比較復雜、出車比較集中且行車比較有規(guī)律的場合。自由開放方式是一種比較適合現(xiàn)代礦井“信、集、閉系統(tǒng)采用的進路開放方式,其主要特點就是信號開放靈活、減少人工干預、實時反映機車運行動態(tài)、最大

18、可能地提高機車的運輸周轉(zhuǎn)率。而現(xiàn)代化的礦井,機車運行的特點又主要表現(xiàn)在車速高、重載、周轉(zhuǎn)頻繁上,所以采用自由開放方式應該是現(xiàn)代化礦井“信、集、閉系統(tǒng)的一種發(fā)展方向。、信號的采集在礦井“信、集、閉”系統(tǒng)中,信號的采集是最關鍵也是最頻繁的,信號采集是否準確可靠直接影響到整個系統(tǒng)的性能。從我國“信集閉”系統(tǒng)的發(fā)展來看,過去所用的信號采集器件主要有:輔助導線、水銀開關、超聲、無線感應等。但這些采集元件均以采集可靠性差和維護量大等,而慢慢被淘汰。本課題采用了無源傳感器和光耦共同作用實現(xiàn)信號的采集。、道岔的轉(zhuǎn)換對道岔的轉(zhuǎn)換實行無線遙控式自動道岔控制系統(tǒng),即司控。司控是現(xiàn)代化礦井衡量“信、集、閉”系統(tǒng)自動化

19、程度高低的又一標準。考慮到今后的系統(tǒng)進一步向集中管理、集散控制的自動化發(fā)展的需要。如何實現(xiàn)礦井道岔的自動控制為本系統(tǒng)研究的關鍵,即機第頁江蘇大學工程碩士學位論文車司機在遠方通過信號機的指示按自己的行車方向提前轉(zhuǎn)換道岔,不需停車去手扳道岔。本系統(tǒng)采用兩種控制模式:正常運行時進路采用自由開放方式,道岔的轉(zhuǎn)換采用司控的方式;當行車方式因特殊情況有變時,進路由調(diào)度集中辦理,道岔的轉(zhuǎn)換依然是司控方式。如果司控錯誤,司機可以根據(jù)信號機的顯示停車操作按手動鈕實現(xiàn)扳道,停電時還可以用手動搖把轉(zhuǎn)換道岔。.系統(tǒng)構成本系統(tǒng)以集散控制式計算機工控網(wǎng)絡為核心,所用工控網(wǎng)絡采用總線直線拓撲結(jié)構網(wǎng)絡通訊。系統(tǒng)由地面的生產(chǎn)管

20、理指揮調(diào)度中心、井下調(diào)度站、現(xiàn)場計算機分站、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及執(zhí)行部件等五大部分組成。按分級分布式控制的方案,系統(tǒng)的計算機可分為三級,第一級為布置在井上調(diào)度室的管理計算機;第二級為布置在井下調(diào)度站的“信、集、閉系統(tǒng)主監(jiān)控計算機;第三級為布置在現(xiàn)場的執(zhí)行控制計算機。這樣可以將井下運輸?shù)纳a(chǎn)管理和信集閉系統(tǒng)分解成幾個控制任務不同的層次,由各層的控制計算機分別完成,而計算機通訊網(wǎng)則將各層的計算機聯(lián)接起來,以傳遞各層之間的各種命令、信息和數(shù)據(jù)。、生產(chǎn)管理指揮調(diào)度中心該指揮調(diào)度中心設在地面,是全礦生產(chǎn)管理、指揮調(diào)度、安全監(jiān)測及井下“信、集、閉”的管理中心,是全礦計算機管理體系最高層,是計算機集散系統(tǒng)集

21、中管理的核心。根據(jù)全礦計算機管理體系的規(guī)模大小、任務的多少而采用不同的計算機,并用計算機網(wǎng)絡及各級計算機組成整個系統(tǒng)。該計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可集全礦的生產(chǎn)、計劃、財務、人事、設備、儲運、在建工程及指揮調(diào)度、能源動力管理、井下安全監(jiān)測、信集閉、皮帶運輸于一體,以實現(xiàn)煤礦安全、高效、低耗生產(chǎn)。本課題所設計的井下“信集閉系統(tǒng)預留與井上生產(chǎn)管理指揮調(diào)度中心的通訊接口,根據(jù)煤礦實際需要,可與井上部分聯(lián)網(wǎng)通訊,實現(xiàn)整個礦井的網(wǎng)絡化管理。、井下調(diào)度站該調(diào)度站主要是完成井下信集閉系統(tǒng)功能,由專用的工業(yè)控制計算機所組成。實現(xiàn)機車運輸?shù)谋怕烽_放、區(qū)間閉鎖、機車運行控制顯示等,是信集閉系統(tǒng)主監(jiān)控計算機。第頁江蘇大學工程碩

22、士學位論文、現(xiàn)場計算機分站現(xiàn)場計算機分站為執(zhí)行計算機,在上級計算機的管理下控制和檢測現(xiàn)場的各種設備,這一級可采用可編程控制器,也可用總線、總線的工控機或單片機。、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)該系統(tǒng)采用井下機車位置和編號傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取得機車的信息以及道岔狀況。本系統(tǒng)所采用的傳感器為磁性接近開關,屬無源傳感器。它適用于煤礦井下、井口及迸風巷道等各種場合。其結(jié)構簡單,安裝、使用、維護方便,防護等級高達,可以采集各種現(xiàn)場信號,滿足了現(xiàn)場的特殊需求?！靶?、集、閉系統(tǒng)除對信號采集的可靠性有較高要求外,還有一些顯著特點,即采集信號多、采集點分散、線路長等。尤其是現(xiàn)在隨著自動化水平的提高和礦山管理制度的不斷完善,

23、模擬顯示屏也在礦山信集閉系統(tǒng)中相繼出現(xiàn),隨之就出現(xiàn)了車位或區(qū)間顯示,對傳感器的可靠性、安裝、維護等提出了更高要求。在礦井“信、集、閉系統(tǒng)中,模擬顯示屏主要是用在調(diào)度室供調(diào)度了解運輸狀況。通過它調(diào)度可以直觀整個控制車場的運輸過程,并且還可以監(jiān)視違章。也可以采用上位組態(tài)來監(jiān)視運輸狀況,它的優(yōu)點是對行車比較靈活、改動比較頻繁的礦井能隨時作出靈活處理。此外,軟件的可操作性強,還可對故障報警進行存檔。.系統(tǒng)功能本“信、集、閉系統(tǒng)的主要功能:、井上部分、可在地面總調(diào)度室實時顯示井下機車運行情況,并顯示機車號。、系統(tǒng)具有機車實時運行記錄,可生成故障記錄表,并具有故障畫面重演功能。、可對機車進路進行增加、刪除

24、及修改。、能方便的進行計算機聯(lián)網(wǎng),納入整個煤礦的計算機管理系統(tǒng)。、井下部分、系統(tǒng)井下調(diào)度站,具有自動和人工調(diào)度兩種工作方式?？捎芍蛋嗾{(diào)度員操作,按進路要求指揮機車運行。、系統(tǒng)可對井下機車運輸范圍內(nèi)的機車、信號機及電動道岔進行監(jiān)測及控制。第頁江蘇大學工程碩士學位論文、進路開通后,可實現(xiàn)區(qū)間信號的自動開放、閉鎖及電動道岔的控制。、井下調(diào)度站的模擬屏上可顯示機車位置、機車號,顯示信號機和電動道岔的工作狀態(tài)。、系統(tǒng)具有自動檢測、故障自動判斷及聲光報警功能。、井下調(diào)度站模擬顯示屏具有操作內(nèi)容和故障內(nèi)容的漢字顯示功能。、電動道岔設有就地控制功能,但須經(jīng)調(diào)度員特別授權后才能工作。、系統(tǒng)抗干擾、糾錯、容錯能力

25、強。在部分設備、傳感器發(fā)生故障情況下系統(tǒng)能正常運行。、各設備傳感器之間光電隔離。故障偶然發(fā)生時也不擴散。、留有與礦井上位計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的接口。、系統(tǒng)具有可擴展的功能為適應現(xiàn)場實際需求的變化,本系統(tǒng)具有一定升級空間,可進行各項功能的擴展。.系統(tǒng)特點及對關鍵性技術問題的解決方案.系統(tǒng)特點礦井“信、集、閉系統(tǒng)由于實際使用環(huán)境限制,對系統(tǒng)的實時性、可靠性、穩(wěn)定性要求極高,本系統(tǒng)在此方面有顯著特色。.實時性、總線結(jié)構:采用總線結(jié)構,系統(tǒng)設備增減方便,系統(tǒng)可大可小。、手動控制和自動控制相結(jié)合:保障系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不影響生產(chǎn)。、軟件超強容錯:由于總線網(wǎng)絡具有非常強大的容錯技術,因此,單個節(jié)點硬件出現(xiàn)故障時,不

26、影響整個系統(tǒng)的正常運行。、定位系統(tǒng):傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實現(xiàn)機車精確定位,以及道岔狀況的實時顯示。、可靠性高:采用工業(yè)控制計算機以及大量的工業(yè)級芯片,提高了設備的穩(wěn)定性。、網(wǎng)絡功能,可實現(xiàn)遠程管理。.可靠性:第頁江蘇大學工程碩士學位論文、系統(tǒng)的井下分站采用專用工業(yè)控制計算機,各設備大量采用工業(yè)級芯片,提高了設備對惡劣環(huán)境的適應能力。如,選用帶隔離的總線收發(fā)器既滿足通信需求,又做到電氣隔離,即使電纜上竄入的高壓,也能將損失控制在極小范圍。、利用總線通信,并采用適度的軟件冗余技術設計,軟件中有大量抗干擾、糾錯、故障定位程序,使得系統(tǒng)具有很強的容錯工作能力。、系統(tǒng)中所有設備都能被其他智能設備監(jiān)視,全

27、部信號線都可設短路、斷路保護及檢測,任何設備或電纜發(fā)生故障時,系統(tǒng)都能準確定位,立時報警。.對關鍵性技術問題所采取的措施、系統(tǒng)的抗干擾由于礦井環(huán)境的限制,礦井“信集閉系統(tǒng)尤其是井下系統(tǒng)的電氣環(huán)境差、干擾嚴重。因此,在有關的輸入控制電路采用了光電隔離技術、輸出電路也采用了光耦和繼電器雙重隔離技術。同時,在系統(tǒng)的合理接地、屏蔽、解決壓降、電纜鋪設等方面也采取了相應有效的措施,確保了裝置和系統(tǒng)的可靠運行。、運行狀態(tài)的確認正確控制的基礎來至于正確的狀態(tài)判斷,所以僅僅解決干擾問題是不夠的。因為在系統(tǒng)狀態(tài)改變的過程中,會出現(xiàn)各種意想不到的情況,如遇到道岔轉(zhuǎn)換過程中的夾矸、擠岔、機車運行中的闖紅燈報警等。如

28、果處理不當,就會發(fā)生走錯方向、掉道、甚至叉腰、撞車等重大事故。因此系統(tǒng)在這方面采取了嚴格措施,使各種異常情況都快速準確地顯示在系統(tǒng)的正確監(jiān)控之下,從而進行方便有效的處理。、接點可靠性處理由于現(xiàn)場潮濕等原因,接點常常接觸不良,尤其在環(huán)境惡劣、動作比較頻繁的井下,更是如此。因此本課題也采取了相應的措施來進行必要的技術處理。綜上所述,本礦井“信、集、閉系統(tǒng)采用總線現(xiàn)場網(wǎng)絡控制,充分發(fā)揮了遠程智能化控制優(yōu)點,自動轉(zhuǎn)換的司控道岔、監(jiān)視運輸狀態(tài)的模擬顯示屏、準確實時的車位顯示、自由可靠的進路開放方式等既能保證電機車的安全暢通,又能大大提高生產(chǎn)效率。本“信、集、閉系統(tǒng)能顯著減少地電機車的起、停次數(shù),延長電機

29、車的使用壽命,還可以明顯減少事故隱患,保證運輸安全。由于司機可在車上控制道岔的轉(zhuǎn)換,不需停車和人工扳道岔,進路也采取自由開放的形式,因此大大地減輕了工人的勞動強度。同時系第頁江蘇大學工程碩士學位論文統(tǒng)的自動化水平也隨之提高,為實現(xiàn)全礦井自動化奠定了基礎,社會效益十分明顯。通過無線遙控式自動道岔控制系統(tǒng)的運行,表明本系統(tǒng)工作穩(wěn)定、操作和維護簡單,系統(tǒng)硬件連線簡單、擴展性強,易于實現(xiàn)煤礦網(wǎng)絡化控制和管理,提高井下車場機車通過能力,保證機車的安全運行,滿足礦井開拓后車場局部變更的需要。本課題是與安陽中煤機械制造有限公司的合作項目,已完成井下“信、集、閉”系統(tǒng)中有關道岔控制部分,即:基于單片機的無線遙

30、控直流電動道岔控制系統(tǒng)。后續(xù)章節(jié)將對此系統(tǒng)展開詳細介紹。第頁江蘇大學工程碩士學位論文基于單片機的無線遙控電動道岔控制系統(tǒng)設計第三章.設計背景鐵路機車運輸是礦井運輸大巷的主要運輸方式之一。隨著礦井生產(chǎn)的發(fā)展,運輸量的不斷增長,列車的行車密度相應增大,運輸效率和行車速度也相應地提高,因此對鐵路道岔設備有了更高的要求。以前,礦井大量運行的機車道岔控制系統(tǒng)多數(shù)都采用手動控制,其控制、檢測和保護的技術水平不高。由于電機車的運行情況直接影響到礦井的運輸能力,進而影響到整個礦井的產(chǎn)量,特別是大型礦井和老煤礦。而且許多大中型礦井運輸線路長、道岔多,如果所有道岔的轉(zhuǎn)換都采用人工手動操作,不但會造成電機車的頻繁啟

31、動和停止,加劇設備的磨損,縮短設備的壽命,而且降低了運輸效率,提高了運輸成本。同時,也會使電網(wǎng)電壓波動嚴重。近幾年來,雖然一些大型礦采用了電動道岔控制技術,也出現(xiàn)了司控道岔,使道岔控制的落后局面有所改進。但由于這些系統(tǒng)多數(shù)采用單頻模擬信號的遙控方式或者繼電器控制,控制技術落后,信號的收發(fā)不可靠,極易受井下其它通信設備影響如載波電話、對講機等,再加上井下潮濕、有水等惡劣環(huán)境,使得系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)接觸不良、道岔轉(zhuǎn)換不到位、燒電機、甚至轉(zhuǎn)轍機誤動作而引起車翻人傷的事故。而且維修麻煩,嚴重影響了礦井生產(chǎn)的正常進行。因此,需要研制符合各種礦井需要的,而且控制方便、使用靈活、運行可靠的自動道岔控制系統(tǒng)。.控制

32、系統(tǒng)需求分析目前,礦區(qū)鐵路中最常用是直流電動式轉(zhuǎn)軌機,從控制方式上看,主要有現(xiàn)場操作式、司機遙控式司控式以及調(diào)度員集控式三種。常見司控模式是通過安裝在機車上的遙控發(fā)射機,列車運行經(jīng)過道岔時,司機發(fā)出無線電信號的遙控,控制箱接收信號后電動轉(zhuǎn)轍機實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)轍。在無線遙控出故障時,可手動控制箱進行轉(zhuǎn)轍扳岔,在停電狀態(tài),可用手動搖把進行轉(zhuǎn)轍扳岔。第頁江蘇大學工程碩士學位論文對比目前使用的各種道岔司控系統(tǒng),結(jié)合礦井轉(zhuǎn)軌系統(tǒng)實際情況,本課題從以下幾方面著手:、滿足需求的前提下考慮設備性價比,選用經(jīng)濟實惠的單片機作為系統(tǒng)控制部件。、以小巧輕便的無線遙控器替代安裝在機車上的遙控發(fā)射機,改善了以往設計中司機只能

33、在機車操作臺上操作的局限。、增設道岔通行狀況顯示屏,該顯示屏使用高亮度指示燈,使司機米以外就可判斷道岔開啟方向,從而為司機做出準確轉(zhuǎn)軌判斷預留充足時間。、設置手動按鈕,即使在停電或者遙控設備出現(xiàn)故障時也能保證正常轉(zhuǎn)軌。、設置信號采集系統(tǒng),以實時掌握機車運行狀況、現(xiàn)行位置以及道岔現(xiàn)行狀況。、充分考慮可能出現(xiàn)的誤操作并采取相應處理措施。、鑒于礦井工作環(huán)境的復雜性,充分考慮系統(tǒng)運行的穩(wěn)定安全,加強抗干擾環(huán)節(jié)設計。、預留通信接口,為接入礦井“信、集、閉系統(tǒng)做準備。.基于單片機的無線遙控式直流電動道岔控制系統(tǒng).系統(tǒng)構成系統(tǒng)板如圖.所示。系統(tǒng)主要由遙控發(fā)射及接收電路、單片機控制電路、動作信號輸出電路、道岔

34、顯示屏和自動復位電路組成,系統(tǒng)組成結(jié)構如圖.所示。第頁圖基于單片機的無線遙控直流電動道岔控制系統(tǒng)板圖 控制系統(tǒng)構成. 系統(tǒng)工作原理機二行駛,前方規(guī)道前,刊機根據(jù)行駛需要和前方道龠紅綠燈肼娃示確認是仃需要扳道。需攔扳道時,刊機遙控有效距離內(nèi)按遙控器上前方道甜號棚敏的數(shù)鏃鍵.遙控器洲由時后迸衍的遙控接收模塊發(fā)?扳道指令女與道岔號肘/枷編刪,遙控接收模塊收到后送給控制潑道翁的單片機,單片機門動將臣編碼。奉機編碼進行劉比,蔣碥口、江蘇大學工程碩士學位論文碼一致則發(fā)出扳道動作指令,經(jīng)光電隔離后送給輸出繼電器,使輸出繼電器動作,輸出繼電器動作后整流橋得電,驅(qū)動直流轉(zhuǎn)轍機完成扳道操作。位置傳感器可以實時監(jiān)測

35、扳道是否到位。扳道到位時位置傳感器發(fā)出電信號,該信號一方面送給單片機用來決定道岔不到位時啟動自動復位功能,另一方面發(fā)給紅綠燈轉(zhuǎn)換電路以控制道岔顯示屏。道岔顯示屏顯示道岔號和道路通行紅綠燈,道岔號顯示由單片機通過驅(qū)動電路驅(qū)動并控制,道路通行紅綠燈則由紅綠燈轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動并控制。道路通行紅綠燈除正常一紅一綠顯示外,還考慮到由于故障原因使道岔扳道未到位情況下的顯示,即:扳道未到位只顯示道岔號,不顯示紅綠燈,以提示司機不能通過。系統(tǒng)還設有手動按鈕,用于在遙控電路失效時應急使用。第頁江蘇大學工程碩士學位論文第四章 無線遙控直流電動道岔控制系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件部分主要由單片機控制電路、電源模塊、遙控接收及道

36、岔號顯示驅(qū)動電路、道岔通行紅綠燈顯示及其驅(qū)動電路、直流電動轉(zhuǎn)轍機驅(qū)動電路、傳感器信號采集電路構成。.主控制器選擇主控制器需要完成的工作有:硬件方面需要控制電機正反轉(zhuǎn),接收位置傳感器信號,設置手動按鈕,接入總線組成信集閉系統(tǒng);軟件方面實現(xiàn)操作流程方面的需求,比如在電機動作期間屏蔽遙控器和手動按鈕以避免誤操作。對主控制器口線資源需求如表.所示。表.系統(tǒng)/口需求分析表單元電路 所需資源 備注遙控電路條口線 接收碼條,信號指示燈條占用外部并行數(shù)據(jù)、地址總線條,總線接口 條口線占用中斷資源條,控制總線條,信號指示燈條,復位信號條電機控制 條口線 正、反轉(zhuǎn)各條傳感器信號采集 條口線硬件看門狗 條口線由于系

37、統(tǒng)還要接入信集閉系統(tǒng),所以必須考慮主控制器的通信能力,在信集閉系統(tǒng)中需要傳輸?shù)男畔⒅饕?控制中心向智能終端發(fā)送扳道岔指令,智能終端向控制中心反饋道岔的道岔正常、故障等狀態(tài)信息,信息量不大,所以對于通信速度要求不高,但由于煤礦系統(tǒng)對安全性的要求高,所以對于通信的可靠性要求很高?；谶@些分析,系統(tǒng)選擇第頁江蘇大學工程碩士學位論文了高可靠性工業(yè)現(xiàn)場總線總線詳見本文.。由于總線的協(xié)議相對復雜,所以很多公司都推出了支持協(xié)議的通信控制器,這些控制器各有特色,但從和主控制器接口的方便性、性價比等角度考慮,公司的成為首選。直接提供和兩種的接口: 系列單片機和的系列單片機。從整個系統(tǒng)的功能要求看,兩種都能滿

38、足要求,但單片機從市場占有率、開發(fā)資源的豐富程度、開發(fā)平臺的價格等方面都好于系列單片機。因此,系統(tǒng)主控制器選擇了公司的單片機。單片機是一種低功耗、高性能 位微控制器。使用公司高密度非易失性存儲器技術制造,與工業(yè)產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上允許程序存儲器在線可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的位和在系統(tǒng)可編程,使得單片機為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。提供以下標準功能:字節(jié)閃速存儲器,字節(jié)內(nèi)部,個/口線,看門狗,兩個數(shù)據(jù)指針,兩個位定時/計數(shù)器,一個向量兩級中斷結(jié)構,一個全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時,可降至的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工

39、作模式?？臻e方式停止的工作,但允許、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作;掉電方式保存中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。.遙控接收模塊及道岔號顯示驅(qū)動電路遙控接收模塊及道岔號顯示驅(qū)動電路接收由無線遙控器發(fā)射的信號,并在道岔顯示屏上顯示當前工作道岔號。電路如圖.所示.遙控接收模塊遙控接收采用型遙控接收模塊。該模塊工作電壓為,靜態(tài)電流,其接等余種頻率可選,收靈敏度高,可達,工作頻率為有該模塊最大特點為帶解碼電路。/是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種工藝制造的低功耗低價位通用編解碼第頁江蘇大學工程碩士學位論文電路,/最多可有位一三態(tài)地址端管腳懸空,接高電平,接低電平,任

40、意組合可提供地址碼,最多可有位數(shù)據(jù)端管腳,設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從腳串行輸出。編碼芯片發(fā)出的編碼信號由:地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字,解碼芯片接收到信號后,其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后,腳才輸出高電平,與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平,如果發(fā)送端一直按住按鍵,編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時,不接通電源,其腳為低電平,所以的高頻發(fā)射電路不工作,當有按鍵按下時,得電工作,其第腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號,當腳為高電平期間的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號,當腳為低平期間的高頻發(fā)射電路停止振蕩,所以高頻發(fā)射電路完全收控于的腳輸出的數(shù)字信號,從而對高頻電路完成幅度鍵控調(diào)制相當于調(diào)

41、制度為%的調(diào)幅。在該道岔控制系統(tǒng)中,遙控接收模塊的、腳輸出位碼,即為道岔號,分別接口的低位。當無線遙控器發(fā)射信息時,該模塊通過第腳接收相應信號,并送往單片機.管腳。系統(tǒng)通過軟件采樣.腳,獲取無線遙控器發(fā)送的信息。電路如圖.所示。 , 【. 伍 腳 .冊拍巍【窖。 砌姍聊,、 刪硒:。圖. 遙控接收及道岔號顯示驅(qū)動電路圖第頁江蘇大學工程碩士學位論文.道岔號顯示驅(qū)動電路設計道岔號顯示用單色制作見圖.道岔顯示屏,采用七段數(shù)碼顯示,顯示控制由單片機實現(xiàn)并驅(qū)動。驅(qū)動芯片采用能提供單路驅(qū)動電流的芯片七路達林頓驅(qū)動器陣列,以滿足道岔號顯示的亮度要求。正常工作時七段數(shù)碼管常亮,以顯示所在道岔的編號,若需要改變

42、編號,則僅需通過撥碼盤選擇即可。手動按鈕兩端分別接單片機的外部中斷管腳和地線,腳外接上拉電阻。將其設置為下降沿觸發(fā)方式,當按下時觸發(fā)外部中斷,在中斷服務程序中完成扳道功能。.道岔通行顯示屏及其驅(qū)動電路設計.道岔通行顯示屏電路設計道岔通行顯示屏由兩個道岔紅綠燈顯示以及道岔號顯示三部分組成,用來顯示當前道岔號以及機車通行方向。如圖.所示。星:仍口口口蘭蘭蘭量。毫蘭三蘭。氣妒。擴。道岔紅綠燈 道岔紅綠燈道岔號圖.道岔通行顯示屏道岔號采用七段數(shù)碼管,正常工作時數(shù)碼管常亮,顯示所在道岔的編號。左右兩個道岔紅綠燈使用紅綠雙色制作成通行箭頭圖形。箭頭用來指示機車通行方向,紅、綠兩色分別表示禁止通行和允許通行

43、。扳道過程中若岔尖未扳到位,則兩個箭頭均不亮,表示機車不能通過。正常工作時,兩個箭頭一紅一綠;出現(xiàn)故障時如扳道沒有到位,兩個箭頭均不亮。第頁江蘇大學工程碩士學位論文.機車通行方向紅綠燈轉(zhuǎn)換電路設計該電路主要由雙路繼電器和位置傳感器配合完成。機車通行方向由顯示屏上箭頭指示,正常工作時有兩種狀態(tài)左綠右紅或者左紅右綠,出現(xiàn)故障時兩側(cè)箭頭均不亮。電路如圖.所示。圖.機車通行方向轉(zhuǎn)換電路圖位置傳感器采用電感式接近開關,屬無源傳感器。它適用于煤礦井下、井口及進風巷道等各種場合。其結(jié)構簡單,安裝、使用、維護方便,防護等級高達,可以采集各種現(xiàn)場信號,滿足了現(xiàn)場的特殊需求。位置傳感器安裝在鐵軌上,當?shù)啦淼轿粫r傳

44、感器、腳導通,否則斷開。為箭頭電源,通過改變電源極性來切換兩個箭頭的紅綠光。二極管、用做反電動勢保護。系統(tǒng)正常工作時,兩個位置傳感器的任一電感式接近開關采樣到道岔到位時,其、腳導通,使雙路繼電器或者得電吸合。若繼電器吸合,接,接地,此時道岔通行顯示屏左綠右紅,機車左側(cè)通行;若繼電器吸合,接,接地,此時道岔通行顯示屏左紅右綠,機車右側(cè)通行。若出現(xiàn)故障,比如道岔岔尖沒有到位,則兩個位置傳感器的、腳都不會導通,繼電器和自然都不會吸合,兩個端子、均懸空,兩側(cè)箭頭均不亮。各種工作狀態(tài)如表.所示。表.道岔工作狀態(tài)與器件、顯示屏狀態(tài)對照表道岔 位置傳 位置傳 繼電器 繼電器 端子 顯示器箭端子位置 感器 感

45、器 頭顯示未到位 斷開斷開 不得電 不得電 懸空 懸空 左滅右滅左邊到位 導通 斷開 得電 地 左綠右紅不得電右邊到位 斷開 導通 不得電 地 左紅右綠得電第頁江蘇大學工程碩士學位論文.轉(zhuǎn)轍機驅(qū)動電路設計轉(zhuǎn)轍機 是鐵路系統(tǒng)軌道轉(zhuǎn)換裝置的終端執(zhí)行機構,其主要作用是完成對鐵路道岔的牽引,從而改變鐵路道岔的開通方向,并反映道岔的位置狀態(tài)。轉(zhuǎn)轍機以交流、直流電動機或者汽泵為動力實現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換、鎖閉和監(jiān)督功能。本系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機驅(qū)動電路如圖.所示。圖.轉(zhuǎn)轍機.驅(qū)動電路圖單片機的兩個/口.和.通過光耦和控制兩個單路繼電器和。/口輸出低電平有效,即.輸出低電平時繼電器得電吸合,的、端子導通,電機正轉(zhuǎn);.輸出低電平時

46、繼電器得電吸合,的、端子導通,電機反轉(zhuǎn)。和輪流得電分別驅(qū)動轉(zhuǎn)轍機完成兩個方向的扳道操作。扳道操作不允許和同時得電,即.和.不能同時輸出低電平。系統(tǒng)正常工作時,單片機受程序控制不會輸出此非法狀態(tài).和.同時輸出低電平。但為了確保系統(tǒng)可靠,另外設計了一個或門來再次避免和同時得電。當.和.同時為低電平時,或門輸出低電平,光耦、都只能處于截止狀態(tài),繼電器、都不可能得電吸合,轉(zhuǎn)轍機既不能正轉(zhuǎn)也不能反轉(zhuǎn),不會實現(xiàn)扳道工作。各種工作狀態(tài)關系見表.。本系統(tǒng)設計的轉(zhuǎn)轍機驅(qū)動電路既適用于直流電動轉(zhuǎn)轍機,也可用于氣動轉(zhuǎn)轍機,從而使系統(tǒng)更加具有通用性。當使用直流電動轉(zhuǎn)轍機時,第腳接交流接觸器;當使用氣第頁江蘇大學工程碩

47、士學位論文動轉(zhuǎn)轍機時,該管腳接電磁閥。表.工作狀態(tài)關系表光耦 光耦或門輸出 繼電器 繼電器勉高電平 高電平 高電平 截止 截止 不得電 不得電高電平 低電平 高電平 截止. 導通 不得電 得電低電平 高電平 高電平 導通 截止得電 不得電低電平 低電平 低電平 截止 截止不得電 不得電.傳感器信號采集電路設計考慮到系統(tǒng)運行過程中可能出現(xiàn)道岔故障,即扳道指令已發(fā)出并延時,而道岔仍未到位,此時需要系統(tǒng)復位從而進行故障處理。而單片機要想在系統(tǒng)遇到此類狀況時自動發(fā)出復位指令,需對位置傳感器信號進行采集分析。若直接采集位置傳感器信號,則需對兩個位置傳感器的信號分別采集并進行電平轉(zhuǎn)換由于傳感器用的是電源,

48、而單片機使用電源后送單片機處理。這種設計思路會導致硬件和軟件都相對復雜且降低工作穩(wěn)定性。考慮到道岔通行顯示屏上箭頭電源端子和直接反映了兩個位置傳感器的狀態(tài)均不導通或只有一個導通,而自動復位功能又只需關注扳道正?；虿徽煞N情況的區(qū)別,無需判斷扳道到位時道岔岔尖具體位于哪個方向,因此可以把采集兩個傳感器信號的工作簡化為采集顯示器兩個箭頭電源端子和是否有電而無需考慮電源極性?；诖?采集電路對兩種極性的顯示器箭頭電源信號用整流橋整流,整流后的單一極性信號送給光耦。光耦這里有兩個作用:一是通過信號隔離實現(xiàn)抗干擾,二是實現(xiàn)到的電平轉(zhuǎn)換。的輸出送單片機/口.。程序中通過對.狀態(tài)的檢測,實現(xiàn)故障處理。傳感

49、器信號采集電路如圖.所示。.系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,電源端子和都懸空,光耦輸出低電平,即可通過軟件檢測到.為低電平,單片機進行復位處理;系統(tǒng)正常運行時,兩個電源端子其中一個為,另一個接地,經(jīng)過整流橋整流后輸出,光耦導通,輸出高電第頁江蘇大學工程碩士學位論文平,軟件檢測到.為高電平,單片機不進行自動復位。由于的輸出只有高、低電平兩種狀態(tài),所以也簡化了單片機的程序設計。圖.傳感器信號采集電路圖.復位及看門狗電路.復位及看門狗電路設計思路工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn),給系統(tǒng)的運行帶來諸多問題,使系統(tǒng)無法正常運行而“死機,甚至產(chǎn)生誤操作,造成嚴重的事故,究其原因是在執(zhí)行某條指令時,受干擾的沖擊,使

50、它的操作碼或地址碼發(fā)生改變,致使該條指令出錯。這時,執(zhí)行隨機拼寫的指令,甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行,導致程序“跑飛”或進入“死循環(huán)。為使這種“跑飛”或進入“死循環(huán)的程序自動恢復,重新正常工作,一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術。用看門狗監(jiān)視程序的運行。若程序發(fā)生“死機,則看門狗產(chǎn)生復位信號,引導單片機程序重新進入正常運行。干擾按其來源通?？煞譃閮煞N:第一、由電壓電源引起的干擾:這種干擾因素很多,如減幅振蕩、瞬時斷電及停電等都會經(jīng)電源竄入瞬變干擾,引起誤動作。實踐經(jīng)驗表明,在單片機系統(tǒng)因外部干擾而引起的故障中,%以上是因電源干擾產(chǎn)生的,因此,對電源電壓進行監(jiān)測并采取相應的措施對系統(tǒng)的正常運行

51、非常必要。第頁江蘇大學工程碩士學位論文第二、由電源以外原因引起的干擾:主要是傳輸信道的干擾,如雜散電磁場通過感應和輻射進入信道的干擾,由于地阻抗耦合、漏電流等因素產(chǎn)生的干擾等。此類干擾同樣可以引起系統(tǒng)程序跑飛或死機等故障。除了從硬件方面加強抗干擾措施以外,使跑飛的程序重新進入正常運行也是很重要的。此外,單片機系統(tǒng)還有正常情況下的復位要求?；谝陨峡紤],系統(tǒng)應設計抗干擾以及復位環(huán)節(jié)。而美國公司生產(chǎn)的低價格微處理器專用監(jiān)控器芯片,減少了在微處理器系統(tǒng)中采用分離元件來實現(xiàn)監(jiān)控功能所用的元器件數(shù)量和復雜性,并能提高系統(tǒng)的可靠性和準確性。而且,除有看門狗作用以外,還有電源電壓檢測和上電手動復位的功能。因此,設計中選用作為復位芯片,實現(xiàn)看門狗和復位功能。.芯片介紹、弓腳定義魄圖. 管腳定義、手動復位輸入端/當該端輸