具有高速報(bào)警系統(tǒng)的自動(dòng)鐵路閘門控制器

自動(dòng)鐵路大門控制系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單但非常有用的項(xiàng)目，它有助于在檢測(cè)到火車到達(dá)或離開時(shí)自動(dòng)打開和關(guān)閉鐵路大門。

一般來(lái)說(shuō)，鐵路閘門是由守門人手動(dòng)打開或關(guān)閉的。從附近的車站收到關(guān)于火車到達(dá)的信息，以便開門或關(guān)門。但有些鐵路道口是完全無(wú)人值守的，許多鐵路事故發(fā)生在這些無(wú)人值守的平交道口。

為了完全避免平交道口的人為干預(yù)，我們需要將鐵路門控制過(guò)程自動(dòng)化。

在這篇文章中我們提到了兩種不同的自動(dòng)鐵路閘門控制電路：使用8051和AVR。 

工作原理

這個(gè)項(xiàng)目的工作原理在于紅外傳感器的運(yùn)作。在這個(gè)項(xiàng)目中使用了一個(gè)反射型的紅外傳感器。

在反射型紅外傳感器中，紅外發(fā)射器和接收器是并排放置的。當(dāng)傳感器前面沒有障礙物時(shí)，由紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外射線將不被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)闆]有射線落在紅外接收器上。

如果在紅外發(fā)射器和接收器對(duì)的前面有一個(gè)障礙物，紅外射線就會(huì)從障礙物的表面反射出去，并入射到紅外接收器上。

這個(gè)設(shè)置可以被配置為檢測(cè)像火車這樣的物體，反過(guò)來(lái)，在微控制器的幫助下，可以用來(lái)打開或關(guān)閉像馬達(dá)這樣的負(fù)載。

電路1 使用8051的自動(dòng)鐵路門控制

使用8051的自動(dòng)鐵路門控制的電路圖

項(xiàng)目組件

單片機(jī)部分

AT89C51單片機(jī)

11.0592 MHz 石英晶體

2 x 33pF 陶瓷電容

10μF / 16V 電解電容

10KΩ 電阻器 x 2

AT89C51編程器板

傳感器和負(fù)載部分

2 x 反射型紅外傳感器

2 個(gè) 1KΩ 電阻器

L293D馬達(dá)驅(qū)動(dòng)IC

電機(jī)

部件描述

紅外傳感器

本項(xiàng)目中使用了一個(gè)紅外傳感器來(lái)感知火車的到達(dá)和離開。

一個(gè)紅外傳感器通常由兩個(gè)部分組成：一個(gè)紅外發(fā)射器和一個(gè)紅外接收器。紅外發(fā)射器是一個(gè)發(fā)射紅外射線的設(shè)備。

同樣，紅外接收器是一個(gè)檢測(cè)紅外射線的設(shè)備。光電二極管是最常用的紅外接收器。

下面的圖片顯示了本項(xiàng)目中使用的紅外傳感器的電路。

自動(dòng)鐵路門控制紅外傳感器

L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

L293D是本項(xiàng)目中用于控制閘門電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC。L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC是一個(gè)雙H橋型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用16引腳雙列封裝。

在這個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的幫助下，我們可以同時(shí)控制兩個(gè)電機(jī)，對(duì)單個(gè)電機(jī)進(jìn)行正反方向控制。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通常用于驅(qū)動(dòng)高電流的設(shè)備，如直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、高強(qiáng)度燈等。它們作為簡(jiǎn)單的電流放大器，其輸入是一個(gè)通常來(lái)自微控制器的低電流信號(hào)，其輸出是一個(gè)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的高電流信號(hào)。

電路設(shè)計(jì)

我們項(xiàng)目的主要組成部分是8051微控制器（AT89C51），反射型紅外傳感器，L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC和一個(gè)電機(jī)。

8051單片機(jī)的必要連接包括振蕩器電路、復(fù)位開關(guān)和EA引腳。

一個(gè)高達(dá)20MHz的晶體振蕩器可以作為外部時(shí)鐘的來(lái)源。在這個(gè)項(xiàng)目中，使用了一個(gè)11.0592MHz的石英晶體振蕩器。為了完成外部振蕩器電路，使用了兩個(gè)33pF的電容。最后，EA引腳使用一個(gè)10KΩ的電阻被拉高。

現(xiàn)在，讓我們看看實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目所需的實(shí)際連接。其中，首先是L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（引腳1和2）的輸入（IN1和IN2）是由微控制器的0端口提供的。

但是在連接它們之前，用兩個(gè)1KΩ的電阻將端口0的引腳拉高?，F(xiàn)在，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入引腳即IN1和IN2連接到端口0的前兩個(gè)引腳即P0.0和P0.1。

一個(gè)電機(jī)連接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的OUT引腳。

最后將兩個(gè)紅外傳感器連接到微控制器：一個(gè)用于檢測(cè)火車的到來(lái)，一個(gè)用于檢測(cè)火車的離開。

因此，將紅外傳感器的數(shù)據(jù)輸出連接到單片機(jī)的P2.6和P2.7引腳。

工作原理

這個(gè)項(xiàng)目的工作非常簡(jiǎn)單，在此解釋一下。

實(shí)際上，兩個(gè)紅外傳感器被放置在鐵路門的左側(cè)和右側(cè)。兩個(gè)紅外傳感器之間的距離取決于火車的長(zhǎng)度。一般來(lái)說(shuō)，我們必須考慮該路線上最長(zhǎng)的列車。

現(xiàn)在我們來(lái)看看這個(gè)電路是如何實(shí)時(shí)工作的。在這張圖片中，我們可以看到這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)時(shí)表現(xiàn)。

如果傳感器1檢測(cè)到火車的到來(lái)，微控制器在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的幫助下啟動(dòng)馬達(dá)，以關(guān)閉大門。

當(dāng)火車通過(guò)十字路口時(shí)，大門保持關(guān)閉。

當(dāng)火車越過(guò)大門，到達(dá)第二個(gè)傳感器時(shí)，它檢測(cè)到火車，微控制器將打開大門。

優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用

一個(gè)自動(dòng)鐵路閘門控制是通過(guò)非常簡(jiǎn)單的硬件和容易控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在這個(gè)項(xiàng)目的幫助下，平交道口的人為干預(yù)可以被消除，許多鐵路平交道口事故可以被預(yù)防。

限制因素

該系統(tǒng)可以通過(guò)納入更有效的傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)更有效地實(shí)施。

可以使用手動(dòng)無(wú)線控制和基于傳感器的控制相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更好的操作。

帶有高速警報(bào)系統(tǒng)的自動(dòng)鐵路閘門控制系統(tǒng)是一個(gè)創(chuàng)新的電路，它可以自動(dòng)控制鐵路閘門的運(yùn)行，檢測(cè)閘門處的列車到達(dá)和離開。

它在鐵路軌道上很遠(yuǎn)的地方設(shè)有探測(cè)器，使我們能夠知道火車的到達(dá)和離開。這些探測(cè)器被交給微控制器，它激活了相應(yīng)打開/關(guān)閉鐵路大門的電機(jī)。

這個(gè)電路的另一個(gè)特點(diǎn)是，它有一個(gè)智能警報(bào)系統(tǒng)，可以檢測(cè)即將到達(dá)的火車的速度。如果發(fā)現(xiàn)速度高于正常速度，那么微控制器就會(huì)自動(dòng)激活大門上的警報(bào)器。

這就提醒了道路上的鐵路口的乘客。此外，該電路還具有識(shí)別火車與其他入侵者（如動(dòng)物等）的功能，這也可以在有人看守的平交道口實(shí)施，因?yàn)橥ㄟ^(guò)自動(dòng)化可以消除人工錯(cuò)誤。

鐵道部門自動(dòng)控制器的電路圖

電路操作

該電路的操作可以清楚地解釋如下?；旧?，該電路由四個(gè)紅外LED-光電二極管對(duì)組成，安排在閘門的兩側(cè)，這樣紅外LED和光電二極管就在軌道的兩側(cè)，如下圖所示。

鐵路自動(dòng)閘門控制器的傳感器布置

最初，發(fā)射器不斷發(fā)射紅外光，使其落在接收器上。當(dāng)火車到達(dá)時(shí)，它會(huì)切斷落在接收器上的光。讓我們假設(shè)火車從左到右到達(dá)，現(xiàn)在當(dāng)火車穿過(guò)第一個(gè)傳感器對(duì)時(shí)，計(jì)數(shù)器被激活，當(dāng)它穿過(guò)第二個(gè)傳感器對(duì)時(shí)，計(jì)數(shù)器被停止。這個(gè)計(jì)數(shù)器的值給出了用于計(jì)算火車速度的時(shí)間段。

傳感器2的輸出被發(fā)送到微控制器，使繼電器激活，導(dǎo)致大門關(guān)閉。現(xiàn)在，當(dāng)火車的最后一節(jié)車廂切斷傳感器4時(shí)，微控制器解除了繼電器的激活，閘門被打開。

傳感器是如何知道最后一節(jié)車廂的？

如前所述，計(jì)數(shù)器的值被用來(lái)計(jì)算火車的速度，這意味著每節(jié)車廂的車輪都會(huì)根據(jù)其速度在很小的時(shí)間內(nèi)切割傳感器對(duì)。在最后一節(jié)車廂通過(guò)后，傳感器對(duì)在這一小段時(shí)間內(nèi)沒有障礙物，因此它知道火車已經(jīng)離開。

這個(gè)電路的另一個(gè)特點(diǎn)是準(zhǔn)確地檢測(cè)火車，即可能有一些障礙物（例如一些動(dòng)物）可能會(huì)切斷傳感器，在這種情況下，計(jì)數(shù)器會(huì)運(yùn)行一段時(shí)間（這個(gè)時(shí)間段是考慮到火車可能的最低速度而設(shè)定的），如果障礙物在這個(gè)預(yù)定的時(shí)間內(nèi)沒有切斷第二個(gè)傳感器，那么這個(gè)障礙物就不被認(rèn)為是火車，閘門仍然打開。

計(jì)算火車速度的另一個(gè)好處是，如果火車的速度超過(guò)了限制，也就是說(shuō)，如果火車超速行駛，就會(huì)通過(guò)激活一個(gè)蜂鳴器來(lái)提醒乘客。

該系統(tǒng)基本上包括兩對(duì)紅外LED-光電二極管，它們被安裝在鐵路軌道上，相距約1米，每對(duì)的發(fā)射器和光電二極管位于軌道的對(duì)面。安裝方式如方框圖所示。系統(tǒng)以0.01秒的分辨率顯示火車從一對(duì)到另一對(duì)跨越這段距離所花費(fèi)的時(shí)間，由此可以計(jì)算出車輛的速度，如下所示：

速度（公里/小時(shí)）=距離/時(shí)間

由于傳感器之間的距離是已知的和恒定的，時(shí)間由微控制器計(jì)算，根據(jù)這些信息，我們可以計(jì)算出速度。

這個(gè)電路的設(shè)計(jì)考慮到了交通規(guī)則所允許的火車的最大速度。

微控制器被用來(lái)處理由傳感器提供的輸入，并適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生所需的輸出。