矿用电机车刹车控制系统(硬件)

摘要目前，在矿井的辅助运输中，煤矿架线机车应用较为普遍，其运行安全关 系到安全生产，而智能识别红绿灯信号的制动系统是安全运行的保障。本文介绍 了煤矿架线机车智能气动刹车系统原理，并对该系统的主要构件进行了有限元分 析，为机构设计和气动元件的选择提供了理论依据和实践基础 ;煤矿架线机车智 能刹车系统设计，以 MCS-51 系列单片机为核心，采用无线电遥控发射-接收元 件作为机车到达弯-岔道的检测元件，由单片机根据接收到的不同位置的编码信 号，使系统发出相应的语音信号，并进行减速。当煤矿架线机车运行到距离红灯 安放位置 40 米以内时，遇红灯亮信号，矿用架线机车自动刹车，否则通过。本 文并对矿用架线机车避免启动起火的问题进行了介绍，提出了利用本智能刹车系 统，在电机内部温度达到限定值时，能自动拉弓断电的电路设计方案。关键词:智能刹车 无线电检测 单片机 有限元分析AbstractAt present the appliance of mine aerial cable locomotive is clear at large in the assistant transport of mine the safety moving relates the safety production and the brake system that can intellectually identify the red and green light signal is the guarantee of the safety moving. This paper introduces the principle of intellectually pneumatic brake system and finite element analyzes the mostly component. It provides theory and practice basic for framework design and the choice of pneumatic components; the intellectual brake system design of the mine aerial cable locomotive uses a8031 single chip microprocessor as CPU， using infrared ray remote controlled emit and receive system as the measuring component to measure whether the mine locomotive comes near the curve or branch. When system receives the infrared signal with different position coding ， it can broadcast correspond sound information，and decelerate. When mine aerial cable locomotive runs forty distance or sub-forty distance from the position that the red light is placed， it brakes when the red light is lighted or runs continually. Moreover，the paper introduces the problem that mine aerial cable locomotive avoids fire in startup，brings forward a circuit design scheme， which can automatic draught the bow and break electricity when the mine aerial cable locomotives temperature is up to the finite number.Keywords: Intellectual brake Measuring with wireless Single chip microprocessor Finite element analysis目录摘 要 IAbstract II1 绪论 11.1 设计背景 11.2 研究现状 11.2.1 机械制动 11.2.2 电气制动 21.3 设计目的31.4 内容32 方案选择及总体方案42.1 方案选择 42.2 总体方案43 气动系统设计 53.1 原理介绍 53.1.1 空压机的工作原理 53.1.2 单电控电气阀的原理与接线 63.1.3 单向节流阀的结构与原理 63.2 主要气动元件的选型设计73.2.1 空压机的选择 73.2.2 气缸的选型设计 73.2.3 单电控电气阀的选择 83.3.3 压缩空气管道管径和压力损失计算 93.3.4 气缸的设计 103.3.5 耗气量计算 104 矿机车车载弯道、岔道语音装置114.1 研究现状 114.1.1 超声波遥控114.1.2 红外线遥控114.1.3 无线电遥控 124.2 方案选择及总体方案134.2.1 方案选择 134.2.2 总体方案 134.2.2.1 系统功能设计 134.3 系统硬件设计144.3.1 位置检测系统的设计 144.3.2 主机控制电路 184.3.3 语音报警系统设计 194.4 系统软件设计196 参考文献 17 附 系统完整电路图 11 绪论1.1 设计背景煤矿架线机车的安全运行是安全生产的头等大事，制动系统是安全运行的基 本手段。正常停车时，靠它使机车停在正确位置，并且防止自动滑行。矿用架线 机车遇有紧急情祝实施紧急制动时，它的制动装置必须达到煤矿安全规程1992 年版第326条“运送物料时，列车的制动距离必须不超过 40米”的规定，这是 矿用架线机车安全运行的保证。煤矿安全规程中，对矿机车在运行于弯道和 岔道时的运行速度也有严格的要求，到达弯道或岔道时要求司机采取相应措施， 减慢速度。但井下光线昏暗，矿机车司机很难凭感觉确定矿机车的准确位置，有 时候司机在疲倦时不易发现红灯信号， :极易发生安全事故。因此为确保矿机车 的安全运行，要求运行系统能自动给矿机车司机提供弯道、岔道识别提示装置。 而且，当矿用架线机车行驶到距离岔口 40 米以内时，如果此时交通灯为红灯， 就需要司机实施刹车操作;如果此时司机注意力不够，就需要矿用架线机车自动 能在 40 米内完全刹车;在刹车过程中红灯信号转换为绿灯时，机车由刹车状态自 动转换为通行状态。另外，矿用架线机车工作环境差，启动频繁，因而要求启动 时能量消耗要小，启动要平稳，以避免机械冲击。如果在启动时，牵引矿用架线 机车直接接至电网上全压启动，会因静止时电枢绕组反电势等于零且自身内阻很 小，引起大电流烧坏绕组，甚至引起机车失火事故。综上所述，有必要对原有煤 矿架线机车气动刹车系统进行改进，设一套矿用架线电机车智能刹车系统，以确 保煤矿运输和生产安全，为我国煤炭生产的高产高效作成贡献。1.2 研究现状制动装置是矿用架线机车的一个重要装置。矿用架线机车通常兼有机械和电气两种制动装置，有的加装电磁滑靴1.2.1 机械制动机械制动按照其动力分为手动、压气及液压制动。机械制动装置都是采用闸 瓦制动方式。如图 1.1 所示，位于司机室内的手轮1 安装在螺杆 2 上，螺杆另一端车成形 螺纹，套在螺母 3 内，使其只能随手轮转动而不能移动。当螺杆顺时转动时，通 过拉杆 4 及制动杆 5、8 的作用，使闸瓦6、9 分别压紧车轮产生制动。反之，若手轮与螺杆逆时转动，则松闸。闸瓦与车轮之间的间隙，用带正、反螺纹的螺栓7 来调正。闸瓦装在车轮水平中心线以下，使闸瓦压力中心线同车轮水平线成约 8-10 度的夹角。当松闸时，闸瓦能可靠地返回原位。这种制动装置结构简单能产 生足够的制动力。图 1.1 电机车的手动制动装置1-手轮；2-螺杆；3-螺母；4-拉杆；5、8-制动杆；6、9-闸瓦；7-正反扣调节螺丝1.2.2 电气制动矿用架线机车的电气制动是能耗制动，能耗制动是将运行中的矿用架线 机车的电路与架空接触线断开，机车在惯性力作用下运行，将牵引矿用架线机车 接成发电运行，电能消耗在电路中的电阻上，使矿用架线机车逐渐减速。矿用架 线机车电气制动的电路系统如图 1、2 所示。匚II*L +1(a)牵引运行电路(b)能耗制动电路图 1.2 矿用架线机车能耗制动的电路系统 能耗制动电路的特点是两台电动机的激磁绕组交叉联接，即每台的激磁绕 组都与另一台电机的电枢串联。能耗制动具有接线简单、操作方便、不从电网消耗电能、不磨损闸瓦、能充 分利用轮轨间的粘着力等优点。但能耗制动不能使列车完全停止，还需要机械闸 停车。1.3 设计目的矿机车到达弯道和岔道时，系统能自动给矿机车司机提供弯道、岔道识别提 示装置，并且当矿机车遇红灯信号时，能在 40 米内完全刹车;在刹车过程中红灯 信号转换为绿灯时，机车由刹车状态自动转换为通行状态。设计能实现上述功能 的智能刹车系统，此系统用一套气动系统来完成。1.4 内容通过对现有的刹车系统的比较分析，确定一套比较理想的智能刹车系统方 案；围绕这套刹车系统，进行力学分析、确定出主要的元器件，进行气路的分析 和计算；设计单片机控制系统，主要包括:位置传感器检测电路、主机控制电路、 声音提示电路、温控系统电路。2 方案选择及总体方案2.1 方案选择前面介绍的机车各种制动方法中，机械手动刹车是一种比较传统的制动方 法，制动空行程时间长约 65 左右，制动力差，在额定速度、重车下坡实行紧急 制动时，制动距离无法达到煤矿安全规程40m的要求。而电气制动（即能耗制动） 无法瞬时将制动力提高，只能用于机车的减速制动。电磁滑靴存在的问题是 :一 旦电源中断，电磁滑靴就失去作用;对轨道条件要求较高;对于老机车改造来说车 底空间小，无法安装较大的电磁滑靴，因而使用时必须与机械制动联合使用。综 上所述，本课题选用气动刹车。气动刹车是一种新型的刹车系统，它具有制动力 大，制动距离短，司机操作方便、简单等优点。2.2 总体方案气动刹车工作原理： 直流电机是空压机的动力源，空压机通过弹性联轴器与电动机联接。由空压 机产生的压缩空气经冷却器冷却后，进入气罐。这时，压缩空气由于冷却而分离 出冷凝水，冷凝水存积于气罐底部，由自动排水器自动排出。从气罐出来的压缩 空气，用水分过滤器除掉游离的水分和尘埃，由油雾器注入细雾状润滑油，然后 被分成两路:一路经脚闸阀，一路经电磁换向阀，二者在梭阀处汇合去驱动制动 缸刹车，从汽缸出来的空气通过消声器排出。其中智能刹车信号接至电磁换向阀 上，这一部分可以实现智能自动控制。另一方面，主管道的空气导入压力继电器，根据其电气信号去驱动空压机的 电动机进行控制。当压力超过 0.7Mpa 时，切断电动机电源:当气压低于 0.5Mpa 时，则电动机电源接通，带动空压机继续工作。3 气动系统设计在本章中，首先是原理介绍，包括:空压机的工作原理，单电控电气阀的原 理与接线，单向节流阀的结构与原理;然后对主要气动元件的选型进行介绍，包 括:空压机、气缸、单电控电气阀以及梭阀 ;最后论述气路的分析和计算，包括 : 刹车力的确定和计算，气路系统供气需要量的计算，压缩空气管道管径和压力损 失计算，气缸的设计计算，耗气量的计算。3.1 原理介绍3.1.1 空压机的工作原理在气压传动中，通常都采用容机型活塞式空压机，该空压机按结构可分为立式和卧式两种。图 3.1所示为立式活塞式空压机工作原理图。图 3.1 立式空压机工作原理图1-活塞；2-气缸；3-排气阀；4-排气管；5-空气滤清器；6-进气管；7-进气阀 立式活塞式空压机中的立式是指气缸中心线垂直于地面。它利用曲柄连杆机 构，将原动机（电动机等）的回转运动转变为活塞往复直线运动，当活塞 1 向下运 动时，气缸 2内的容积逐渐增大，压力逐渐降低而产生真空，进气阀7 打开，外 界空气在大气压作用下，通过空气过滤器 5 和进气管 6 被吸入气缸内，此过程称 为吸气过程。当活塞向上运动时，气缸的容积逐渐减小，空气受到压缩，压力逐 渐升高而使进气阀关压缩空气就会打开排气阀 3 经排气管 4 输入储气罐中，此过 程称为排气过程。根据本系统的现场实际情况，采用卧式空气压缩机，。卧式空气压缩机中的 卧式是指气缸中心线平行于地面。卧式空气压缩机的工作原理及工作过程与立式 相同。3.1.2 单电控电气阀的原理与接线3.1.2.1 工作原理图 3.2 所示为二位五通单电控电磁阀原理图，图示原始状态为电磁铁线圈未通电 时，进气腔P与工作腔A相通，工作腔B与排气腔相通，当电磁铁线圈通电时, 电磁铁芯推动阀芯换向，使进气腔P与工作腔B相通，工作腔A与排气腔0相 通。当电磁铁线圈断电时，在弹簧力作用下，阀芯复位，阀恢复到原始状态。图 3.2 二位五通单电控电磁阀控制双作用气缸回路3.1.3 单向节流阀的结构与原理单向节流阀的一种结构形式如图 3.3 所示。工作原理： 单向节流阀是一个节流阀和一个单向阀的组合件。如图 3.4 所 示。在本系统中，为了得到快速刹车和慢速放闸，需要设这种阀。在工作行程中， 即实施刹车时、如图（a）所示，气流从工作腔A顶开单向阀，快速进气，这时阀 起单向阀的作用；当返回行程时，如图（b）所示，单向阀关闭，气流由进气腔 经过节流阀，流入工作腔A,这时阀起节流阀的作用。由于单向节流阀只在一个 方向起作用，故只能调节一个方向的速度。通过调节调节杆的移动来改变阀心的 位置，从而改变节流口的开度调节通过的流量。图 3.4 单向节流阀原理图3.2 主要气动元件的选型设计3.2.1 空压机的选择气源装置中的主体是空气压缩机（简称空压机） ,它是将原动机的机械能转 化成气体压力能的装置，是产生压缩空气的气压发生装置。3.2.2 气缸的选型设计气缸属于气压传动执行元件，它是将气体的压力能转化为机械能并将其输 出的装置。按照作用方式气缸可分为单作用和双作用两种。单作用缸只能使活塞 （或柱塞）作单方向运动，即液体或气体只是通向缸的一腔.而反方向运动则必须依 靠外力（如弹簧力或自重等）来实现;双作用缸在两个方向上的运动都由液体或气 体的推动来实现。气缸的选择要点(1) 作用力 根据外部工作需要确定活塞杆的推力或拉力。同一气缸工作 时的实际输出力大小随要求的工作速度不同而有很大变化。速度增高，则由于背 压增高等因素影响，输出力将急剧降低，其变化并非直线关系，选择缸径时对此 必须十分注意。应根据工作条件不同，按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力更 近似地乘以 1.15-2 的安全系数，确定所需气缸的内径。(2) 行程 行程 S 是气缸活塞能移动的最大距离。气缸作用力、行程与活塞 直径的关 系，可 查阅机械 设计手 册中 的相关 部分。选用 的行程 一般按 GB2349-80 圆整。(3) 安装型式 安装型式根据运动机构、使用目的、安装位置和气缸强度等 因素决定。根据本系统的现场实际情况，选用固定式气缸。(4) 活塞杆的运动速度 主要决定于气缸进、排气口及导管内径的大小，以 及阀门、管路等阻力和系统压力等因素。最适宜的运动速度是活塞平均速度在 100-50Omm/s 范围内。根据以上介绍的气缸的选择要点，并结合 3.3.4 节气缸的设计计算，就可以 定出气缸的主要参数，从而选择合适的气缸类型。3.2.3 单电控电气阀的选择本系统选用 QF25ZD 型二位五通单电控硬配电磁滑阀。它是一种单稳态换 向元件，其功能是改变气流的流动方向。广泛用来控制各种类型的阀、双作用气 缸或其它气动执行机构。本阀的动作由电磁铁直接推动阀芯，使阀换位。单电控电磁阀断电后阀芯能 自动复位，无记亿功能。主阀采用硬配何隙密封形式，滑动摩擦力小，具有换向 灵敏，且不受压力变化影响等优点。列车运行方程 列车运行方程，是把列车当作一个平移运动的刚体，表示列车在不同运行状 态时，作用在列车上诸力的关系式。在工程上用它计算列车运行所需的牵引力、 制动力，或在一定条件下可以牵引的矿车数、制动距离及运行速度等参数。列车运行状态有三种: 牵引运行列车在电动机的牵引力作用下，起动、加速或等速运行； 惯性运行列车在运行中，牵引电动机断电后，靠惯性运行； 制动运行列车在运行中切断牵引电动机的电源，并施加机械的或电气的 制动力，减速运行。列车在牵引运行状态下，沿运行方向作用在列车上的力有牵引力F、静阻力W和惯性力Wa。据力学平衡原理，可列出如下方程F - W - W = 0a( 3.1)这是列车在牵引运行状态下的基本方程。列车运行的静阻力主要是基本阻力和坡道阻力，空气阻力因车速不高，计算 时可不予考虑。3.3.3 压缩空气管道管径和压力损失计算Q 0 P 0(3.2)一般为 5-10m/s；3.3.3.1 空气管道管径的确定 管径的基本计算公式d 二 146式中 d压缩空气管道内径，mm；V管道内的压缩空气流速，Q 0常温(20 C)、常压(O.IMPa)状态下管道计算流量,m 3 / min ；p 0吸气状态的大气压， Mpa;P1压缩空气管道内空气的平均压力，一般为0.50.9MPa。p若 1 =0.7MPa， v=8m/s 时，可得近似公式：d = “昶(3.3)式中 d压缩空气管道内径，mm；Q管内自由空气流量，m3 /min3.3.3.2 管道压力损失的计算管道内压力损失包括两部分，即沿程直线管段的压力损失和非直线管段(如 变径管、弯头、阀门、三通等)处的压力损失(也称局部阻力损失)之和。某段压缩空气管道的压力损失可用公式:A pi = 10 - 61 . 1 l5可Qi1.85Pa(3.4)式中pi第i段管道的压力损失，Pa；li第i段管道的长度，m;1.15考虑第 i 段管道上管件 的局部阻力的系数 ;该系数一般取1.10-1.20。如须精确计算，不考虑此系数，可将各管件的等值长度计入管道长度 内计算；di第 i 段管道的内径， m；Qi第i段管道的计算流量（自由状态），m3/min。3.3.4 气缸的设计对于活塞缸，缸的直径是指缸的内径。缸内径D和活塞杆直径d可根据最 大总负载和选取的工作压力来确定。对单杆缸，无杆腔进液体或气体时，不考虑 机械效率。3.3.5 耗气量计算气缸的耗气量通常用自由耗气量表示以便于选取空气压缩机，它与缸径、活 塞杆径、气缸的运动速度和工作压力有关。对于一个单杆双作用气缸，全程往复 一次的自由空气耗气量4 矿机车车载弯道、岔道语音装置这一章和下一章将对系统的电路设计部分进行详细的论述。本章论述矿机车 车载弯道、岔道语音装置及智能刹车装置。4.1 研究现状无线遥控系统按传播控制指令和信号的载体分，可分为超声波遥控、红外线 遥控和无线电遥控。4.1.1 超声波遥控超声波遥控是利用超声波来传送控制指令，对物体或各种过程进行远距离控 制的遥控。超声波是一种机械波，在遥控系统中，使用频率为20200KHZ, 般为40KHZ，频率太低，外界杂音太多，频率太高，在传播过程中衰减较大。图4.1 (a)发射器(b)接收器超声波遥控的特点:具有方向性，超声波可产生较大能量，发射、接收受粉尘影 响较红外线小。在两种不同的媒介面上会被反射，遥控距离一般为几米至几十米， 适用于室内遥控，线路亦较复杂。4.1.2 红外线遥控红外线遥控是指利用红外线为载体来传输控制指令对物体或各种过程进行远距离控制的遥控。红外线是波长为0.76卩m -1000卩m，的电磁波，在遥控系统中，通常使用波长为0.76卩m -1.5卩m的红外光。原理框图如4.2所示图4.2 (a)发射器(b)接收器红外线遥控的特点;遥控距离短，一般为几米至几十米，且方向性很强，不 能穿过障碍物去控制被控对象，另外，红外发射、接收器件受粉尘影响较大，但 制作简单，造价低廉。4.1.3 无线电遥控图 4.3 无线电设备方框图无线电遥控是利用无线电传输控制信号，对物体或各种过程进行远距离控制 的遥控无线电波是电磁波，无线电遥控使用的无线电波的频率范围，一般为几千 赫至儿百兆赫。但常用的为几兆赫即在短波和超短波范围内。短波:九=10100m,f=330 MHz，超短波：九=110m, f=30 300MHz。无线电遥控方框图如图4.3所示。无线电遥控的特点:具有较远的遥控距离，一般 可达到几米至几十千米，可穿过障碍物，抗干扰能力强，但线路较复杂，成本较 高。由以上介绍可以看出，三种遥控方式各有特点，考虑到现场的实际情况，可 具体选择某种方案。4.2 方案选择及总体方案4.2.1 方案选择鉴于前面介绍的情况，考虑到煤矿工作现场，潮湿、有淋水、粉尘大，不宜 采用红外线遥控和超声波遥控，所以本课题选择无线电遥控方式。无线电遥控可 穿越障碍物，不受粉尘影响。无线电遥控常用短波和超短波。本课题选用超短波 （=110m，频率f=30-300MHz）,在几十米范围内能全方位接收。无线电遥控设备的工作原理:图 4.3 的无线电遥控设备方框图是由发射机、接收机及执行机构三部分组成。 发射机主要包括编码电路和发射电路。编码电路由操纵器（操纵开关或电位器等） 控制，操纵者通过操纵器，使编码电路产生所需要的控制指令。这些控制指令是 具有某些特征的、相互间易于区分的电信号。编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上 去，还要将指令信号送到发射电路，使它载在高频信号（载波）上，才能由发射天 线发送出去。就如同用火车、飞机等运载工具运送货物一样，指令信号相当于货 物，载波相当于运载工具。我们把指令信号载到载波上去的过程叫调制，调制作 用由发射电路的调制器完成。发射电路的主要作用是产生载波，并由调制器将指 令信号调制在载波上，经天线将已调载波发送出去。接收机由接收电路及译码电路组成。接收电路又包括高频部分及解调器部分。 由接收天线送来的微弱信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。就 像火车、飞机等运载工具到站后，把货物卸下来的情况一样，解调器的作用是从 载波上“卸”下指令信号。由于“卸”下来的各种指令信号是混杂在一起的、还 要送译码电路译码。译码电路的工作就像把卸下来的货物鉴别分类，再分别送到 使用场一样，它对各种指令信号进行鉴别，送到相应的执行放大电路。执行放大 电路把指令信号放大到具有一定的功率，用以驱动执行机构。执行机构将电能转 变为机械动作，例如电机的转动、电磁铁的吸动等，带动被控的调节机构 （例如 气缸），从而实现对被控目标的控制。4.2.2 总体方案4.2.2.1 系统功能设计(1) 安装在弯道处的无线电发射系统不停地发射无线电编码信号;岔道处无线 电发射系统在红灯亮并且架线机车朝着岔道行驶至距离岔道 40 米以内时发射无 线电编码信号;(2) 安装在矿用架线机车上的无线电接收系统接收到信号时，对信号进行 解调、解密和译码。然后启动执行机构:语音报警、减速或刹车。4.2.2.2 系统组成框图由系统功能要求设计出本系统的组成框图，如图 4，4所示图 4.4 系统框图4.3 系统硬件设计电路设计主要包括:位置检测电路、主机控制电路、语音电路以及它们相应 的软件。以下介绍系统的硬件设计。4.3.1 位置检测系统的设计位置检测系统包括弯道、岔道处无线电集成遥控位置检测电路和距离岔道40 米处的位置检测电路。4.3.1.1 弯道、岔道处无线电集成遥控位置检测系统原理位置传感器选用无线电遥控发射一接收模块，其核心元件为专用集成遥控编 码与译码电路，其编码器能产生包括密码信息、地址和控制数码的编码，并将此 编码以串行脉冲的方式连续输出，该脉冲经调制为某一频率后，加于无线电信号 发射电路即构成位置信号发射电路，将其分别安装于弯道和岔道，并分别设置成 不同的编码，这就是相应的弯、岔道位置传感器发射电路;安装在矿用架线机车 上的无线电接收管接收到信号后，对接收到的信号进行解调、解密和译码。无线 电接收电路可放置于机车司机棚顶上，也可放置于司机室内的玻璃边上，因是无 线电信号，无论是发射电路还是接收电路，安装位置都随意。特别应指出的是，虽然系统采用的是无线电式传感器，但由于其有多位脉宽 不同的脉冲编码为密码，经比较相同后刁识别编码信号，因此其可靠性强，抗 干扰能力亦强。这种器件是专用无线电遥控芯片，其工作频率虽高，但是，处于 业余无线电使用的频率范围内，与井下大巷中使用的工业电视信号及移动通讯的 语音传送信号等不在同一频率范围，所以，不会对工业电视及移动通讯等监控信 号形成干扰。本系统实际选用PT2262集成电路芯片为多路集成遥控编码器;PT2272为多 路集成遥控译码器。PT2262的A0-A11为地址输入线，每位可有3种状态:高电 平、低电平、开路状态，利用其不同的组合可产生312=531441 种不同的编码，数 据从其 Dout 脚串行输出，每位数据用两个数字脉冲来表示:两个连续的宽脉冲表 示“1”两个连续的窄脉冲表示“O” 一宽一窄表示开路，一组相同的串行数据 至少发送 4 次，每组串行数据前有 一个低脉冲同步信号。 将串行数据接至 TX315A-T 无线电专用发射芯片，信号发射有效范围与发射模块工作电压高低有 关。当发射模块工作电压为 6V 时，有效遥控距离为 20m 左右;当工作电压为 12V 时，有效遥控距离可达30-50m。所发射的信号由无线电专用接收芯片TX315A-R 接收后，传给译码芯片 PT2272 的 DATAIN 引脚，当其地址位的设定状态与外部编 码器发送来的数据相同（要连续收到两组相同的编码信号）时，译码器的第 D0-D3 脚电平输出与 PT2262 的 DO-D3 相同的状态信号，这 4 路输出便可识别出 16 路信 号。其框图如图 4， 5 所示。PT2272收到第一串编码脉冲信号时，若接收到编码脉冲和PT2272所设的地 址完全一致，则将传送来的 DO-D3 四位数据码送入寄存器(并由串行码变为并行 码)。当第二串相同的编码脉冲信号到来时，再次经过核对，若地址无误，控制 数据与第一次的相符，则PT2272中的逻辑控制电路发出一控制信号将寄存器的 控制数据打入锁存器并输出到PT2272的D0-D3端。同时，VT端由低电平变为高 电平，表示解码有效。主机收到解码信号有效后，就读来自PT2272输出数据D0-D3，译出键值的 代码，执行相应操作，语音报警、减速或刹车。4.3.1.2 距离岔道 40 米处位置检测系统距离岔道40米处位置检测电路如图4.6所示。当架线机车朝岔道方向运行 至距离红灯40米时，压下单向行程开关SQi，继电器Kx通电，触点K闭合，SQ i 断开后，继电器K依然通电，实现自锁：当架线机车运行到岔道口时，压下行 程开关SQ 2，继电器K 2通电，常闭触点K 2断开，继电器K 2断电，触点K“断开。电路构成说明 ：*行程开关：SQ i选用LXK 3 - 20 HS / W，单向行程开关。直流DC-11电源，额定 工作电压：110W,额定工作电流：0.3A。SQ 2选择LXK 3 - 20 Hs / D弹性摆杆式行程 开关。*继电器:选择JZX-22F型继电器。耐环境性能好，线圈电压;DC:110V。触点参数: 允许电压:Dc:125v，最大电流:3A，最小电流：1mA。4.3.1.3 弯道、岔道处无线电集成遥控位置检测系统电路图弯道处的无线电发射系统只要闭合开关SW，就一直发射无线电编码信号， 如图4.7(a)所示。岔道处的无线电发射系统只有当继电器k的常开触点k闭1 12合，并且红灯亮时才会发射无线电编码信号，如图4.7(b)所示。继电器k的常 开触点k闭合后，红灯照射在光电管GD-6的阴极K上，阴极就会发射出电子。12由于阳极的电位比阴极高，阳极就会收集由阴极发射出来的电子，从而形成闭合回路，遥控位置检测系统处于工作状态。由于这部分电路是和距离岔道 40 米处 的位置检测电路相联系的，因此可以实现当机车朝着岔道方向运行到距离岔道 40 米的范围内，交通灯一为红灯时，岔道处无线电集成遥控位置检测系统处于 工作状态，交通灯为绿灯时，系统不工作。+TX315A-T图 4.7 （ a ）弯道处无线电集成遥控位置系统检测电路图红光谚+45VOKAQ1SrISDOg109 10D3 翌输出 mIE+1尔oDATA INGD-16OUF+i2rTX3X5A2262Jn用! ；2 oomTX3X5A-T图 4.7 （ b ）弯道处无线电集成遥控位置系统检测电路图 电路构成说明：*编码器:选择了 PT2262。PT2262是系列编码IC芯片，采用低功耗、高性能CMOS 大规模集成工艺制造。 OSC1、 OSC2 二引脚外接的电阻电容决定其内部的振荡频率。PT2262能对12个输入端进行编码。当PT2262的TE端有效时（低电平）, 加密地址编码（和控制数据）均由 Dout 端串行输出。每组串行数据输出波形， 由同步脉冲、12 位加密地址（和控制数据） 和一个停止位脉冲组成。 Dout 端输出 编码脉冲的顺序为A0-A7, A8/D0-A11/D3。每发送一次，Dout端自动地送出4 串完全相同的加密地址（和控制数据）的编码脉冲串，即每组串行数据输出至少4 次。*译码器:选择 PT2272。 PT2272 是与 PT2262 相配套的系列译码 IC 芯片。PT2272把收到的前8位脉冲码看成地址，后4位脉冲码看成数据。*无线电发射/接收模块:TX315A-T/R。TX315A-R是和TX315A-T相配套的无线电接收模块。TX315A-T/R的主要参数如下：参数名称TX315-TTX315-R工作电压/V3-155工作电流/mA1.5-3.56.5工作频率/MHz315315频率稳定度10 - 510-5工作温度/ C-20 - +75-20 - +75发收距离/m10-5010-50*光电管:GD-6型号。光谱响应范围:6000 一 11000A;最佳灵敏度波长8000 土 1000A;最小阴极灵敏度10（卩A/lm）;阳极工作电压:30V;暗电流:8xg-11 A:环 境温度:5-35C。4.3.2 主机控制电路主机控制电路选用MCS51系列单片机8031,它接收译码器PT2272送来的控 制编码数据，判断出相应位置（如弯道或岔道），并控制相应的语音电路送出相应 的语音信息，经功放电路由喇叭发出声音，并输出信号至电磁换向阀，实施减速 或刹车操作。系统组成框图如图4.8所示。4.3.3 语音报警系统设计4.3.3.1 单片机语音采集系统单片机语音采集系统用于采集报警所需的语汇和单字语音，由语音采集电路 和语音采集软件等组成。语音采集电路存储在单片机 EPROM 中的语音波数据最初是由人发出并录在 磁带上，然后通过“麦克风”和高频放大器转换成有一定幅度的模拟电信号，再 由单片机语音采集系统转换成计算机能够存储的数字量。一般人能发出的语音波 频率通常只有 16-3000Hz。从“麦克风”输出声波的模拟电信号在时间和幅度上都是连续的，但单片机 所能存储的语音波一定要是数字量。因此，从“麦克风”输出的声波模拟量需要 A/D几转换，这个A/D转换由语音采集系统对模拟量进行采样来完成。采样频率 越高，采集的数字量就越多，越能接近原始的语音声波。通常，采样频率应大于 语音波模拟量的二倍以上。故采样频率可以选10kHzo因此，单片机语音采集系 统的语音采集电路实际上是一个采样频率为 10kHz 的 1BitA/D 转换器，即一个 10kHz的过零监测器，如图4.9所示，图中，运算放大器LM741接成施密特触发 器形式的过零检测器，它可以有效地抑制迭加在有效音频信号上的噪声干扰，并 在 8031 的 P 1.6引脚上得到整形好的逻辑电平信号。图 4.9 单片机语音采集系统的语音采集电路4.4 系统软件设计5 致谢我要感谢我的导师，赵奇老师，在这半年里，给了我很多帮助，在他身上， 我学到了很多，无论是从做学问，还是从做人的方面赵老师都不愧是我最尊敬和 最敬爱的老师。我要感谢我的同学们，在学习上给予我启示，使我们相互学习， 彼此促进，共同进步。在这次毕业设计中，通过在图书馆查阅有关资料，了解了气体检测的起源和 发展过程，并且加深了对气体检测过程、控制系统的认识，熟悉了单片机在检测 控制系统中的运用。并且在所学知识的基础上，利用已有的气体检测控制系统的 设计，尝试对气体检测控制系统的研究。并且，使我将原来所学的知识系统化、 理论化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。 通过这次设计，我还认识到无论做什么，都需要踏实，勤奋，严谨的工作态度， 这对我以后的工作将会产生深远的影响由于我所学知识有限，经验不足，又是初次研究这种复杂的设计，在此过程 中难免存在一些错误和不足之处，恳请各位老师给予批评和指正6 参考文献1 .中华人民共和国能源部制定.煤矿安全规程，北京:煤炭工业出版社，19922 .于岩.运输机械设计，徐州:中国矿业大学出版社，1998，198 一 2003 .程居山.矿山机械，徐州:中国矿业大学出版社，1997，213 一 2174 .薛河.井下矿用架线机车制动问题的研究，西安:西安矿业学院，19955 .姜继海.液压与气压传动，北京:高等教育出版社，2001，93 一 976 .陈子皋.机械设计手册（第四卷），北京:化学工业出版社，19957 .夏先余.矿用架线机车牵引力与运行阻力的分析计算，四川江油，双马水泥集团石灰石 矿山，19988 .饶忠.列车牵引计算，北京:中国铁道出版社，19979 .【日】交友社.电力机车牵引，北京:中国铁道出版社，198510 .张晓东.无线电遥控模块、组件及应用，新时代出版社，2001，7-911 .徐烨.实用无线电遥控（修订本），人们邮电出版社，199712 .洪庆章.ANSYS教学范例，中国铁道出版社，200213 .陈精一电脑辅助工程分析:ANSYS使用指南，中国铁道出版社，200114 .中国计量出版社组编.新编电子电路大全:合订本，中国计量出版社， 200115 . 申明东. 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