基于单片机自动停车器的设计

毕业设计(论文)

题 目 基于单片机自动停车器的设计

英文题目 Automatic parking device design based on single chip microcomputer

学生姓名 学 号

指导教师 职称 专 业

二零 年 月 日

东华理工大学毕业设计(论文) 摘 要

摘 要

机车运输是用机车牵引着一列矿车在轨道上运行。它是水平巷道长距离运输的主要方式，在露天矿场用得也很多。矿用机车按使用动力不同，分为电机车和内燃机车两种。绝大多数矿山使用的是电机车。

机车都是需要人手来操作，这样既费人力资源，而且人不可能在长时间都处于工作状态中，如果人太疲劳了，很容易发生一些意外的事情。这样的话，会对人民的生命财产造成一定的损失，如果采用计算机对电机车停车进行控制的话，可以克服以上所说的缺点，实现电机车的自动控制，人们为了杜绝这类情况的发生，一直寻找一种安全可靠的自动停车装置。本次的设计——基于单片机自动停车器的设计，用于控制电机车的自动停车，并且可以自动和手动切换，以及带有报警系统等操作。避免事故的发生，保证安全生产运输。

关键字：自动停车器； 报警系统； 接触式停车器； 矿山； 铁路

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东华理工大学毕业设计(论文) 摘 要

ABSTRACT

Locomotive is a locomotive traction a mine car running in the track. It is a horizontal tunnel long distance the main mode of transport, are also used in open pit mine. By the use of different mine locomotive power, divided into motor vehicle and locomotive two. The vast majority of mines is using the motor car.

The locomotive is in need of hands to operate, it is neither human resource, but also one can be in long time are all in working state, if people are too tired, very prone to some unexpected things. In this way, will be on people's lives and property caused certain loss, if use the computer to the motor vehicle parking controller, can overcome the above shortcomings, the realization of motor vehicle automatic control, the people in order to prevent this from happening, always looking for a safe and reliable automatic parking device. This time design -- Based on single chip computer technology automatic parking device design, used to control the motor vehicle automatic parking, and can automatically and manually switching, as well as with alarm system operation. To avoid the occurrence of accidents, ensure the safety of production and transportation.

Keyword：Automatic parking device； Alarm System； Contact parking device； Mine Railw

II

东华理工大学毕业设计（论文） 目 录

目 录

一 机车整体的设计 ....................................................................................... 1

1.1 机车制动系统的性能 .............................................................................................. 1 1.1.1 影响制动距离的因素 ........................................................................................ 1 1.1.2 制动运行特点 .................................................................................................... 1 1.2 位置触发部分的设计 .............................................................................................. 2 1.2.1 触发器的原理与设置 ........................................................................................ 2 1.2.2 位置触发器的安装 ............................................................................................ 3 1.2.3 位置触发信号的接收与传输 ............................................................................ 4 1.3 报警装置的设计及原理 .......................................................................................... 6 1.4 齿轮脉冲传感器 ...................................................................................................... 9 1.4.1 A3046 / 3056型霍尔效应齿频传感器 ........................................................... 9 1.4.2 霍尔齿轮脉冲传感器的安装 ............................................................................ 9 1.5 制动电路设计 ........................................................................................................ 10 1.6 电源的设计 ............................................................................................................ 11

二 机车制动计算 ......................................................................................... 13

2.1 制动参数的测定 .................................................................................................... 13 2.2 制动方案的选择 .................................................................................................... 14

三 抗干扰问题和误差分析 ......................................................................... 18

3.1 抗干扰措施 ............................................................................................................ 18 3.2 对误触发问题的考虑 ............................................................................................ 18 3.3 机械磨损与运行滑动 ............................................................................................ 19 3.3.1 轮圆的机械磨损 .............................................................................................. 19 3.3.2 机车微量的纵向滑动 ...................................................................................... 19 3.3.3 机车制动信号的延时时间 .............................................................................. 20 3.4 误差分析 ................................................................................................................ 20

四 硬件电路的设计和程序 ......................................................................... 21

4.1 AT89C51主要引脚简介 ......................................................................................... 21 4.2 速度表电路的设计 ................................................................................................ 25 4.2.1 速度表的概述 ................................................................................................ 25 4.2.2 8155扩展接口简介 ....................................................................................... 26 4.2.3 速度表的工作原理 ........................................................................................ 28 4.2.4 速度检测显示的程序框图 ............................................................................ 29

4.3 电机车自动停车硬件框图和程序框图 ............................................... 29

1

东华理工大学毕业设计（论文） 目 录

4.3.1 硬件框图 ........................................................................................................ 30 4.3.2 程序框图 ........................................................................................................ 31 4.3.3 系统程序 .......................................................................................................... 33

五 结 论 ..................................................................................................... 41 致 谢 ............................................................................................................. 42 参考文献 ......................................................................................................... 43

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东华理工大学毕业设计（论文） 机车整体的设计

式中：R——限流电阻 ( 单位，KΩ)； E——电池电压(单位，V)；

I——发光电流(单位，mA)。

经计算，取限流电阻R的阻值为20K。这样，在干电池正常电压为1.5V时，发光电流为75mA，可以正常工作。当干电池电压降到0.5V时，发光电流为25mA，也能正常工作。因为干电池经常在工作在开路状态下，电能消耗非常小，所以只考虑干电池的存放时间。

为确保人身安全，所以接收到的位置信号必须经过隔离后方能进入单片机。因为信号接收器安装在与DC1800V架线电压接触的机车受电弓子上，电压较高，非常危险。如果不加一个光电隔离器，而是直接引入接线，那么当导线的绝缘皮破损时将是非常危险的。

1.3 报警装置的设计及原理

报警装置主要由555定时器和R1、RP1、C1等组成的多谐振荡器来完成。 555的主要功能取决于比较器。当比较器C2的触发器输入端（用TR标注）V2< 1 / 3Vcc时(Vc1=1,Vc2=0),触发器被置位，泄放晶体管V1截止。当比较器C1的阈值输入端 （用TH标注）V1 >2 / 3Vcc时(Vc1=0,Vc2=1),触发器被复位，V1导通。当V1>VR1,V2>VR2时，C1、C2均输出高电平，触发器维持原状态不变。若R（非）为低电平，则强制触发器复位。不需要复位时R应接高电平。这样，即可控制脉冲的宽度为94.2us。其基本功能见表1-1。

输入

输出

阈值输入V1

× <2 / 3Vcc >2 / 3Vcc <2 / 3Vcc

触发输入V2

× <1 / 3Vcc >1/ 3Vcc >1 / 3Vcc

复位R 0 1 1 1

表1-1 555功能表

泄放管V1 导通 截止 导通 不变

输出V0 0 1 0 不变

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为了驱动扬声器发出有规律的声音，就用555定时器构成一个多谐振荡器如图1-6所示。

图1-6 由定时器构成的多谐振荡器

多谐振荡器工作原理。接通电源后，VCC通过R1，RP1给以充电，Vc逐渐上升。当Vc升到2/3VCC时，比较器C1输出低电平VC1=0，555内部RS触发器被复位，V1导通，输出V0=0，之后电容C通过R2和V1放电，使VC下降。当VC下降到1/3VCC时，比较器C2输出低电平VC2=0，555内RS触发器又被置位，输出V0=1变为高电平。这时V1截止，电容C再次充电。如此周而复始，在输出端得到一个周期性的矩形脉冲。

当控制端为高电平时，多谐振荡器振荡，报警装置发音；控制端为低电平时，多谐振荡器停振，报警装置不发音。多谐振荡器工作波形如图1-7所示。其振荡频率f= 1.44/（R1+ 2RP1）C1，图示参数的频率在600HZ～20KHZ之间，可通过调节RP1来选定 [ 3 ]。

tw1=0.7(R1+R2)C tw2=0.7R2C

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东华理工大学毕业设计（论文） 机车整体的设计

图1-7 多谐振荡器工作波形图

该震荡器振荡与否，取决于复位端4脚的电平。当4脚呈低电平时，555处于停振状态；当4脚呈高电平时，则起振，报警装置发出调定的音频信号。整个报警电路的设计如图1-8所示。

图1-8 报警电路图

报警装置它的复位端口4脚与单片机的P2.2端口相连，受控于单片机。当机车收到位置触发器的触发信号时，经过单片机的内部程序检测和计算，计算出机车进入报警区域时，就从P2.2发出高电平。当报警装置得到发音指令(高电平)，就开始发出声光报警，提醒司乘人员注意快到路端停车区了，要控制好电机车的速度。

当司乘人员完成减速工作后，想关闭正响的报警系统，就按一下复位按扭，声光

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东华理工大学毕业设计（论文） 机车整体的设计

报警就会停止。复位按钮直接与单片机的P1.3端口相连。当单片机从P1.3接收到一个高电平时，经过内部程序运算，使输出端口P2.2输出一个低电平，所以报警系统停止报警。

1.4 齿轮脉冲传感器

齿轮脉冲传感器的工作系统由传感器集成电路、反偏磁铁和目标（齿轮齿）组成。传感器作用面和齿轮之间为空气隙，目标每转一次，开关动作一次。 1.4.1 A3046 / 3056型霍尔效应齿频传感器

本次设计选用A3046 / 3056 型霍尔效应齿频传感器。它是一个基于霍尔效应的单片集成电路，用于铁目标检测，如检测机车转速和位置。它的电路板上允许的工作电压为4～24 V，输出级可达20 mA电流，重复频率为20 kHZ，与双极型MOS逻辑电路兼容。

A 3046 / 3056型霍尔效应齿轮脉冲传感器的工作参数如下表1-2所示：

表1-2 A 3046 / 3056型霍尔效应齿轮脉冲传感器工作参数

电源电压 输出断电压 输出电流 工作温度

28 V 28 V 25 mA -40℃～85℃

反向电池电压 反向输出电压

功耗 存储温度

- 30 V - 0.5 V 500 mW - 65～170 ℃

它具有以下特点： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨

检测铁目标可低至零速（0 rpm）； 大的有效空气隙； 宽的工作温度范围； 可用于稳定电源工作； 高速工作；

输出与全部逻辑电路兼容； 反向电池保护； 固态可靠性； 抗物理应力。

1.4.2 霍尔齿轮脉冲传感器的安装

在本次设计中，把霍尔效应齿轮齿传感器固化在一个铜壳内，以增加其机械强度，

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并利于安装。再安装一个与车轮同步转动的圆盘。根据需要，在圆盘周围安装数块（本例中选定为10块）磁钢（永久磁铁），组成一个与车轮同步转动的齿盘，一块永久磁钢为一个齿。齿盘用非导磁材料铜或铝制造，以免磁钢失去作用。将霍尔传感器安装在齿盘上方，与磁钢接近，距离齿盘顶距离δ，只要传感器端部相距齿顶距离δ≤4mm均能准确无误的将齿频信号发送出来，齿频传感器允许接进的频率很高，远远满足最高行车速度下的齿频传递。齿盘每转过一个磁钢，传感器就发出一个脉冲，若齿盘周围装有几个磁钢。每个脉冲相当于行车距离为：

S??Dn （1-4）

式中：S——每个脉冲相当于的行车距离(mm)；

D——为车轮直径（mm）； N——为齿盘四周的磁钢数。

在本装置内部，经过单片机的检测和计算，把齿频信号处理后，可反映出行车速度、行车位置等。齿频传感器的安装位置示意图如图1-9。它的信号输出端将与单片机的P1.5端口相连。

图1-9 霍尔传感器安装示意图

1.5 制动电路设计

制动控制器由单片机、直流继电器等电路组成[2]。单片机的输出端P2.1在正常状态下输出低电平，直流继电器JZ得电吸合。由直流继电器JZ再控制一个较大的继电器JO，放风筏继电器线圈串接在继电器JO的得电常闭接点上，得电不排风。同时，供电电源高速断路开关的继电器线圈，也串接在继电器JO的得电常闭接点上，得电吸合，维持机车电源的正常供电。

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东华理工大学毕业设计（论文） 机车整体的设计

当单片机经过内部的程序运算，单片机的制动输出P2.1端变为高电平，继电器JZ、JO均释放。放风阀继电器及高速断路开关继电器断电。放风阀排风制动的同时，高速断路开关断开高压供电电源，使机车失去牵引力，增加行车阻力，即紧急停车。电路原理如图1-10。

图1-10 制动电路原理图

1.6 电源的设计

本装置从蓄电池直接引入24V电压，经稳压后输出芯片所需的电压[11]。如图1-11所示。由于AT89C51,8155,单片机等都需要+5V的稳压直流电源，所以只把24V蓄电池稳压输出+5V的电源。

图1-11 电压变换

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图 1-12 稳压器电路 12

东华理工大学毕业设计（论文） 机车制动计算

二 机车制动计算

2.1 制动参数的测定

实测Sm、VH的数据如表2-1。

表2-1 Sm和VH的测量数据

速度

30

km/h 制动距离m

108

95

82

71

61

53

45

37

31

25

20

16

12

8

4

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

图2-1 （VH,Sm）关系图

跟据实测数据绘制的（VH，Sm）的关系图，绘制出（VH，Sm）的线性关系，如图2-1所示。

图中a曲线是代表Sm?f(VH)的关系；

b直线代表Sm?f(VH)近似的线性关系；

c直线代表VH=[20,30]时，Sm?f(VH)的近似线性关系。

运用描绘法，通过图上的a和c直线对比，再通过目测法，可以得出机车在不同

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东华理工大学毕业设计（论文） 机车制动计算

的制动初速度下的制动距离，如下表2-2。

表2-2 各个初速度下的制动距离

初速度km/h

30 29 28 27 26 25 24 23 22 21

制动距离m

108 101 95 88 82 76 71 66 61 57

初速度km/h

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

制动距离m

53 49 45 41 37 34 31 28 25 22

初速度km/h

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

制动距离m

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

根据图上的a曲线和c直线的关系可以看出，表中的制动距离数据跟真实数据有一定的误差，但都不大于1m，都是在自动停车系统允许的范围之内，所以误差对停车的准确性不会构成很大的影响，所以在这里，都会把这些数据当作是有效数据。

2.2 制动方案的选择

由图1-2可知，CD制动区域的长度为108m，这是电机车以速度30km/h刚过C点时，立即制动的制动距离，这时机车能够准确停到预定的位置（即安全区域），不会发生闯路端。 由于制动的长度已经确定，在实际中不能够随意的更改。所以，当以低于30km/m的速度通过C时，单片机就立即对机车进行制动，就会出现机车的停车位置没有停在预定的区域内或离预定区域还有一段的距离（如表2-2），这就达不到本设计设定的方案要求。

为了满足方案的要求，现在利用单片机的强大运算能力和逻辑分析能力，对机车的准确停车进行控制。假设，机车的制动距离为Sm。若速度V小于等于30km/h时，它离预定点距离是

S2?S?Sm （2-1）

式中：S——制动区域长度；

Sm——是机车在初速度V时的制动距离；

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东华理工大学毕业设计（论文） 机车制动计算

S2——是机车停车位置与预定位置的相差距离；

由表2-2的数据，经计算得到S2的距离，如表2-3。

所以，当机车以低于30km/h的速度通过C点时，为了要将机车停在预定的安全区域，机车必需要继续运行S2的距离，然后才立即对机车发出停车信号，对机车进行制动控制。这样才能满足方案的要求。

根据各个相差距离S2i求出各个相差距离的差的平均值[4]

Z3=（7-0+13-7+20-13+26-20+32-26+37-32+42-37+47-42+51-47）/10 =47/10

=4.7m （2-2）

同时得

Z2=3.1m （2-3）

Z1=1.8m （2-4）

表2-3 初速度与相差距离的对应关系表

初速度km/h 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21

制动距离m 108 101 95 88 82 76 71 66 61 57

相差 距离m 0 7 13 20 26 32 37 42 47 51

初速度km/h 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

制动距离m 53 49 45 41 37 34 31 28 25 22

相差 距离m 55 59 63 67 71 74 77 80 83 86

初速度km/h 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

制动距离m 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

相差 距离m 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106

由表2-3和式2-2、2-3、2-4可得，初速度在21～30相差1km/h，停车距离只是相差4.7m；在11～20相差1km/h，停车距离只是相差3.1m；在1～10相差1km/h，停车距离只是相差1.8m。但实际中，机车的相差距离会小于这个平均值。

车轮直径D为1000mm,则车轮周长C为：

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东华理工大学毕业设计(论文) 机车整体的设计

五 结 论

这个装置在机车的运行过程中，一直对机车的速度进行检测和显示。当接收到位置触发信号时，单片机就跟据牵引或者推拉的行车方式，判断机车的最前端是在A点（LEDAB亮）或B点（LEDBC亮），作出控制方式选择。若机车最前端到达A点时（LEDAB亮），就继续向前行驶。若到达B点（LEDBC亮）时，就发出报警信号，让司乘人员注意把机车的速度减到系统的要求。系统设计了报警复位按钮，若按一下，报警信号停止，但单片机可以按程序继续执行下去。当机车最前端到达C点时（LEDCD亮），机车就按现在的速度选择停车方案。当机车走完方案中设定好的路程后，单片机就发出停车信号。制动单元中的放风阀放风，高速开关断开，机车开始制动。这个装置除了有报警复位，还设置了误触发复位，这个按钮的主要功能是：

1）以缓解误触发而引起单片机执行停车控制程序。 2）可以根据路端信号确定机车是否需要停车。 3）是手动和自动的切换按钮。

这个装置虽然可以满足设计的要求，但还可以增加一些扩展功能，如与机车的速度控制系统联系在一起，实现实时的速度控制。由于本人水平有限，对于设计中存在的问题，希望读者提出宝贵的意见。

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东华理工大学毕业设计(论文) 致 谢

致 谢

历时将近两月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要感谢我的论文指导老师。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！

感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。

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东华理工大学毕业设计(论文) 参考文献

参考文献

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[9] Francis Nguyen1Challenges in the design of a RGB LED dis2play for indoor applications1Synthetic

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[10]吴霞.利用89C51单片机实现的一种低转速测量方法[J].中国计量学院学报,2000，20期.27～31. [11] 王兆安,黄俊.电力电子技术[M].第４版.北京:机械工业出版社,2000.

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东华理工大学毕业设计（论文） 机车制动计算

1000 = 3140mm （2-5） C??D= 3.14×

该车轮四周安装了10块小磁钢，而两块小磁钢之间的轮周长为：

C1?C3140 ??314 mm （2-6）

1010即脉冲之间的机车的行走距离为314mm。所以，相差距离为13m时，单片机要接收的脉冲数目为

MC?13?41 0.314机车以28km/h的速度到达C点时，根据检测到机车的初速度，选择出控制的方案，如表2-4[5]。再当单片机接收到的齿轮脉冲数等于程序中存储的该方案的脉冲数41时（即表示电机已经走完S2的距离了），单片机就立刻发出停车信号，使放风阀和高速开关动作，以便实现准确停在预定的区域内。其程序框图如图2-2。其中N代表方案X（1≤X≤10）中脉冲触发的个数，N的个数参考表2-4。

停车报警，锁定V， MC=0

图2-2 制动方案分析选择判断模块框

方案30 1≥V>0 N 其他 方案 Y 方案1 29≥V>28 MC=N N Y Y 电 机 车 制 动 Y 方案1 30≥V>29 N Y N 列车继续前进 16

东华理工大学毕业设计（论文） 机车制动计算

表2-4 模糊控制方案

方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 方案6 方案7 方案8 方案9 方案10 方案11 方案12 方案13 方案14 方案15 方案16 方案17 方案18 方案19 方案20 方案21 方案22 方案23 方案24 方案25 方案26 方案27 方案28 方案29 方案30

检测速度V km/h

30～29 29～28 28～27 27～26 26～25 25～24 24～23 23～22 22～21 21～20 20～19 19～18 18～17 17～16 16～15 15～14 14～13 13～12 12～11 11～10 10～9 9～8 8～7 7～6 6～5 5～4 4～3 3～2 2～1 1～0

相差的距离S2 m CD段脉冲数MC

0 7 13 20 26 32 37 42 47 51 55 59 63 67 71 74 77 80 83 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106

0 22 41 64 83 102 118 134 150 162 175 188 201 213 226 236 245 255 263 274 280 287 293 299 306 312 318 325 331 338

BD总MC数

414 436 455 478 497 516 532 548 564 576 589 602 615 627 640 650 659 669 677 688 694 701 707 714 720 726 732 739 745 752

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东华理工大学毕业设计（论文） 抗干扰问题和误差分析

三 抗干扰问题和误差分析

3.1 抗干扰措施

本装置的电路特点为，在列车正常运行时装置完全处于静态工作状态。各触发器处于某一稳态，装置一经触发，全部电路进入动态工作状态。自动或手动缓解后又进入静态工作状态。不论装置工作在静态或动态，干扰的主要表现在误触发和误制动。出于这种考虑，采用了如下防干扰措施。

1) 抗干扰的触发电路

设计了抗干扰触发电路。触发接收端采用光电隔离、低电平触发、限幅式。这样，干扰电平必需为钳位电平的幅值，且具有一定负载能力方能进行干扰。这样就减少了干扰机会。

2) 输出端采用动态钳位式电路

制动输出端采用动态钳位式抗干扰电路，钳位高低电平均与电源同步，在钳位状态下任何电源干扰均不能使其误触发。从而防止了最为严重的电源干扰。

3) 电路本身的抗干扰功能

电路设计时考虑了干扰问题，电路本身具有抗干扰功能，任何干扰过后都能自动恢复正常工作状态，逻辑不紊乱。

4) 其它抗干扰措施

关键触发器电路采用了高阀值元件，设备连接线采用屏蔽电缆、装置机壳为屏蔽式，防止了外部杂散干扰，即第二项、第三项干扰。电路板设计、板间连接等均考虑了抗干扰问题。

3.2 对误触发问题的考虑

受线路条件的制约，电机车主弓子与接触线经常产生火花放电，产生较强的磁场。特别是惰行段，火花尤为强烈。此是由于司机不按规程操作，控制器未及时还零所至，可能导致误触发。解决方法如下：

1）设计触发识别电路。对正常的触发脉冲进行识别，不符合正常的触发脉冲的干扰脉冲全部滤掉。

2）遵守操作规程。告诫司机遵守操作规程，过行区段及时将控制器还零，以避免误

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东华理工大学毕业设计（论文） 抗干扰问题和误差分析

触发。

3）缓解按钮。装置设有缓解按钮，误触发时按缓解按钮。

3.3 机械磨损与运行滑动

3.3.1 轮圆的机械磨损

轮圆的机械磨损会对行驶长度的计算产生误差。以本设计中的机车为例： 动轮直径D=1000mm，齿数Z=10（块），每齿相当行程S齿为

S齿?D? (3-1) Z =

1000? 10 =314mm

轮圆磨损10mm后的S'齿为

D? (3-2) Z(1000?10)? =

10S齿'? ≈311.0mm

由式（3-1）、（3-2）两个齿轮脉冲触发之间的误差距离为

?S?S齿?S齿'=314-311=3mm （3-3）

所以原来的设计长度AD距离是368m,根据式（3-3），轮圆磨损后所走的距离与实际距离的误差为

?SZ?368?S368?0.003=3.52m （3-4） ?0.3140.314即实际行走了这段路程比设计理论中的少走了3.52m。

可见，在轮圆磨损10mm的情况下，总误差不到4米。且小于实际值，符合设计要求,而且增大了安全系数。 3.3.2 机车微量的纵向滑动

机车在行进过程中，由于冲击、振动等会带来微量的纵向和横向滑动。其纵向滑动虽使计算行车距离与实际产生误差。但滑动量极微，可以认为车轮在钢轨上作纯碎滚动。

制动时，忽略回转质量的惯性，认为制动力就等于闸瓦摩擦力。当摩擦力接近或等于粘着力时，车轮在钢轨上可能出现连滚带滑的现象。但制动机的设计时已考虑了

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东华理工大学毕业设计（论文） 抗干扰问题和误差分析

这些问题，并将它假设计为SF（SF≤4m）。 3.3.3 机车制动信号的延时时间

当单片机发出停车命令后，从发出信号到紧急停车 大约需要经过半秒的时间。以机车的初速度30km/h来算，机车在这半秒的时间内行走的距离为

S齿=

(0.5?30)=4.2m （3-5） 3.63.4 误差分析

由图2-4可知，本设计中在机车停车区域外还加了一段安全区域DE(DE=15m)，这个区域的设计就是为了克服实际中存在的各种误差，以免机车由于自然条件和设计计算方式中的误差而闯路端，引发出安全事故。由式（3-1）、（3-2）（3-4）、（3-5）得到机车制动误差DE’。

DE’1=SF?S延?Z1??SZ=4+4.2-4.7-3.52= -0.02m (3-6) DE’3=SF?S延?Z3??SZ=4+4.2-1.8-3.52=2.68m (3-7)

当选用Z1时，DE’1的绝对值小。当选用Z3时，DE’3的绝对值大。

由制动误差DE’和安全区域DE，得到机车停车位置到路端的距离，这距离也确保了机车在其它的细微误差里也不至于闯路端，保证了装置的安全性、可靠性和准确性。

?DE1=DE-DE’=15+0.02=15.02m ?DE3=DE-DE’=15-2.68=12.32m

两个结果都在安全区域内，所以这个装置满足设计要求。

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东华理工大学毕业设计（论文） 硬件电路的设计和程序

主电路由三部分构成：霍尔齿轮脉冲传感器，主控系统，速度显示器。

图4-5 速度表电路图[ 8 ]

4.2.2 8155扩展接口简介

由于速度显示器需要的端口很多，而且单片机要连接的外设也多，为了节省一些端口，所以在这里，就用可编程I/O扩展接口对显示器进行控制。如图所示，显示器为3位LED数码显示，共阴极接法。数位的扫描信号由8155的A端口PA0～PA3提供，字段信号由8155的B端口PB0～ PB7 输出[9]。

8155有3个可编程的并行端口，端口A和端口B均为8位输入输出，端口C为6位，可作输入输出处，每根线还可分别作为命令线。它们都靠内部命令器来控制。命令寄存器只能写入不能读出，有关功能如图4-6所示[8]。

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东华理工大学毕业设计（论文） 硬件电路的设计和程序

TM2TM1IEBIEAPC1PC2PBPA定义PA0~70=输入定义PB0~7｝1=输出定义PC0~500=方式1，输入口11=方式2，输出口01=方式310=方式4端口A中断控制1=允许端口B中断控制0=禁止定时器控制命令图4-6 8155命令寄存器的控制字格式

而8155的C端口各引脚的工作方式3、工作方式4的定义见表4-3所列，详细资料请查阅手册。

表4-3 C端口各引脚的工作方式3、工作方式4定义

端口C引脚

PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5

方式3

A INTR（端口A中断请求） A BF（端口A缓冲器） A STB（端口A选通）

输出口 输出口 输出口

方式4 同左 同左 同左

B INTR（端口B中断请求） B BF（端口B缓冲器） B STB（端口B选通）

本设计端口A和端口B均作为输出口，控制字PA位和PB位均为1其它的不用为0，控制字为3H。

由图4-5可知，8155的IO由8051的端口2（作为高8位地址）的P2.0线选择，当IO为1时，做I/O端口；当IO为0时，作RAM用，所以，P2.0=1。由8051的P2.7经反向器2404接到8155的片选引脚CE，所以P2.7=1。此外，在电路图中，8051端口0作为低8位地址及双向数据线与8155的AD0～AD7想连。回8155内部有地址寄存器，8051的ALE信号可与8155的ALE直接相连。

表4-4 I/O端口及定时器地址

I/O地址

A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 × × × × × 0 0 0

寄存器选择

命令/状态寄存器

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｝｝见表3-3｝

东华理工大学毕业设计（论文） 硬件电路的设计和程序

× × × × × 0 0 1 × × × × × 0 1 0 × × × × × 0 1 1 × × × × × 1 0 1 × × × × × 1 0 1

端口A 端口B 端口C 定时器低8位

定时器高6位和定时器方式2

4.2.3 速度表的工作原理

在待测转速的转盘上安装数块（n）小磁钢。每当转盘转动一周，小磁钢接近霍尔集成n次[10]。于是霍尔集成电路将感知的磁信号变换为电信号并放大后，送往单片机的P1.3端口。单片机P1.3端口每接收到一个触发脉冲，内部程序的N整型变量都加1。当电机车在周期T内触发N次，程序就对数据进行处理，

本次设计中，车轮直径D为本1000mm,则车轮周长C为：

1000 = 3140mm C??D= 3.14×

该车轮四周安装了10块小磁钢，而两块小磁钢之间的轮周长为：

C1?C3140??314mm 1010机车在周期T内，单片机接收到的触发信号共有JC次 所以机车走过的路程为

S?C1?JC

所以，机车在这个周期T内的平均速度为

V?3.6S km/h

2?1000将定时器0设置为定时模式1，其控制字为01H。

(2n?x)?12?T fOXCx?2n?fOSC?T 12x=15536

计算得，定时器0的初始值TH0=0Xb0，TL0=0x3C。

单片机最后将计算所得到的结果，通过8155扩展口芯片，送到共阴极接法的七段译码管显示器。

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东华理工大学毕业设计（论文） 硬件电路的设计和程序

4.2.4 速度检测显示的程序框图

开 始

定时器工作方式 1

速度检测周期T=2S，单片机接到的齿轮脉冲 列 车 前 行 N T=2S Y 计 算 所 得 结 果 LED 显 示 29

东华理工大学毕业设计（论文） 硬件电路的设计和程序

4.3 电机车自动停车硬件框图和程序框图

4.3.1 硬件框图

元元单单警动报制 2.12.示P27P显元.0 P度 ～元速单0.0P单34..制11位位PP复复控警发D5.E2统报触L示P 段 ～3系.区显2P201...111P0TPPI触元脉元式置单频单方钮位发齿冲车按行

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电机车自动停车装置系统总框图

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