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(5)

3 解决误差与干扰

3.1 运行中的滑动及机械磨损

3.1.1 机车纵向滑动

列车在行进过程中，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这些问题，并将它假设计为SF（SF≤4m）。

3.1.2 轮圆磨损

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

D? (3-1) Z1000? =

10

S齿? =314mm

轮圆磨损10mm后的S'齿为

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

10S齿'? ≈311.0mm

由式（3-3）、（3-4）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（3-5），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SF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。

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3.1.3 机车制动延时

当单片机发出停车命令后，输出P2.1端变为高电平，继电器JZ失电，使常闭触点JZ释放，这又使得继电器JO失电，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，使电机车失去牵引力，增加行车阻力，即紧急停车。在这个过程中，从发出信号到紧急停车 大约需要经过半秒的时间。以电机车的初速度30km/h来算，电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） 3.63.2 分析制动误差

由图2-4可知，本设计中在电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，以免电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（2-1）、（2-3）（3-4）、（3-5）得到电机车制动误差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，得到列车停车位置到路端的距离，这距离也确保了电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。

3.3 防止干扰的方法

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

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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。

3.4 触发器误触发

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，过行车区段及时将控制器还零，以避免误触发。

3）缓解按钮。装置设有缓解按钮，误触发时按缓解按钮。

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4 硬件及程序

4.1 单片机选择及主要引脚

在本设计中，我选用AT89C51单片机作为系统的微处理器。AT89C51与Intel87C51的区别仅在于可以电改写的闪速存储器Flash Rom取代了87C51的EPROM。近几年，在51兼容机中，廉价的89C51得到了极其广泛的应用，大有取代8031和8751之势。AT89C51是一种4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微处理器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其结构图如图4-1。

123456781312151431191891011P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRXDTXD8051ALE/PPSEN3029P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27RDWR393837363534333221222324252627281716

图4-1 AT89C51结构图 Fig.4-1 AT89C51 Chart

主要引脚简介： 1) Vcc 40 电源端

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GND 20 接地端

2)外接晶体引脚 XTAL1 19 XTAL2 18

C230pf12MH C1XTAL130pfGND

图4-2 晶体接线方式 Fig.4-2 crystal wiring methods

XTAL2XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。接线方式如图4-2。

型号同样为AT89C51的芯片，在其后面还有频率编号，有12,16,20,24MHz可选。大家在购买和选用时要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振荡频率为24MHz,40P6封装的普通商用芯片。

3)复位 RST 9

在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。常用的复位电路如图4-3所示。 复位操作不会对内部RAM有所影响。

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