礦用車門行程監測系統研究范文

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摘要：本系統用礦用車門開關傳動軸帶動編碼器件滾輪滾動，利用編碼器件將電信號轉換成一串數字脈沖信號，將數字信號傳給MCU處理，通過對脈沖信號的累計計算出礦用車開關門行程，監測就是針對代表礦用車門開關量的脈沖信號，實時監測車門開關行程，經過PCA中斷程序和MCU主程序查詢，對開關門計數脈沖進行實時記錄，在全開、全關兩種狀態下用信號燈或報警裝置提示車門開關極限狀態，根據計數脈沖個數計算車門開關進程，實現對礦用車行程的實時監測、實時顯示。

關鍵詞：礦用車；STC12C5612AD單片機；編碼器件；開關行程

隨著國家對煤炭行業的調控力度不斷增大，煤炭發展環境進一步改善，煤炭需求持續增長，鐵路運輸逐級成為煤炭運輸的主要交通方式。地方煤礦往往因為技術和資金條件等限制，無法實現對車門關閉狀態的科學檢測，對人為因素破壞行為也缺乏有效應對措施，經常出現因車門關閉不嚴、中途打開等原因導致貨物丟失的現象，給企業造成了巨大損失，影響了整體效益。本系統根據地方鐵路運輸實際條件，利用編碼器件光電原理實現對礦用車行程的實時監測、實時顯示，并在全開、全關兩種狀態下用信號燈和報警裝置提示車門開關極限狀態，從而強化對礦用車門開關行程的監測控制，實現提升貨運安全系數的目的。

1開關行程監測原理

車門開閉行程監測，是系統的、實時的，當車門處于關門極限行程時將編碼脈沖計數值清零，當轉動開門羅盤時，通過蝸輪蝸桿傳動將羅盤的轉換為蝸桿轉動，由蝸桿帶動編碼器轉到，再利用光電原理，將車門行程的模擬量轉變成數字脈沖，從而根據脈沖數多少計算出車門開關行程。

2硬件系統設計

2.1傳動機構

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

2.2控制系統控制系統

由一片單片機STC12C5612AD（U1）、編碼器件、晶振、電容、電阻以、開關、報警器等組成。系統的核心是單片機STC12C5612AD,主要性能：一個時鐘/機器周期，增強型8051內核，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字節的片內RAM數據存儲器，芯片內有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，復位后為：準雙向口/弱上拉，可設置成準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻和開漏四種模式，每個I/O口驅動能力均可達到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/時鐘和內部獨立的波特率發生器。編碼器件的工作原理及作用：它是一種將旋轉位移轉換成一串數字脈沖信號的旋轉式裝置，采用了光電掃描原理。讀數系統是基于向分度編碼盤的旋轉，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構成的。在編碼盤的一端用一個二極管發光，經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直儀，把編碼盤上的圖像投射到光敏三極管表面上，該校準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換成相應的電變化。為了降低外部光線干擾，本系統利用單片機PWM3功能使P2.4腳輸出一定頻率的方波脈沖，對發光二極管D1的驅動電流進行調制處理，使其發出調制光，使光敏三極管Q1導通，經過濾波、放大、整形電路產生幅值大于2.0V的交流電壓信號。

2.3電路分析

本系統光電晶體管Q1是將用入射光照強度控制電流的光敏器件，利用發光二極管D1將單片機PWM模式下的調制信號轉化為光信號，再用光信號驅動Q1導通，產生集電極電流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，將調制波段頻率信號輸入LM258反向端。

3軟件實現

3.1開關行程監測的實現過程將PCA0設置成下降沿捕獲模式，單片機PWM3輸出頻率固定不變，經過調制后的電脈沖頻率也是固定的，對模塊的外部CEX0輸入的跳變進行采樣，當采樣到有效跳變時，PCA硬件就將PCA計數器陣列寄存器（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）值進行比較，若值相同則為PWM3功能使P2.4腳輸出方波脈沖經調制處理產生的脈沖跳變，為非有效跳變，若不同則為有效跳變，需要對脈沖數做加1處理。

3.2監測流程圖本系統采用單片機內部時鐘震蕩器，T0為計數器，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的輸出頻率遠大于編碼器件產生的編碼脈沖頻率，所以用模塊0做PCA下降沿捕獲，對相鄰下降沿的時間計數值進行采樣，得出Δ[CH、CL]，再與PWM單周期時間計數值Y進行比較，大于Y的脈沖為有效計數脈沖，T0值加1。定時器1每次中斷后，先同時關閉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。主函數中對X的值進行查詢，當查詢得到X等于maxc時，礦用車車門處于最大開門位置，對P2.5賦0，驅動報警器報警，當查詢到X等于0時，礦用車車門處于車門關閉位置，對P2.6賦0，點亮關門指示LED燈。

4結束語

本系統用單片機PCA/PWM功能和內部定時器相結合，完成對礦用車車門開關行程位置的實時監測。本系統操作方式簡單，設計成本低廉，能夠實現實時監測，自動控制，為提升貨運安全提供了有力保障。系統中單片機的5V電源是采用開關電源設計，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措施。本系統根據查詢變量X與maxc的數值計算車門開關行程百分比，從而得到車門開關行程。

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