基于单片机的铁路道口控制器的设计

1 绪论1.1 研究背景与社会价值1.1.1 单片机的发展以及应用现状我国经济持续快速增长的情况下，交通运输业也随之发达起来。

而路网的建设速度是有限的，现在制约铁路发展的最重要的就是安全问题。

公路运输优势存在于灵活性强、速度快、实现“点到点”的运输，且其建设周期较短、投资低。

铁路运输也有其优点例如：强大的输送能力、低廉的运输成本、运行时间的可持续性强可达到全天候运行。

我国国土面积广阔交通网络发达，截止12年数据我国的公路里程达180万公里，铁路约为7万公里，形成了以公里以及铁路为主体的交通运输网络。

关于铁路道口我国目前的现况是路口多，需要大量的人力物力进行路口安全的持续性监控，为解决此问题研发了铁路道口自动报警系统，本课题在软硬件设计中，特别具有针对性的拟解决特殊条件下的系统可无人监控且准确、有效可靠的执行任务提路口高安全性，尤其在天气条件较差的情况下，更是凸显作用和价值现。

平交路口问题是是运输安全的重点，所以，如何去提高通过的安全性，当务之急是我们首先要解决的。

2 系统的硬件设计利用单片机技术实现铁路道口报警和控制系统，研发了自动报警系统。

在车头及车尾设置安装满足条件的传感器，采用89C51作为系统控制芯片，把安装在铁轨上的传感器所搜集的信息通过发送装置发送回去，语音报警系统将会及时的通知路口值班人员及过往行人，从而大大的提高了路口安全性以及保障性。

2.1传感器的选择传感器的主要部件是以AT8951单片机为主，进行的报警系统的研究设计，然后就是对所在系统进行保护设计。

因为道路环境以及自然环境条件比较恶劣，所以对传感器的各种抗性要求都是非常苛刻的。

针对于这些要求和条件，凸出极磁电式轨道传感器最为适合作为该系统的传感器。

其工作原理为：法拉第电磁感应定律有此：E=一N半d 0／dt。

2.2传感器使用和安装安装需要考虑因素有：在系统设计时传感器到铁轨的高37毫米，只放车辆的情况下，高度调整到34毫米。

长沙学院数电课程设计说明书题目八路集成电路智力竞赛抢答器系(部) 电子与通信工程系专业(班级) 电子信息工程姓名学号指导教师起止日期2012.6.4-2012.6.82010级电子信息工程专业课程设计任务书（课题一）系（部）：电子与通信工程系专业：电子信息工程学生姓名同组者指导教师课题名称铁路和公路交叉路口的交通控制器设计设计要求及设计参数1、实现双向原则，即为火车双向行驶，汽车双向行驶；2、满足火车优先原则，即火车来了就过火车，不管汽车是否来；3、火车行驶中亮红灯，护栏放下；火车过后亮绿灯，护栏弹上；4、应用压力传感器产生高低电平信号，控制电路的红绿灯的亮灭以及护栏的开合。

设计工作量一周：1、查找资料，根据要求的格式并结合所查资料写出理论设计方案的全过程，实验操作的步骤、数据以及结论。

2、学习使用MultiSim9软件，利用MultiSim9画出原理图并进行仿真。

3、学习使用Protel软件，利用Protel完成原理图绘制。

进度安排起止日期工作内容备注星期一（6月4日）全体集合，指导教师开题，辅导报告、查阅资料龙英星期三（6月5日）Multisim仿真刘亮星期四（6月6日）Protel原理图、PCB制版刘亮星期五（6月8日）验收、答辩、撰写课程设计报告刘亮主要参考资料1、 康华光。

电子技术基础数字部分（第五版）2、 杨欣、王玉凤、刘湘黔。

电路设计与仿真——基于Multisim9与protel993、 标准集成电路数据手册TTL 电路指导教师签名年 月 日系（部）主管领导意见年 月 日答辩评委老师年 月 日教研室 意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名学号专业电子信息工程班级设计题目铁路和公路交叉路口的交通控制器设计指导教师指导教师意见：评定等级：教师签名：日期：答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名：日期：系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目录摘要.............................................................................................................. 错误！未定义书签。

基于单片机的火车道口安全报警的研究与设计电子信息工程专业[摘要]道口是铁路安全运输问题的重点和薄弱点。

本课题针对我国铁路平交道口的现状，利用单片机技术开发了平交道口来车自动报警系统，采用了可靠性高、价位低、普及程度高、利于基层技术人员掌握学习的89C51作为控制芯片，利用了轨道传感器采集回来的车轮信息，准确地将来车信息通知道口值守人员及过往行人，大大减少了事故发生的隐患。

针对系统工作环境的恶劣和工作的特殊性，在系统硬件设计过程中，重点突出了系统运行的可靠性、设备的坚固程度，在软件的编制上也采取了有力的抗干扰措施，因此，本系统的研究与设计具有重要的社会意义以及推广价值。

[关键词] 运输安全；铁路平交道口；单片机The Research and Design Based on The Single-chip Computer for The Rail-road Crossing Warning SystemElectronic Information Engineering TANG Li-junAbstract: The Level road crossing is emphasis and weak point.This article discusses the present situation of our rail level road crossing,use single-chip microcomputer system to design the coming vehicle automatic warning system for level road crossing.The core chip is 89C51 which has high reliability,low price and good universality.Most technicians can master it easily.The system gets the coming vehicles message,and gives notice to the crossing keeper and the people.So it can reduce the hidden dangers and provide the insurance for the rail traffic. Because of the bad running environment and working important,so we think much of the system running reliability,firmness of device.Some measures also are taken in the software. So the research and design of this system is very necessary.Key words：Traffic Safety; Rail-way Crossing; 89C51毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计1设计任务和要求系统总体采用AT89C51单片机为道口自动报警系统的核心，用安装在钢轨内侧的成对的车轮传感器组成检测点，感应到的车轮信息通过标准信号电缆传送到道口房的主机内，根据单片机计算出的速度、检测点与道口的距离，以及道口附近铁路线的分布情况，对列车是否通过道口做出智能判断。

如果列车将要通过道口，则要提前40---90秒给出声光报警信号，以通知道口工。

如果列车从车站的另一咽喉进站正在减速准备停车时，则不予报警，继续进行监视。

当列车通过道口时，由道口另一侧单个的传感器接受到列车通过的信息，并将信号传回到主机，主机将结束报警状态，此时道口将重新开放。

以达到自动检测、报警通知和提升道口整体安全状况的目的。

2系统组成部分：系统主要由传感器系统、信号处理系统、单片机系统以及语音报警四部门组成，系统组成框图如图2—1所示：图2—1系统组成原理图系统工作平面示意图：系统主机安装在铁路道口值班房内，传感器安装在距离道口适宜距离的铁轨上，传感器信号由信号电缆传回主机，有主机进行处理，并将来车信息通知道口值守人员。

系统平面工作示意如图2—2所示：图2-2系统工作平面示意图3系统硬件设计3.1传感器的选择本课题选择凸出极磁电式轨道传感器。

该类传感器为永磁体材料，外壳为优质铸钢制造，无源，其磁心的磁能积足够大，火车车轮通过时割磁力线可以产生足够高的脉冲信号。

可以长期稳定的工作，而且除了定期清扫铁屑外，无需维修，能够适应现场恶劣的工作环境。

传感器安装方式如图3-1所示：图3-1传感器实物照片3.2信号处理电路的设计信号处理电路的设计原则为：传感器输出的信号是包括故障信息和车轮信息的复合模拟信号。

这样的信号必须经过必要的处理，将不同的有用信息转换为标准的开关量，才能供数字式控制系统使用。

其中信号处理电路如图3-2所示：图3-2信号处理电路3.3系统主电路的设计设计原则首先是可靠，其次是简单，具有可以满足系统工作需要的计算速度且要考虑系统的综合经济成本。

学生姓名：熊峰专业：通信工程指导教师：刘文科第一章绪论1.1问题的提出相较于公路、水运、航运等其它交通方式，铁路运输具有无与伦比的优势：1、铁路路线散布广，便于货品的接送、转换，适合远距离运输。

2、随着铁路的不断提速，铁路运输速率将越来越快，运输效率将越来越高。

3、铁路运输不容易受气候的影响，可以长年累月稳定地运转。

4、铁路能一次性运送几千吨的货品。

正是因为铁路在我国交通运输中占据如此重要的地位，而且其作用有增无减，所以大力发展铁路运输事业是党和国家所高度重视的，包括火车的扩建、火车的提速等等。

由于火车轨道在修建铺设时无法完全避开人们工作生活的场所，所以必须在交汇处设置铁路道口。

但是根据我国当前的技术和财力无法做到每一处道口都封闭运行，要是火车高速经过道口而无任何事前的警报，那么很容易造成交通事故。

因此为了提高火车运行的效率和保障行人的安全，有必要设计一套铁路道口报警系统来解决火车通过道口的安全问题，为铁路的快速发展提供安全保障。

1.2国内外研究现状国内外目前主要研究设计如下几种铁路道口报警系统：(1)基于轮轨激励声检测的铁路报警系统；该系统建立在共振解调技术的基础上。

共振解调技术能敏感感应出车轮与轨道接触引起的脉冲信号，系统由声音传感器和振动传感器采集来车信号，通过传感器、选择器分离出高频及中频振动信号，再分别经过解调器解调后送至单片机进行处理，从而控制声光报警器报警[1]。

(2)基于嵌入式系统的铁路道口报警系统：该道口报警控制以嵌入式系统作为控制中心，用安装在铁轨上的磁性踏板开关来检测火车到来和离去的，最终由嵌入式系统控制各个报警装置预警[2-5]。

(3)DSP和以太网设计的铁路道口报警系统：它是由道口周围的检测系统和以芯片RTL8019AS为核心的控制中心系统构成；火车即将到达道口时，由传感器采集火车信息并经信号处理电路后送至DSP控制中心进行处理，最终发出命令对报警信号进行控制[6-9]。

目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1绪论 (3)1.1 问题的提出 (3)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 研究目的与意义 (4)1.4 设计任务与要求 (4)2系统总体方案设计 (6)2.1 系统的整体平面示意图 (6)2.2 系统的主要技术指标 (6)2.3 系统工作的整体框图 (7)3系统硬件设计 (8)3.1 传感器 (8)3.2 信号处理模块 (10)3.3 中央处理模块 (12)3.4 语音报警模块 (15)3.5 栏木机驱动模块 (18)3.6 键盘输入与数码管显示模块 (20)3.7 电源模块 (23)4系统软件设计 (25)4.1 软件设计的主要步骤 (25)4.2 系统软件的总体设计 (25)4.3 列车断线检测模块 (26)4.4 列车接近与到达检测处理 (28)4.5 语音广播系统软件流程 (30)4.6 栏木机控制模块流程 (30)5系统抗干扰设计 (32)5.1 系统抗干扰性设计原则 (32)5.2 系统干扰源分析及硬件抗干扰措施 (32)5.3 系统软件抗干扰措施 (35)6总结与展望 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录：系统硬件图 (42)基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计摘要: 在我国经济持续发展的今天，随着机动车辆的增加以及列车密度和运行速度的提高，使得道口安全问题日趋重要。

如果铁路平交道口缺少严格的安全管理，恶性道口事故将会很容易发生，这会对铁路安全造成极大威胁，所以铁路道口的安全问题既是重点又是薄弱点，因此设计出一种铁路道口报警系统来提高安全性是非常必要的。

论文首先分析了课题确立的意义，并且针对于国内外的研究现状，给出了系统总体框图，平面示意图以及相关的技术指标。

本课题的硬件部分选取了具有广泛群众基础，价格便宜的AT89C51单片机作为主控制芯片，选用磁电式传感器对列车的车轮信息进行采集，使用ISD4002语音芯片和LED显示模块将来车信息及时地通知过往车辆及行人，而且为了提高系统的总体安全性能特别增加了电动栏木机。

基于51单片机的交通控制系统模拟设计学院：电气与控制工程学院专业：自动化姓名：目录1. 设计思路 (2)2.2显示界面方案 (2)2.3输入方案： (2)3 单片机交通控制系统总体设计 (2)3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 (2)3.2单片机交通控制系统的功能要求 (4)3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (4)4智能交通灯控制系统的硬件设计 (4)4.1系统硬件总电路构成及原理 (4)4.2系统硬件电路构成 (5)4.3系统工作原理 (5)5 系统软件程序的设计 (7)5.1程序主体设计流程 (7)参考文献 (17)设计心得体会 (18)附录 (19)基于单片机的交通控制系统模拟设计1. 设计思路（1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。

（2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又增加了紧急状况处理和通行时间可调这两项特特殊功能。

（3）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。

（4）进行软件系统的设计，对于本系统，采用单片机C语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。

2.单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证2.1 电源提供方案采用单片机控制模块提供电源。

改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。

2.2 显示界面方案采用数码管显示。

这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。

2.3 输入方案：由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。

3 单片机交通控制系统总体设计3.1单片机交通控制系统的通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。

利用单片机设计一个十字路口交通灯控制器毕业论文目录摘要..................................................................................................... 错误！未定义书签。

目录 (1)前言..................................................................................................... 错误！未定义书签。

第一章单片机概述.. (2)1.1单片机交通控制系统的选题背景 (2)1.2单片机交通控制系统选题的现实意义 (3)1.3国内外研究现状及其发展 (4)1.3.1国内外交通控制技术 (4)1.3.2交通控制存在的问题 (5)1.4单片机交通控制系统主要研究的内容 (5)第二章单片机交通控制系统总体设计 (6)2.1单片机交通控制系统通行方案设计 (6)2.2单片机交通控制系统的功能要求 (8)2.2.1倒计时显示 (8)2.2.2 车流量检测及调整 (8)2.2.3时间手动设置 (9)2.2.4 紧急处理 (9)2.2.5违规检测 (9)2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (9)第三章系统硬件电路的设计 (11)3.1系统硬件总电路构成及原理 (11)3.1.1系统硬件电路构成 (11)3.1.2系统工作原理 (11)3.2单片机的选择 (13)3.2.1单片机的概述 (13)3.2.2 AT89C52芯片的主要性能 (13)3.2.3 AT89C52芯片的内部结构框图 (13)3.2.4 AT89C52芯片最小系统 (14)3.3其它硬件介绍及连接 (15)3.3.1车流量检测电路及模拟 (15)3.3.2违规检测电路及模拟 (16)3.3.3八段LED数码管 (17)3.3.4其它器件 (18)第四章系统软件程序的设计 (20)4.1程序主体设计流程 (20)4.2理论基础知识 (21)4.2.1 定时器原理 (21)4.2.2软件延时原理 (21)4.2.3 中断原理 (22)4.2.4红绿灯时间调整原理 (22)4.3子程序模块设计 (23)4.3.1按键扫描程序 (23)4.3.2状态灯显示及判断 (24)4.3.3 LED倒计时显示 (24)4.3.4车流量检测中断服务子程序 (25)4.3.5紧停及违规中断服务子程序 (25)4.3.6红绿灯时间调整程序 (26)4.3.7消抖动程序 (27)4.4源程序 (27)4.5系统软件调试 (32)4.5.1 TKS仿真器 (32)4.5.2集成开发环境KEIL (32)4.5.3系统软件调试 (33)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)第一章单片机概述1.1单片机交通控制系统的选题背景随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。

基于单片机和GPRS的矿区铁路道口监测系统设计
本文以Atmega128 和MC55 为核心，设计一套铁路道口监测系统，实现对铁路道口监测管理的自动化、数字化和网络化。

这对保证矿区正常生产、提高矿山企业经济效益和通过道口车辆、行人安全具有重要意义。

系统组成
整个系统由道口监控中心组成。

从功能上分，该系统可分为信号采集部分、道口部分、信号传输和发送部分以及道口监控中心５个部分。

1 )信号采集部分
信号采集部分主要用于采集列车接近及离去信号，为自动实现收放护栏提供决策信号。

目前道口系统中有采用振动传感器、射频传感器,GPS+
ARM+GPRS、视频监控设备或踏板开关等几种方式检测来车信号，它们各有优缺点。

本系统中信号采集部分由4 个磁电传感器组成，分别成对的放置在道口两侧的钢轨内侧。

当有列车经过该置时，磁电传感器可检测到来车信号，经放大电路和A/D 转换电路后，直接发送到单片机Atmega128。

2) 道口部分
道口部分设道口信号机、声光报警器和栏木装置各2 套，分别用来指示火车即将到达信号、声光报警和执行放杆操作。

在道口设置自动控制箱，既可由矿区道口监控室中心的PC 机远程控制各装置动作，也可由操作人员在现场手动操作。

报警器由音响电路板、筒式扬声器及回转警示灯组成，用来提醒来往车辆司机及过往行人注意安全不要抢道。

3) 信号传输和发送部分
磁电传感器安装在距道口500 m 左右处，当它检测到来车信号后，通过铜轴电缆将信号传送至道口自动控制箱内的单片机Atmega128。

MC55 是信号。