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(3)

高速断路开关断开高压供电电源，使电机车失去牵引力，增加行车阻力，即紧急停车。电路原理如图1-8所示。

1.6 设计报警及电源装置

1)报警装置

VccP2.2R17RP1628435555V0LEDC2C11

图1-9 由定时器构成的多谐振荡器 Fig.1-9 Multivibrator posed by timer

报警装置主要由555定时器和R1、RP1、C等组成的多谐振荡器来完成。

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS 工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。

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(Vc1=1,Vc2=0)时,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

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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。主要功能参考表1-2。

表1-2 555功能表Table.1-2 555menu

输入

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

泄放管V1 导通 截止 导通 不变

输出

输出V0 0 1 0 不变

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上面图1-9所示。

图1-10 多谐振荡器工作波形图

Fig.1-10 Multi-standard oscillator’s work waveform figure

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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RP1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上面图1-10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。

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

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1-11所示。

复位4多谢振荡器控制端（P2.2）+LED

图1-11 报警电路图

Fig.1-11 The diagram of alarm circuit

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。当电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，计算出电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。

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2)电源装置

电源装置是从电网中取得能量，经变换后对一个或多个负载提供电能的装置。选择正确而稳定的电源装置不仅能够使系统正常工作，还能延长硬件使用寿命。所以，电源装置的使用得当也是很重要的。

本次设计所用的电源装置的原理是从蓄电池直接引入24V电压，经过稳压变换后即可输出芯片所需要大小的电压。如图1-12所示。由于单片机AT89C51和8155等需要的都是+5V的稳压直流电源，所以我把24V蓄电池稳压变换输出+5V的电源。用来对于装置供电，使装置能够正常稳定的工作。

+24V蓄电池+5V稳压器+5V输出

图1-12 电压变换 Fig.1-12 Voltage conversion

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2 机车制动参数的计算

2.1 机车制动方案的选择

上面介绍过，制动初速度不同，制动的距离也不会相同，因此，我们需要一些实验和计算的手段来确定在不同初速度的状态下，电力机车的制动方案，应用于设计中，使其能够有效制动。

由图1-3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，这时电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/h的速度通过C时，单片机就立即对电机车进行制动，就会出现电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，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，对电机车的准确停车进行控制。假设，电机车的制动距离为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——是电机车在初速度V时的制动距离； S2——是电机车停车位置与预定位置的相差距离； 由后面表2-3,2-4可以经计算得到S2的距离，如表2-1。

所以，当电机车以低于30km/h的速度通过C点时，为了要将电机车停在预定的安全区域，电机车必需要继续运行S2的距离，然后才立即对电机车发出停车信号，对电机车进行制动控制。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：

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

=4.7m （2-1）

同时得：

Z2=3.1m （2-2）

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