具有高速報警系統的自動(dòng)鐵路閘門(mén)控制器

自動(dòng)鐵路大門(mén)控制系統是一個(gè)簡(jiǎn)單但非常有用的項目，它有助于在檢測到火車(chē)到達或離開(kāi)時(shí)自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉鐵路大門(mén)。

一般來(lái)說(shuō)，鐵路閘門(mén)是由守門(mén)人手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉的。從附近的車(chē)站收到關(guān)于火車(chē)到達的信息，以便開(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)。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，我們需要將鐵路門(mén)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(mén)控制電路：使用8051和AVR。 

工作原理

這個(gè)項目的工作原理在于紅外傳感器的運作。在這個(gè)項目中使用了一個(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。當傳感器前面沒(méi)有障礙物時(shí)，由紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外射線(xiàn)將不被發(fā)現，因為沒(méi)有射線(xiàn)落在紅外接收器上。

如果在紅外發(fā)射器和接收器對的前面有一個(gè)障礙物，紅外射線(xiàn)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)設置可以被配置為檢測像火車(chē)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(kāi)或關(guān)閉像馬達這樣的負載。

電路1 使用8051的自動(dòng)鐵路門(mén)控制

使用8051的自動(dòng)鐵路門(mén)控制的電路圖

項目組件

單片機部分

AT89C51單片機

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

傳感器和負載部分

2 x 反射型紅外傳感器

2 個(gè) 1KΩ 電阻器

L293D馬達驅動(dòng)IC

電機

部件描述

紅外傳感器

本項目中使用了一個(gè)紅外傳感器來(lái)感知火車(chē)的到達和離開(kāi)。

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(xiàn)的設備。

同樣，紅外接收器是一個(gè)檢測紅外射線(xiàn)的設備。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目中使用的紅外傳感器的電路。

自動(dòng)鐵路門(mén)控制紅外傳感器

L293D電機驅動(dòng)器

L293D是本項目中用于控制閘門(mén)電機的電機驅動(dòng)IC。L293D電機驅動(dòng)IC是一個(gè)雙H橋型電機驅動(dòng)器，采用16引腳雙列封裝。

在這個(gè)電機驅動(dòng)IC的幫助下，我們可以同時(shí)控制兩個(gè)電機，對單個(gè)電機進(jìn)行正反方向控制。

電機驅動(dòng)器通常用于驅動(dòng)高電流的設備，如直流電機、步進(jìn)電機、高強度燈等。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，其輸出是一個(gè)驅動(dòng)負載的高電流信號。

電路設計

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

8051單片機的必要連接包括振蕩器電路、復位開(kāi)關(guān)和EA引腳。

一個(gè)高達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。

現在，讓我們看看實(shí)現該項目所需的實(shí)際連接。其中，首先是L293D電機驅動(dòng)器。電機驅動(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在，將電機驅動(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)電機連接到電機驅動(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)用于檢測火車(chē)的到來(lái)，一個(gè)用于檢測火車(chē)的離開(kāi)。

因此，將紅外傳感器的數據輸出連接到單片機的P2.6和P2.7引腳。

工作原理

這個(gè)項目的工作非常簡(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(mén)的左側和右側。兩個(gè)紅外傳感器之間的距離取決于火車(chē)的長(cháng)度。一般來(lái)說(shuō)，我們必須考慮該路線(xiàn)上最長(cháng)的列車(chē)。

現在我們來(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)項目的實(shí)時(shí)表現。

如果傳感器1檢測到火車(chē)的到來(lái)，微控制器在馬達驅動(dòng)器的幫助下啟動(dòng)馬達，以關(guān)閉大門(mén)。

當火車(chē)通過(guò)十字路口時(shí)，大門(mén)保持關(guān)閉。

當火車(chē)越過(guò)大門(mén)，到達第二個(gè)傳感器時(shí)，它檢測到火車(chē)，微控制器將打開(kāi)大門(mén)。

優(yōu)點(diǎn)和應用

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

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

限制因素

該系統可以通過(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(xiàn)控制和基于傳感器的控制相結合，以實(shí)現更好的操作。

帶有高速警報系統的自動(dòng)鐵路閘門(mén)控制系統是一個(gè)創(chuàng )新的電路，它可以自動(dòng)控制鐵路閘門(mén)的運行，檢測閘門(mén)處的列車(chē)到達和離開(kāi)。

它在鐵路軌道上很遠的地方設有探測器，使我們能夠知道火車(chē)的到達和離開(kāi)。這些探測器被交給微控制器，它激活了相應打開(kāi)/關(guān)閉鐵路大門(mén)的電機。

這個(gè)電路的另一個(gè)特點(diǎn)是，它有一個(gè)智能警報系統，可以檢測即將到達的火車(chē)的速度。如果發(fā)現速度高于正常速度，那么微控制器就會(huì )自動(dòng)激活大門(mén)上的警報器。

這就提醒了道路上的鐵路口的乘客。此外，該電路還具有識別火車(chē)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，因為通過(guò)自動(dòng)化可以消除人工錯誤。

鐵道部門(mén)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-光電二極管對組成，安排在閘門(mén)的兩側，這樣紅外LED和光電二極管就在軌道的兩側，如下圖所示。

鐵路自動(dòng)閘門(mén)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。當火車(chē)到達時(shí)，它會(huì )切斷落在接收器上的光。讓我們假設火車(chē)從左到右到達，現在當火車(chē)穿過(guò)第一個(gè)傳感器對時(shí)，計數器被激活，當它穿過(guò)第二個(gè)傳感器對時(shí)，計數器被停止。這個(gè)計數器的值給出了用于計算火車(chē)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，導致大門(mén)關(guān)閉?，F在，當火車(chē)的最后一節車(chē)廂切斷傳感器4時(shí)，微控制器解除了繼電器的激活，閘門(mén)被打開(kāi)。

傳感器是如何知道最后一節車(chē)廂的？

如前所述，計數器的值被用來(lái)計算火車(chē)的速度，這意味著(zhù)每節車(chē)廂的車(chē)輪都會(huì )根據其速度在很小的時(shí)間內切割傳感器對。在最后一節車(chē)廂通過(guò)后，傳感器對在這一小段時(shí)間內沒(méi)有障礙物，因此它知道火車(chē)已經(jīng)離開(kāi)。

這個(gè)電路的另一個(gè)特點(diǎn)是準確地檢測火車(chē)，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，計數器會(huì )運行一段時(shí)間（這個(gè)時(shí)間段是考慮到火車(chē)可能的最低速度而設定的），如果障礙物在這個(gè)預定的時(shí)間內沒(méi)有切斷第二個(gè)傳感器，那么這個(gè)障礙物就不被認為是火車(chē)，閘門(mén)仍然打開(kāi)。

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

該系統基本上包括兩對紅外LED-光電二極管，它們被安裝在鐵路軌道上，相距約1米，每對的發(fā)射器和光電二極管位于軌道的對面。安裝方式如方框圖所示。系統以0.01秒的分辨率顯示火車(chē)從一對到另一對跨越這段距離所花費的時(shí)間，由此可以計算出車(chē)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)間由微控制器計算，根據這些信息，我們可以計算出速度。

這個(gè)電路的設計考慮到了交通規則所允許的火車(chē)的最大速度。

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