基于AVR單片機的鐵路道口智能報警系統

【摘要】本文主要解決的是鐵路平交道口安全問題。

系統采用AVR單片機AT90S85XX為道口自動報警系統的核心，處理來自鋼軌內側傳感器的信號并發出聲光報警。本系統包括傳感器系統、報警系統、信號采集、信號處理系統，其中以單片機為核心的微機系統是整個設備的核心。

【關鍵詞】鐵路道口；單片機；傳感器；硬件；軟件

1.AVR單片機及系統簡介

單片機采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。

鐵路道口指的是道路與鐵路平面相交處。公路和鐵路平交構成了平交道口。道口是行人和車輛通過鐵路的唯一安全的通道。目前在我國鐵路網中還存相當數量的平交道口。利用道口自動報警系統可以全天候對接近道口的各個方向的列車進行報警，道口管理人員根據報警器提供信息及時出場，疏導車輛和行人，確保列車安全通過道口。道口自動報警器可以有效防止誤報、漏報，使行人、司機和道口管理人員注意道口信息，及時采取措施。

在道口附近兩側的線路鋼軌側面安裝傳感器，檢測列車到達信息。當有列車接近道口并觸發傳感器時。主機安放在道口房內，對傳感器的信息進行數字處理，并將處理的結果通過輸出電路驅動聲光報警系統，實現自動報警的目的。系統具備如下功能：

（1）自檢功能 系統上電自檢各個顯示器、傳感器和語音報警電路。（2）計時功能 因為要記錄列車通過時間，所以要求系統具備時鐘功能。（3）報警功能 當有列車接近道口時，系統在面板上數碼管顯示列車接近的時間、速度、方向和到達道口的時間。每個數字采用7段數碼管，上排八個數字顯示列車時鐘信息，下面八個數字顯示列車接近信息，并驅動系統中的蜂鳴器報警，同時室外報警喇叭發出報警語音及報警燈紅燈亮提示道口看守人員，行人及車輛注意接近列車。復原傳感器信號觸發后顯示列車離開信息。如果有兩輛車同時接近道口，兩排數碼管同時顯示兩個股道列車信息，如果有三輛列車同時接近道口，任意一排數碼管會交替閃爍兩輛列車信息。（4）故障及報警記錄功能 本系統將產生的故障和報警信息記錄并存檔，方便檢測和管理。（5）系統升級。

2.系統硬件設計

從系統的主要功能及系統所面對的復雜處理過程考慮，選擇采用了AT90S85XX作為控制芯片，AT90S85XX嵌入式高效微控制器構成交流采樣智能節點，無需外擴多通道A/D轉換器、程序存儲器及數據存儲器，并帶有內部硬件看門狗，簡化了系統的硬件。傳感器采用磁電制式，整個裝置可以做成非常好的密封器件，安裝在鋼軌的內側，當列車經過時就會改變永磁鐵的磁通量，在線圈中會產生感應電流。磁電傳感器屬無源傳感器，工作穩定性可靠。

為使測速準確，本系統設檢測車輪通過兩個傳感器所用的時間為T，火車的行駛速度為V，則V=S/T。定時常數K=100μs時，利用傳感器1的信號啟動AT90S85XX的計數器T0，同時利用傳感器2的信號關閉計數器T0記數，當計數值為X時，則對應的時間T為：T=KX。當火車到達道口后系統不再需要繼續發出預警信號，為此，設置復原端傳感器。

系統信號處理電路包括4個相互獨立的縱向通道。每個通道設計成能夠處理8路傳感器的信號能力，總計可處理32路傳感器信號，前兩個縱向通道的16路傳感器信號構成INT0中斷，后兩個縱向通道的16路傳感器信號構成INT1中斷。每個信號通道由以下電路組成：信號輸入級、信號整形級、光電隔離級、鎖存選通級和中斷控制邏輯形成電路（圖略）。

傳感器信號經以上電路處理后再交由AT90S85XX核心系統，系統將對信號做中斷處理。判斷為報警條件后，分別驅動聲、光電路發出報警信息并記錄。單片機電源電路設計使用DC/DC直流電源模塊。語音電路核心為microchip公司生產的PIC16C71單片機，語音芯片為ISD（Information Storage Device）公司生產的ISD1420芯片。

3.軟件系統、結構設計

系統軟件開發可使用C語言開發，該系統的軟件模塊結構由以下幾部分組成，初始化及設備自檢和斷線檢測，顯示分析模塊，列車接近檢測模塊。其中初始化模塊用于系統參數初始化，如列車離道口的距離、報警方式等。列車接近檢測模塊檢測是否有列車到來，轉入相應的處理程序。而顯示分析模塊主要任務是顯示列車速度、列車行駛方向和到達時間。

4.系統的可靠性的保障

系統 主要的干擾源有電源干擾、空間電磁波干擾、信號傳輸通道干擾和雷電干擾等。系統的硬件抗干擾設計則可相應采用電氣隔離技術、供電系統的抗干擾設計、場干擾抑制、地線系統的抗干擾設計以及電源瞬態尖峰吸收電路，同時該吸收電路也可與地線相連接后擴展為防雷電路。