礦用車門行程監(jiān)測系統(tǒng)研究范文

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摘要：本系統(tǒng)用礦用車門開關(guān)傳動軸帶動編碼器件滾輪滾動，利用編碼器件將電信號轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號，將數(shù)字信號傳給MCU處理，通過對脈沖信號的累計計算出礦用車開關(guān)門行程，監(jiān)測就是針對代表礦用車門開關(guān)量的脈沖信號，實時監(jiān)測車門開關(guān)行程，經(jīng)過PCA中斷程序和MCU主程序查詢，對開關(guān)門計數(shù)脈沖進(jìn)行實時記錄，在全開、全關(guān)兩種狀態(tài)下用信號燈或報警裝置提示車門開關(guān)極限狀態(tài)，根據(jù)計數(shù)脈沖個數(shù)計算車門開關(guān)進(jìn)程，實現(xiàn)對礦用車行程的實時監(jiān)測、實時顯示。

關(guān)鍵詞：礦用車；STC12C5612AD單片機(jī)；編碼器件；開關(guān)行程

隨著國家對煤炭行業(yè)的調(diào)控力度不斷增大，煤炭發(fā)展環(huán)境進(jìn)一步改善，煤炭需求持續(xù)增長，鐵路運(yùn)輸逐級成為煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕煌ǚ绞健５胤矫旱V往往因為技術(shù)和資金條件等限制，無法實現(xiàn)對車門關(guān)閉狀態(tài)的科學(xué)檢測，對人為因素破壞行為也缺乏有效應(yīng)對措施，經(jīng)常出現(xiàn)因車門關(guān)閉不嚴(yán)、中途打開等原因?qū)е仑浳飦G失的現(xiàn)象，給企業(yè)造成了巨大損失，影響了整體效益。本系統(tǒng)根據(jù)地方鐵路運(yùn)輸實際條件，利用編碼器件光電原理實現(xiàn)對礦用車行程的實時監(jiān)測、實時顯示，并在全開、全關(guān)兩種狀態(tài)下用信號燈和報警裝置提示車門開關(guān)極限狀態(tài)，從而強(qiáng)化對礦用車門開關(guān)行程的監(jiān)測控制，實現(xiàn)提升貨運(yùn)安全系數(shù)的目的。

1開關(guān)行程監(jiān)測原理

車門開閉行程監(jiān)測，是系統(tǒng)的、實時的，當(dāng)車門處于關(guān)門極限行程時將編碼脈沖計數(shù)值清零，當(dāng)轉(zhuǎn)動開門羅盤時，通過蝸輪蝸桿傳動將羅盤的轉(zhuǎn)換為蝸桿轉(zhuǎn)動，由蝸桿帶動編碼器轉(zhuǎn)到，再利用光電原理，將車門行程的模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字脈沖，從而根據(jù)脈沖數(shù)多少計算出車門開關(guān)行程。

2硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1傳動機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)動開門羅盤，利用蝸桿渦輪將xz面上的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為傳動軸yz平面上的轉(zhuǎn)動，利用固定裝置使?jié)L輪壓緊傳動軸，使傳動軸產(chǎn)生垂直向下的壓緊力和帶動滾輪運(yùn)動的摩擦力，滾輪運(yùn)動通過接觸產(chǎn)生摩擦力帶動輥軸轉(zhuǎn)動，輥軸通過連接軸帶動編碼盤轉(zhuǎn)動，編碼盤上帶有分度光柵，將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為光信號。

2.2控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)

由一片單片機(jī)STC12C5612AD（U1）、編碼器件、晶振、電容、電阻以、開關(guān)、報警器等組成。系統(tǒng)的核心是單片機(jī)STC12C5612AD,主要性能：一個時鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比普通8051快8~12倍，耐壓范圍3.5~5.5V，工作頻率0~35MHz，256+512字節(jié)的片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器，芯片內(nèi)有EEPROM功能，4通道捕獲/比較單元（PCA/PWM/CUU），6個16位定時器，兼容普通8051定時器T1和T0，4路PCA也是4個定時器，通用的I/O口，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，可設(shè)置成準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻和開漏四種模式，每個I/O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA，但整個芯片最大不得超過55mA，通用全雙工異步串行扣，具有外部高精度晶體/時鐘和內(nèi)部獨(dú)立的波特率發(fā)生器。編碼器件的工作原理及作用：它是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號的旋轉(zhuǎn)式裝置，采用了光電掃描原理。讀數(shù)系統(tǒng)是基于向分度編碼盤的旋轉(zhuǎn)，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構(gòu)成的。在編碼盤的一端用一個二極管發(fā)光，經(jīng)過透光鏡垂直照射編碼盤，在編碼盤的另一邊，通過表面覆蓋著一層光柵的準(zhǔn)直儀，把編碼盤上的圖像投射到光敏三極管表面上，該校準(zhǔn)儀具有和光柵相同的窗口，光敏三極管的工作是將光變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電變化。為了降低外部光線干擾，本系統(tǒng)利用單片機(jī)PWM3功能使P2.4腳輸出一定頻率的方波脈沖，對發(fā)光二極管D1的驅(qū)動電流進(jìn)行調(diào)制處理，使其發(fā)出調(diào)制光，使光敏三極管Q1導(dǎo)通，經(jīng)過濾波、放大、整形電路產(chǎn)生幅值大于2.0V的交流電壓信號。

2.3電路分析

本系統(tǒng)光電晶體管Q1是將用入射光照強(qiáng)度控制電流的光敏器件，利用發(fā)光二極管D1將單片機(jī)PWM模式下的調(diào)制信號轉(zhuǎn)化為光信號，再用光信號驅(qū)動Q1導(dǎo)通，產(chǎn)生集電極電流CI，則有CI=EI，C1是耦合電容，作用是隔斷后面集成運(yùn)放電路與光敏電路之間的直流通路，它與R9配合組成有源高通濾波器，再通過一組一階RC低通濾波，將調(diào)制波段頻率信號輸入LM258反向端。

3軟件實現(xiàn)

3.1開關(guān)行程監(jiān)測的實現(xiàn)過程將PCA0設(shè)置成下降沿捕獲模式，單片機(jī)PWM3輸出頻率固定不變，經(jīng)過調(diào)制后的電脈沖頻率也是固定的，對模塊的外部CEX0輸入的跳變進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣到有效跳變時，PCA硬件就將PCA計數(shù)器陣列寄存器（CH和CL）的值裝載到模塊的捕獲寄存器（CCAP0L和CCAP0H），對每次捕獲的（CCAP0L和CCAP0H）值進(jìn)行比較，若值相同則為PWM3功能使P2.4腳輸出方波脈沖經(jīng)調(diào)制處理產(chǎn)生的脈沖跳變，為非有效跳變，若不同則為有效跳變，需要對脈沖數(shù)做加1處理。

3.2監(jiān)測流程圖本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部時鐘震蕩器，T0為計數(shù)器，T1為定時器，模塊3做PWM輸出，PWM的輸出頻率由PCA輸入時鐘源決定，由于PWM的輸出頻率遠(yuǎn)大于編碼器件產(chǎn)生的編碼脈沖頻率，所以用模塊0做PCA下降沿捕獲，對相鄰下降沿的時間計數(shù)值進(jìn)行采樣，得出Δ[CH、CL]，再與PWM單周期時間計數(shù)值Y進(jìn)行比較，大于Y的脈沖為有效計數(shù)脈沖，T0值加1。定時器1每次中斷后，先同時關(guān)閉T0和T1將T0值保存后送X，再對T1賦相同值，然后開啟T0、T1后中斷返回。主函數(shù)中對X的值進(jìn)行查詢，當(dāng)查詢得到X等于maxc時，礦用車車門處于最大開門位置，對P2.5賦0，驅(qū)動報警器報警，當(dāng)查詢到X等于0時，礦用車車門處于車門關(guān)閉位置，對P2.6賦0，點亮關(guān)門指示LED燈。

4結(jié)束語

本系統(tǒng)用單片機(jī)PCA/PWM功能和內(nèi)部定時器相結(jié)合，完成對礦用車車門開關(guān)行程位置的實時監(jiān)測。本系統(tǒng)操作方式簡單，設(shè)計成本低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測，自動控制，為提升貨運(yùn)安全提供了有力保障。系統(tǒng)中單片機(jī)的5V電源是采用開關(guān)電源設(shè)計，光電傳感器容易受外部條件的干擾，所以要采取必要的密封保護(hù)措施。本系統(tǒng)根據(jù)查詢變量X與maxc的數(shù)值計算車門開關(guān)行程百分比，從而得到車門開關(guān)行程。

作者：丁文；宋士茂；尋廣明；漸秀成 單位：棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鐵路運(yùn)輸處