毕业设计-基于AT89C51单片机的大型电力机车自动停车器的设计(2)

警装置提醒司机注意，同时对齿频脉冲进行计数。当单片机接收到的齿频脉冲数等于C时，锁定当时列车的速度及重新开始对齿频脉冲进行计数（LEDCD亮，其它灭），并根据单片机内的程序设定，对电机车的制动进行控制。余下的步骤跟顶推一样。

1.3.2 接收并传输触发信号

1)接收

位置触发信号的接收由信号接收器来完成。信号接收器由一组并联的干簧管组成，并联组装在一个条形封闭、用环氧树脂固化的壳体内。如图1-4所示。当信号接收器在位置传感器下经过时，任意一个干簧管触点在磁力的作用下吸合，都能使A、B之间导通，完成了位置触发信号的接收。当接收器远离位置传感器时，干簧管触点断开，为下一次的吸合作准备。

图1-4 信号接收器

Fig.1-4 Signal receivers

由于电机车的工作环境很差，再加上具体条件的制约，以及电机车在运输时有一定的摆动量，所以信号接收器里的干簧管必须是多个并联使用的。这样就避免了单个干簧管接触不稳定，或因路面不平使干簧管未正好在位置触发器下经过，而影响监控仪的稳定性造成不必要的事故发生，以保证可靠的接收到位置触发信号。

2)传输

位置触发信号的传输由光电隔离器来完成的。当信号接收器（即干簧管）经过位置传感器（即磁铁）下方时，将受到电磁力的作用。在电磁力的作用下，干簧管A、B间吸合导通，电路构成通路，发光二极管中有电流流过并发光。由发光二极管发出的光照射光电三极管，于是光电三极管饱和导通，并输出低电平，即输出一负脉冲。这样就完成一个触发信号的传输。

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+5NAIEBSRR触发信号（P1.2）

图1-5 信号传输器 Fig.1-5 Signal transmission device

光电隔离器的电路如图1-5所示。它是一个具有10KV耐压的光电隔离器，可以隔离10KV的高压。图中E为高容量的1.5V干电池，R为限流电阻，A、B端为干簧管，电信号经过光电隔离器输出对人无伤害的触发信号。根据光电隔离器资料得知，发光电流在3mA～100mA时均能正常工作。那么，限流电阻R的阻值可用下式计算。

R?E （1-3） I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。

为了确保人身安全，我们把所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架线电压接触的电机车受电弓子上，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。

1.3.3 安装触发器

在路端或信号前选一合适的地点，在架空线上装一电磁式位置触发器。安装在路端前

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的位置触发器即一块永久性磁铁，用夹具安装在架线上。安装在电机车上的位置接收器经过时，将接收到位置信号。安装在信号前的位置触发器则是一块受控于行车信号的电磁铁，通过信号机的辅助接点相连。当行车信号为红灯时电磁铁有电，电机车过此位置时触发。当行车信号为绿灯时电磁铁失电，机车不触发，可正常运行，如图1-6所示。

因列车运行时的行车速度、载重情况、坡道情况均不尽相同，所以位置触发器的安装位置应考虑到列车运行时的具体情况而设置。具体的安装位置还应当通过实测的方法来确定。总之，应使其在限定的最高停车速度下、在车辆满载及下坡的情况下，保证有足够的制动距离。

U型磁铁DC1800V准备区制动区安全区路端

图1-6 位置触发器的安装 Fig.1-6 Position trigger installed

1.4 传感器的设计

齿轮脉冲传感器的工作系统是由传感器集成电路、反偏磁铁和目标（齿轮齿）等部分组成。传感器作用面和齿轮之间为空气隙，目标每转过一次，开关动作一次，每一次开关动作都记作一个齿频脉冲。

1.4.1 霍尔齿频脉冲传感器

本次设计选用A3046 / 3056 型霍尔效应齿频传感器。

A3046 / 3056作为一个基于霍尔效应的单片集成电路，主要用于目标检测，例如检测电力机车转速和运行位置。其允许的工作电压为4V～24 V，能够输出可达20 mA电流，重复频率为20 kHZ，可以与双极型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1-1所示：

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表1-1 A 3046 / 3056型霍尔效应齿轮脉冲传感器工作参数 Table.1-1 A3046/3056 Hall effect Gear ’s pulse sensors

工作温度 电源电压 输出断电压 输出电流

-40℃～85℃

28 V 28 V 25 mA

存储温度 反向电池电压 反向输出电压

功耗

- 65～170 ℃ - 30 V - 0.5 V 500 mW

它具有以下特点：

1)检测铁目标可低至零速（0 rpm）； 2)大的有效空气隙； 3)宽的工作温度范围； 4)可用于稳定电源工作； 5)高速工作；

6)输出与全部逻辑电路兼容； 7)反向电池保护； 8)固态可靠性； 9)抗物理应力。

1.4.2 安装A3046/3056传感器

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，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n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。

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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1-7。它的信号输出端将与单片机的P3.4端口相连。

磁钢片P3.4转轮霍尔传感器

图1-7 霍尔传感器安装示意图

Fig.1-7 The diagram of hall sensors Installation

1.5 设计机车制动电路

+5V+24VJ01至放风筏JZJ0JZJ02至高速断路开关单片机（P2.1）图1-8 制动电路原理图

Fig.1-8 The Schematic of Brake circuit

制动控制器由单片机、直流继电器等电路组成。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JO1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JO2的得电常开接点上，得电吸合，维持电机车电源的正常供电。

当单片机经过内部的程序运算后，得出单片机的制动输出P2.1端输出变为高电平，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，

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