电力机车弯道速度遥控—信号发射系统

1、摘摘 要要 本文简要介绍了目前的电力机车弯道速度遥控技术的发展概况，分析了电力 机车弯道速度遥控系统的基本原理。该项技术以最新推出的电力机车弯道速度遥 控系统的核心单片机接收控制系统为中心，以信号的发送和接收以及提示报 警系统为辅助，设计了电力机车弯道速度遥控的信号发射系统、信号接收系统、 单片机接收控制系统和接收报警系统。本课题着重对其中的接收报警系统进行了 详细的介绍。接收报警装置是以 MCS-51 系列单片机为核心,采用无线遥控发射 接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以优质的单片语音录放电路作为语 音报警系统, 根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报 警信号进行报

2、警。 关键词：关键词：电力机车，弯道速度遥控，单片语音录放电路，无线遥控发射接收 元件，单片机 1 Abstract This article briefly introduces the development of curve speed remote controling technology of electric locomotives and analysis the basic principle of curve speed remote controling system of electric locomotives. The technology takes single

3、-chip receiver controling system, which is a core of the lastest curve speed remote controling system of electric locomotives, as a center. It takes signal sending, receiving, prompting and alarm systems as a secondary. This topic is a design of the signal launching system, signal reception system,

4、single-chip receiver controling system and receiving-alarm system of the curve speed remote controling technology of electric locomotives. This topic focuses on the receiving-alarm system in detailed introduction. MCS-51 series microcontroller is a core of the receiving-alarm installations. The inst

5、allations adopts wireless remote control launching-receiving components as the detect components when locomotive reaches curve.It takes high quality monolithic pronunciation recording and sending-out electric circuit as pronunciation alarm system. According to the different position coded signal whi

6、ch microcontroller receives, installations issueds pronunciation alarm signals. Keywords: Electric locomotives，Curve speed remote controling，Monolithic pronunciation recording and sending-out electric circuit，Wireless remote control launchingreceiving components，MCS-51 microcontroller 2 目目 录录 1 绪论 .

7、4 2 发射电路 .5 2.1 调频发射机的性能指标.5 2.2 FM 调制器 .5 2.2.1 中小规模集成块构成的 FM 调制器.5 2.2.2 大规模集成块构成的 FM 调制器.8 2.2.3 前级功率放大器 .11 2.2.4 末级功率放大器 .12 2.2.5 直流稳压电源 .16 3 接收电路 .17 4 报警电路 .18 4.1 报警硬件组成 .18 4.2 报警控制过程.19 5 单片机系统电路及程序 .20 5.1 单片机最小系统 .20 5.2 单片机控制报警电路.21 6 结束语 .21 致谢 .22 参考文献 .23 3 1 绪论绪论 随着电力、电子技术的发展以及环保意

8、识的倡导，电力机车的发展取得了巨 大的技术进步。电力机车弯道速度遥控技术是铁道部门发展的重要技术之一，它 的发展直接制约着电力机车速度和运行效率的提高。在山区或者一些地形比较复 杂的地区，弯道运行容易出现脱轨事故。因此，列车安全问题被摆在了首要位置。 在综合安全和效率的同时，弯道速度遥控技术便被提上日程。 在电力机车弯道速度遥控系统中，报警系统是重要一环。它直接关系到电力 机车进入弯道以后的安全问题。特别是出现故障时，该系统作出及时报警，提醒 机车驾驶员快速制动，就能避免事故的发生。把乘客的生命财产损失降到最低程 度。在安全的基础上科学的提高机车速度，就可以节省时间和燃料，提高列车运 行效率。

9、 电力机车的普及和推广促进了该系统各项技术的突破。根据网络资源以及相 关资料调查，类似本课题的项目在国内外有一定的研究成果。各种具有类似报警 控制功能的装置也就应运而生。 其中的一种接收报警装置是以 MCS-51 系列单片机为核心,采用无线遥控发 射接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以优质的单片语音录放电路作为 语音报警系统, 根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音 报警信号进行报警。该装置具有结构简单，便于维护，操作方便，适应性强等优 点。列车驾驶室安装上此装置后，就能迅速得知机车的运行现状并立即做出反应。 基本上实现了智能化，更人性化。 弯道 集成 无线 遥控 发射

10、系 统 电源单片机 AT89C2051 无线遥控接收 系统 555 芯片 发射电路 功放电路和喇叭 图 1 总方框图 4 2 发射电路发射电路 发射机按调制方式可分为调幅（AM） 、调频（AF） 、调相（PM）和脉冲调 制四大类，他们又有模拟和数字之分。这里只讨论调频发射机，因为它广泛用于 广播、电视、通讯、报警、遥控、遥测、电子对抗等领域中。调频发射机由调制 器，前置功放，末级功放（含保护电路）和直流稳压电源等部分组成。 2.1 调频发射机的性能指标调频发射机的性能指标 (1)发射频率 0和频率范围 所谓发射频率 0是指载波频率，频率范围是 指可以变动的范围。 (2)发射功率 P 发射功率

11、P 是指接上负载后实际输出的功率。 (3)输出阻抗 对调频广播而言，一般要求输阻抗为 50；对电视而言一 般要求 75。 (4)残波辐射 残波辐射是指杂波与输出功率之比。 (5)音频输入阻抗和电平 音频输入端要求的阻抗和输入电平。 (6)信杂比 信杂比是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后有用信 号功率与噪声功率之比。 (7)失真度 失真度是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后单音频 信号的失真度。 (8)频率响应 频率响应是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后输 出音频的幅频响应。 (9)效率 效率是指输出功率 P 与电源消耗的总功率 P0之比。一般用 表 示。 =PP0 2.2 FM

12、 调制器调制器 20 世纪末广泛采用以中小规模集成块构成的 FM 调制器，近几年大规模集 成块构成的 FM 调制器已进入市场。现分别予以介绍。 2.2.1. 中小规模集成块构成的中小规模集成块构成的 FM 调制器调制器 （1）由中小规模集成块构成的 FM 调制器原理方框图如图 2.1 所示。它由 三部分组成，即 I 为频率合成器；II 为音频处理器；III 为 FM 波的缓冲放大器。 5 图 2.1 中小规模集成的 FM 调制器原来图 频率合成器的作用是产生一个震荡频率稳定度极高的 FM 波信号，它是调制 器的核心部件。 音频处理器的作用是将各种各样的音频信号经过处理后，变成输出阻抗和电 平基

13、本一样的信号，再将这些信号加至压控振荡器的变容二极管上。 射频缓冲放大器起缓冲，放大，匹配和滤波的作用。 （2）线路分析 频率合成器（I 部分） 由中小规模集成块构成的频率合成器。它产生一个频率稳定度与参考晶体管 振荡器相同的高频震荡。 音频信号处理器（II 部分） 音频信号处理器如图 2.2 所示。IC1和其外围电路组成平衡转换为不平衡及 放大电路。RP1是调节共模抑制比用的，抑制想交流电之类的共模信号，从而提 高共模抑制比 KCMR。单声道平衡输入信号经过共模抑制电阻网络送到运放 IC1 进行放大并转化成单端信号，再经 RP4调节至适当电平输出，使之在 1kHz 0dBm 输入时频偏为75

14、Hz,然后在把这个电平送给由 C10（1000pF）和电阻 R12（51k）组成的 50s 预加重网络，使音频高端信号得到提升。目的是减少发 射与接收时高音频端的调频噪音的影响。 6 图 2.2 音频处理器原理图 单声道不平衡输入信号经 RP2（10k）调节到适当电平输出，使之能在 1kHz 300mV 输入时，频偏为75kHz，将这个信号送到预加重网络。 立体声复合信号（经过立体声编码后的信号）经 RP3(1k)调节到适当电平 输出，使之能在 1kHz 300mV 输出时，频偏为75kHz 将这个适当电平直接送到 后面调制振荡器的变容二极管上。 射频缓冲放大器（III 部分） 射频缓冲放大电

15、路的原理见图 2.3 所示。它由三级缓冲放大和一级输出放大 器组成。 图 2.3 射频缓冲放大器 来自压控振荡器的 FM 信号，经过三级缓冲放大，由 VT1、VT2和 VT3组成， 主要起缓冲隔离作用，减轻振荡级的负载，提高频率稳定度。VT1 采用低噪声 7 场效应管 J130 或 3DJ9，这三级均为射级跟随器。L1、C8和 C9组成低通滤波器。 信号经过三级缓冲放大后，在 VT3的发射极（e 极）分两路，一路经 R39(51)接 至频率分频端，经固定 10 分频，可变程序分频（N）,然后加至鉴相器与参考信 号进行相位比较。另一路经带通滤波器 BPF 到输出放大器 VT4。 输出放大器由 V

16、T4、VT5和 VT6组成。VT4是放电管，工作于甲类状态，其 直流电压由 VT5控制，调节电位器 RP1 使 VT5的基极（b 极）偏压变化，从而 使 VT5的 VCE 的电压发生变化，使加在 VT4的集电极（c 极）的直流电压变化， 因此控制 VT4 工作电压的大小，就控制了调制器送来的 FM 波输出的大小，也 就控制了整机功率输出的大小，所以，VT5为功率调整级。VT6是保护电路， VT6通过 VD1和 VD2接收频率失锁控制信号和末级负载失配严重（例如天线开 路或短路）时，VD1或 VD2导通，使 VT6导通或饱和，从而使 VT4的输出适当 减少或截止，以保证发射机正常工作。 锁相指示

17、电路由运放 IC1、VT7、VT8和锁相指示绿色发光二极管组成。当 发射频率被锁定时，IC15脚接收一个正脉冲，使 IC17脚输出为低电平，VT7导通， VT7管 e 极有电流流通，串接在 VT7管 e 极上的锁相指示灯发亮，接着 VT8也导 通，使 VT8的 ce 结电压（VCE2）A，上述过程成立，尽管 P 为固定值，当合理选择 N 和 A 值，值 即可连续。 现举例说明。MC145152A 的最大为 63，取 P=64(MC12017 或 MC145152), 则 =64N+(063) 可见 N 为大于 A 的任意数，A 为 063 均可使之连续，由于 MC145152 的 N 值最大为

18、 1023，则最大值为 9 图 2.4 是一个实验用大规模 PLL 芯片构成的原理电路图，其中除大规模芯 片 MC145152 外，VCO 用 MC1648，前置分频器是 MC12022，有源滤波器由运 放 741 组成，输出放大器由三极管 2SC3355 组成，大规模芯片是通过编码开关， 可分别置入 R、A 及 N 值。管脚 7 为 R，管脚 8 为 U，管脚 9 是变模输出， 管脚 1 为分频输出，管脚 26、管脚 27 外接石英片构成振荡器。 图 2.4 用大规模 PLL 芯片构成的小功率调频调制器原来电路图 VCO 芯片管脚 3 为缓冲输出，一路供前置分频器 MC12022，一路供 2

19、SC3355 放大后输出，图中有关 LPF 的参数由计算及实验决定。 由于芯片集成度高，大大简化了 PLL 的设计，我们要做的主要是确定 r和 设计 LPF。 确定 r 时应满足： r为步长（频点间隔）的整分数； 石英频率为商品值并与芯片的 R 值配合可产生 r； 由 r确定的 N 值应在芯片范围，而且必须满足 NA； r不应落在调制频率基带内； 调频 PLL 的低通滤波器截止频率应低于调制基带的最低频率，由于低通滤 波器的幅频特性不是和陡峭，为避免反馈而造成失真和调制的变化，LPF 的截止 频率应为基带最低频率的（110）（1100） 。这时，系统捕捉时间会达到秒 10 级，但一般不影响使用

20、，因为工作进入锁相后再没有捕捉过程了。 研究 PLL 工作过程和状态，主要观测其输出信号的频率及频谱，测量频率 快速变化需要有高速的频率电压（或电流）变换。在频率很高时有困难的，可以 通过观察 VCO 的控制电压来间接获得频率的信息，因为这个电压与震荡频率有 既定的关系，在小范围内是线性的。因此，捕捉过程，环路直激过程，频谱纯度 都可以反映出来，寻找不正常的 PLL 故障也大多从这个电压开始，控制电压通 常由示波器检测。 音频处理器可以借用图 2.2 所示的电路。平衡音频信号，不平衡音频信号， 立体声复合信号经过音频信号处理后，均变成不平衡音频信号，并调整电平使之 VCO 最大频偏为75kHz

21、。 该调制器的输出电平为 50mW，阻抗 50。 2.2.3 前级功率放大器前级功率放大器 前置功放单元是由三个功率放大晶体管组成的三级宽带放大器构成，具体 电路见图 2.5 所示。这三级总增益约 30dB，输出功率 1520W。 图 2.5 高频放大器（前置功放）原理图 第一级由输入匹配网路和 VT1(FA531)及其直流偏置电路组成。输入匹配网 路由 C1、C2、L1、C3、C4组成型低通滤波型阻抗变换器，它不但使输入端 50 阻抗与第一级晶体管的基极阻抗（低阻抗，小于 50）相匹配而且有抑制高 次谐波的作用，调整 C2可以达到宽带匹配，同时 C1和 C2对输入信号起分压作 用。YA531

22、 工作在甲类状态，EQ1和 EQ2为退耦元件，目的是通直流和去除高 11 频交流，以减少交流通过电源引起相互串扰。 第二级由 VT2（3DA92C）功放管及前后级间匹配网路、直流偏置电路组 成，工作在甲乙类。C14、L3、R6、C15、C17组成级间匹配网路，使第一级输出 阻抗变换到第二级输入阻抗，从而达到匹配，同时 C14和 C17也其分压作用。 L3、R6、C15、C16组成吸收回路，滤出 87MHz 以下的残波。R7串在基极回路内 以防止寄生震荡。 第三级由 VT3(3DA825C)功放管及级间匹配网络及直流偏置电路组成。工 作在乙类状态。级间耦合匹配网络由 C27、L5、C28、C29

23、、L6组成，这是一节 T 型低通滤波器阻抗变换器，调频信号经 3DA825C 放大后，分两路:一路经输出匹 配网络到末级功放；另一路从 VT3e 极取样经 R16送至测量开关，用做电流测量， 正常工作时电流在 1.21.7A 之间。输出匹配网络由 L8、C43、C44、C45、C46组 成，这是一节 型低通滤波器的阻抗变换器。C44也用来调节宽带匹配。 前置盒三级功放中的基极直流偏置电路形式一样，均为并联馈电方式。为 使晶体管工作在甲类或乙类状态，采用分压式供电与发射极共用一个电源。同时 考虑减少基极直流外电路对晶体管基极输入阻抗的影响。在分压供电外电路中串 入高频阻流圈，对直流供电提供通路，

24、而对高频电流供电电路相当于开路，减少 高频电流对电源的窜扰。 应该指出：如果三级均调谐在某一个频点上（例如中心频率 0上）是很难 满足总带宽要求，必须利用扫描仪进行参差调谐，才能满足总带宽要求。 2.2.4 末级功率放大器末级功率放大器 末级功放根据输出功率不同，其输出电路不一样，根据广电总局的标准分 为 30W、50W、100W、300W 等等，目前用全固态器件采用功率合成技术可以 做到高达 30005000W。单管输出功率可达到 100300W。例如 MFR317 就可 以获得 100W 的输出功率。现以 50W 功放为例，说明末级功放的工作原理。 其输入阻抗为 50，电平为 50W，阻抗

25、为 50。所提供直流电压为 24V。功率 放大器原理图如图 2.6 所示。下面从设计角度经行详细介绍。 12 1 . 5 6 .532 ) 3 . 23( 2P 2 clm 2 p U R 图 2.6 末级功率放大器（50W）原理图 （1） 工作状态的选取 为了提高效率，末级功放一般采用丙类放大，且选取半导通脚为 =700。根 据放大器的动态特性，随着信号的加大，动态范围将由放大延伸到包河区。集电 极电流 ic将由标准的余弦尖顶脉冲到凹顶脉冲。考虑到凹顶脉冲产生的失真会增 大，残波辐射会增加，选取临界状态是比较合适的。这时输出功率较大，集电极 效率也高，残波辐射有小。在晶体管功率放大器中，可以

26、从改变激励电压、基极 偏压 Vbb就可以改变放大器的工作状态的。通过激励电压 Vbb就可以改变放大器 的工作状态的。 （2） 末级功放参数的计算 考虑输出匹配网络和输出滤波器的插入损耗 0.3dB，则末级晶体管的实际输 出功率要求达到 53.6W。作为工程近似计算，可以认为集电极最小瞬时电压为饱 和导通压降： Uces=0.7V 于是 Uclm=Vcc-Uces=24-0.7=23.3V。 其电压利用系数为： 由公式 P=U2clm/2Rp得 所以取导通角 =700， 97 . 0 24 3 . 23 cc clm V U A R U I59. 4 1 . 5 3 . 23 p clm clm

27、 13 0（700）=0.253，1（700）=0.436，g1（700）=1.73，（700）=0.289 则 WIVP6466 . 2 253 . 0 cmaxcc0 4 . 10 6 . 5364 0c PPP 总效率 （3）功放管的选取 末级选取 BLW78，基极输入阻抗约为 1.5，转换到输入端阻抗为 50.根据 上述分析，负载阻抗 RL=50 也要转换为末级所要求的阻抗 Rp=5.1。 （4）集电极电源电路和基极偏置电路 对于集电极电源电路，要求调制信号经过放大后不至于使信杂比恶化，所以 对电源的波纹要有一定的要求。在供电电路中要考虑把直流回路与基波回路分开， 常常采用“并馈”方式

28、。图中 L、C 用来抑制射频和去耦，使 Ico只通过晶体管。 对于基极偏置电路一般不采用独立的偏置电路，而采用自给偏置电路。最常 用有两种。图（a）是利用基极电流的直流分量在基区体内阻 rbb 上产生的偏置 电压。由于 rbb很小所以偏置电压很小，接近乙类（900）工作状态。所以常采 用（b）图方法，利用基极电流的直流分量在 R0 上产生偏压，调节 Rb即可改变 通脚 ，使之满足 =700 （5）宽带匹配网络 宽带放大器和窄带放大器没有本质的区别，就晶体管工作状态以及集电极电 路、偏置电路等而言，两者是完全一致的，区别仅在于输入、输出电路及级间匹 配电路，即要实现宽带放大，必须采用宽带匹配网络

29、。 输入、输出匹配电路两者没有实质区别，都是阻抗变换及匹配网络。输入电 路就是将晶体管的基极输入阻抗（50W 功放管 BLW78 的基极输入阻抗约在 1.5 左右）转换到放大管 BLW78 希望得到的负载电阻（5.1） 。 在宽带匹配网络中，常采用传输线变压器、多节 LC 网络、微带等多种形式， 前者适用于小功率放大匹配网络，对于大功率放大器，有磁心发热以及体积大等 A I I 5 . 10 436 . 0 95 . 4 700 1 clm cmax ）（ AII66. 2 5 . 10253 . 0 cmax0c0 % 7 . 83 64 6 .53 0 P P %78 64 50 总 14

30、 问题，故很少采用。微带匹配网络因篇幅限制，这里不详细介绍，它放到微波电 路进行介绍，这里重点介绍多节 PL 网络。 我们先看看单节 PL 网络是怎样实现阻抗匹配的。PL 电路有型、 型、L 型等电路。前两种电路为三个电抗元件。后者为两个元件。在计算这些元件值时 要同时满足谐振和阻抗变换两个条件。L 型电路只有两个元件，两个要求，所以 他的解是唯一的。而型电路、T 型电路，在计算元件值除满足以上两个条件外， 还必须假设一个回路 Q 值才能解出三个元件值，因此他的解不是唯一的。下面 以 L 型电路为例，介绍匹配原理和计算方法。R1，R2 为欲匹配的电阻值，求 C1，L2的值。根据 L 型降阻网络

31、公式，则 )(| 22212 RRRLX 解此方程得： 当 R1R2时，则 以输入回路为例，R1=50,R2=1.5,=100MHz，则 若 C1=93pF,L2=26.6nH,则构成的匹配网络属窄带网络，难于满足频率从 87MHz 至 108MHz 整个频段内都匹配的要求。为了使匹配电路增加带宽，可以 21 2 1 1 1 1 | RR R R C X 21 21 1 RR RR C )( 212 2 RRR L 21 1 1 RR C 21 2 RR L pF93 5 . 150101002 1 6 1 C nH6 .26 101002 5 . 150 6 2 L 15 采用多节 LC 网

32、络，使每一级的阻抗匹配变换缓慢以换取带宽特性，例如将一级 改为三级，求其变换阻值为：50164.81.5。 上述计算方法同样适用于级间匹配网络和输出回路。不过输出回路最后再增 加切比雪夫滤波器，主要抑制二次、三次谐波，降低残波辐射，提高频谱纯度。 同理可以计算输出回路的匹配网络的元件值。 实用电路（通过实验得到的）与上述计算值有较大差异，这是因为上述计算 时未考虑分布参数和晶体管的级间电容的影响。 在图中 2.6 中 C6、C7、L1、C8、L1、C9和 L3组成输入回路匹配网络； L5、C11、L6、C12、L7和 C13组成输出回路匹配网络，C14是隔直电路； C15、L8、C17、L9、

33、C16、C18、L10、C19、C20组成切比雪夫滤波器（低通滤波器） ， 其中 C17(18pF)、L9组成二次谐波并联谐振回路（吸收二次谐波成分） ，C19(12pF), L10组成三次谐波并联谐振回路（吸收三次谐波成分） ；ZL、C10、R1构成功放级 偏置电路，调整 R1的大小改变功放的工作状态，使之在额定功率输出时其导通 角为 700左右（丙类工作状态） 。 在这个电路中采用的定向耦合电路是传感器，它提供输出的入射功率和反射 功率的测量和控制、保护电压。T 是铁氧体电流互感器，工作在宽频带，改变频 率不用调整。T 用来检测带状线上的电流，而 R3和 RP1组成分压器将输出带状 线的电

34、压分压取样，通过桥式得出相应的入射和反射功率。当只考虑 I1时，T 次 级感应电压是左正右负，使 R4上的电压 VR4与 RP1上的电压 VRP1是同相叠加 的，经 VD1检波后输出与入射功率成正比的直流电压。而 R5上的电压 VR5与 RP1上的电压 VRP1是反射叠加的。当调节 RP1时使 VRP1=VR5时，经 VD2检波 输出电压为 0。同理当考虑 IR 时，VR5电压与 VRP1同相，经 TD2检波后，输出 一个与反射功率成正比的直流电压。而 VR4与 VRP1反相，当 VR4=VRP1,经 VD1后的直流电压为 0。 定向耦合器有四路输出，一路是“入射控制输出”，即入射功率 ALC

35、 控制电 压输出，接至调制器的输出级。如天线开路、短路、接触不良等，反射过强。 “反 射控制输出”输出一个高电平加到图 2.9 中 R37端，然后经 R37、VD2加到 VT6的 基极上，使 VT6饱和导通，从而使 VT4的增益大大下降，导致激励功率下降， 起到天线开路短路保护作用。 “反射控制输出”输出电平是通过 RP2进行调节的； 另一路是反射功率指示。RP3是调节 P 的大小，而 RP4是调节 P 的大小。 2.2.5 直流稳压电源直流稳压电源 50W 调频发射机直流稳压电源如图 2.7 所示。B 为电流变压器， IC（AN7824）是基准电源，其值为 24V，VT（3DD8B）为 23

36、.3V 左右。VD1为 保护管。此稳压源既简单又可靠，所选取的元器件数值均有较大的富裕度。实践 16 证明，作为一个电子设备，其可靠性电源占 70%90%左右。如果电源部能可靠 地工作，才能保证整机可靠地工作。 图 2.7 24V 4A 直流稳压电源原理图 3 接收电路接收电路 接收机可使用超再生电路或超外差电路，超再生电路成本低，功耗小可达 100uA 左右，调整良好的超再生电路灵敏度和一级高放、一级振荡、一级混频以 及两级中放的超外差接收机差不多。然而，超再生电路的工作稳定性比较差，选 择性差，从而降低了抗干扰能力。下图为典型的超再生接收电路。 图 3.1 分立元件接收电路 超外差电路的灵

37、敏度和选择性都可以做得很好，美国 Micrel 公司推出的单 片集成电路可完成接收及解调，其 MICRF002 功耗更低，并具有电源关断控制 端。MICRF002 性能稳定，使用非常简单。与超再生产电路相比，缺点是成本偏 17 高。下面为其管脚排列及推荐电路。 图 3.2 集成接收电路 MICRF002 使用陶瓷谐振器，换用不同的谐振器，接收频率可覆盖 300- 440MHz。MICRF002 具有两种工作模式：扫描模式和固定模式。扫描模式接受 带宽可达几百 KHz,此模式主要用来和 LC 振荡的发射机配套使用，因为，LC 发 射机的频率漂移较大，在扫描模式下，数据通讯速率为每秒 2.5KBy

38、tes。固定模 式的带宽仅几十 KHz，此模式用于和使用晶振稳频的发射机配套，数据速率可 达每秒钟 10KBytes。工作模式选择通过 MICRF002 的第 16 脚（SWEN）实现。 另外，使用唤醒功能可以唤醒译码器或 CPU，以最大限度地降低功耗。 MICRF002 为完整的单片超外差接收电路，基本实现了“天线输入”之后“数据直 接输出”，接收距离一般为 200m。 4 报警电路报警电路 4.1 报警硬件组成报警硬件组成 报警器硬件部分如图 1 所示的 8 个基本部件组成，可分为 2 个模块。其中， 传感器、信号调制电路和 AD 转换电路组成信号采集模块。电力机车将要到达 弯道的信号通过

39、传感器转换为电信号，在信号调制电路中将信号放大，滤波，再 经 AD 转换电路将模拟信号转换为数字信号。另一个模块是报警器主体模块， 由单片机和声光报警系统、GM16C550 串行端口扩展芯片和 RS 232 电平转换电 路组成。单片机控制实现声光报警功能。GM16C550 串行端口扩展芯片和 RS 232 电平转换电路与单片机一起实现报警器经 Modem 与机车操作系统的通信， 使机车驾驶人员能够对机车的情况及时处理，进行限速控制。 18 声光信息传感器 信号调制电路 A/D 转换电路 单片机 AT89C51 电平转换 （RS232） Modem 报 警 系 统 GM16C 550 图 4 报

40、警系统及单片机 4.2 报警控制过程报警控制过程 在本设计中选择把声音和红外线作为采集信号，所以用集成声音传感器 PS2109 和红外传感器 BH 用作采集系统的敏感元件。数据采集模块的电路图 如图 2 所示，AD 转换电路采用常用的 8 位 8 通道数模转换专用芯片 ADC0809. ADC0809：ADC0809 是采样频率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模数转 换的器件。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号， 只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。主要特性：8 路 8 位 AD 转 换器，即分辨率 8 位;具有转换起停控制端;转换时间为 100

41、s;单个5V 电源供电;模 拟输入电压范围 05V，不需零点和满刻度校准;工作温度范围为-4085 摄 氏度;低功耗，约 15mW。引脚功能: ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插 式封装。各引脚功能: IN0IN7：8 路模拟量输入端。 2128：8 位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一 路; ALE：地址锁存允许信号，输入,高电平有效。 START： AD 转换启动信号，输入,高电平有效。 19 EOC： AD 转换结束信号，输出，当 AD 转换结束时，此端输出一 个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允

42、许信号，输入，高电平有效。当AD 转换结束时， 此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，5V。 GND：地。 ADC0809 的工作过程是：首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地 址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将 逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示 转换正在进行。直到 AD 转换完成，EOC 变为高电平，指示 AD 转换结束， 结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申

43、请。当 OE 输入高电平 时，输 出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 5 单片机系统电路及程序单片机系统电路及程序 5.1 单片机最小系统单片机最小系统 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除 只读存储器 （FPEROM- Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称 单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编 程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标

44、准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位 CPU 和闪烁存 储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提 一 种灵活性的方案。 如图 5.1 所示,89C51 的外部通过 18 ,19 脚连接一个晶振和两个电容,构成振 荡电路,可以为单片机提供时钟频率。9 脚通过一个 10k 电阻和一个 10F 的 电容构成了一个简单的复位电路, EA 接高电平,AL E、PSEN 信号不用,这样就构 成了一个单片机最小系统。这个最小系统未设复位键,系统加电时自动复位。 2

45、0 5.2 单片机控制报警电路单片机控制报警电路 图 5.1 单片机控制电路 6 结束语结束语 建立合理的应急通信体系是关系国家安全、民计民生的大事。研究应急通信 的特点、网络体系，要充分利用各种通信手段来保证应急情况下的通信保障，不 仅需要考虑通信网络演进的趋势性影响，还要利用各种新技术。目前，国家正在 建立国家应急联动系统，将逐步实现紧急呼叫和救助热线号码的统一。从这一步 出发，整合政府各职能部门的资源，建立可靠的应急平台指挥体系，建立完整的 应急通信保障体系。这不仅需要高层的高瞻远瞩，也需要社会各方面力量的配合。 本设计主要采用 AT89C51 系列单片机为控制核心，以 555 定时器构

46、成报警 系统系统，采用射频技术，产生辐射范围广的弯道报警信号。在硬件电路设计中 进行了优化设计。达到了及时报警的目的，很好地解决电力机车速度遥控的问题。 由于时间和知识水平的限制，本设计主要进行了硬件电路的设计，对软件进行了 一些理论上的研究，有待进一步的开发。 21 致谢致谢 在设计期间，我得到了杨老师的精心指导。感谢我的导师杨老师，他严谨细 致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘 一格的思路给予我无尽的启迪。杨老师治学严谨，学识渊博，严以律己、宽以待 人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，深深感染了我。 “授人以鱼不如 授人以渔”，使我不仅接受了新的思

47、想观念，领会了基本的思考方式，掌握了通 用的研究方法。对此，致以我深深的感谢。 在整个设计过程中，我得到了小组成员大力支持和多方面的指导，在此向他 们表示感谢。同时也非常感谢，为我们设计工作提供帮助的教师、教授和同学， 再次向你们道一声谢谢！ 22 参考文献参考文献 1高吉祥.高频电子线路.电子工业出版社.J.北京：电子工业出版社，2005 2申明东.矿用电机车车载弯道和岔道报警装置.J.北京：高等教育出版社，2000 3高吉祥.高频电子线路设计. J.北京： 电子工业出版社.2007 4 陆建民. 机车限速与自动报警装置. J.北京：高等教育出版社，2006 5 赵红斌 史红霞 袁秀珍.电机

48、车弯道道岔车内报警装置.机械管理开发J. 北京：高等教育 出版社， 2003 6刘春明 梁晋.电力机车远程实时监控系统的研究.中国铁路J. 北京：高等教育出版社， 2005 7申明东.矿用电机车车载弯道和岔道报警装置.煤矿机电J. 北京：高等教育出版社，2000 8郎立国，孟宪尧等.电机车自动定位运行控制系统. 低压电器J. 2000 9刘秀林.工矿电机车的电机电器的现状及发展趋势电气牵引J.2005 10刘涛.浅谈如何提高电机车的使用效率.矿山机械J.2005 11山丹，刘华毅.电机车运行系统的单片机控制电气自动化J.2005 12乔占明.矿井窄轨电机车及矿车制动装置的研究D.广州:广东大学

49、硕士论文，2002 23 附录：系统电路总图 河下载之后可以联系河下载之后可以联系 QQ1074765680 索取图纸，索取图纸， PPT，翻译，翻译=文档文档 摘摘 要要 本文简要介绍了目前的电力机车弯道速度遥控技术的发展概况，分析了电力 机车弯道速度遥控系统的基本原理。该项技术以最新推出的电力机车弯道速度遥 控系统的核心单片机接收控制系统为中心，以信号的发送和接收以及提示报 警系统为辅助，设计了电力机车弯道速度遥控的信号发射系统、信号接收系统、 单片机接收控制系统和接收报警系统。本课题着重对其中的接收报警系统进行了 详细的介绍。接收报警装置是以 MCS-51 系列单片机为核心,采用无线遥控

50、发射 接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以优质的单片语音录放电路作为语 音报警系统, 根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报 警信号进行报警。 关键词：关键词：电力机车，弯道速度遥控，单片语音录放电路，无线遥控发射接收 元件，单片机 24 Abstract This article briefly introduces the development of curve speed remote controling technology of electric locomotives and analysis the basic principle of curve s

51、peed remote controling system of electric locomotives. The technology takes single-chip receiver controling system, which is a core of the lastest curve speed remote controling system of electric locomotives, as a center. It takes signal sending, receiving, prompting and alarm systems as a secondary

52、. This topic is a design of the signal launching system, signal reception system, single-chip receiver controling system and receiving-alarm system of the curve speed remote controling technology of electric locomotives. This topic focuses on the receiving-alarm system in detailed introduction. MCS-

53、51 series microcontroller is a core of the receiving-alarm installations. The installations adopts wireless remote control launching-receiving components as the detect components when locomotive reaches curve.It takes high quality monolithic pronunciation recording and sending-out electric circuit a

54、s pronunciation alarm system. According to the different position coded signal which microcontroller receives, installations issueds pronunciation alarm signals. Keywords: Electric locomotives，Curve speed remote controling，Monolithic pronunciation recording and sending-out electric circuit，Wireless

55、remote control launchingreceiving components，MCS-51 microcontroller 25 目目 录录 1 绪论 .4 2 发射电路 .5 2.1 调频发射机的性能指标.5 2.2 FM 调制器 .5 2.2.1 中小规模集成块构成的 FM 调制器.5 2.2.2 大规模集成块构成的 FM 调制器.8 2.2.3 前级功率放大器 .11 2.2.4 末级功率放大器 .12 2.2.5 直流稳压电源 .16 3 接收电路 .17 4 报警电路 .18 4.1 报警硬件组成 .18 4.2 报警控制过程.19 5 单片机系统电路及程序 .20 5.

56、1 单片机最小系统 .20 5.2 单片机控制报警电路.21 6 结束语 .21 致谢 .22 参考文献 .23 26 1 绪论绪论 随着电力、电子技术的发展以及环保意识的倡导，电力机车的发展取得了巨 大的技术进步。电力机车弯道速度遥控技术是铁道部门发展的重要技术之一，它 的发展直接制约着电力机车速度和运行效率的提高。在山区或者一些地形比较复 杂的地区，弯道运行容易出现脱轨事故。因此，列车安全问题被摆在了首要位置。 在综合安全和效率的同时，弯道速度遥控技术便被提上日程。 在电力机车弯道速度遥控系统中，报警系统是重要一环。它直接关系到电力 机车进入弯道以后的安全问题。特别是出现故障时，该系统作出

57、及时报警，提醒 机车驾驶员快速制动，就能避免事故的发生。把乘客的生命财产损失降到最低程 度。在安全的基础上科学的提高机车速度，就可以节省时间和燃料，提高列车运 行效率。 电力机车的普及和推广促进了该系统各项技术的突破。根据网络资源以及相 关资料调查，类似本课题的项目在国内外有一定的研究成果。各种具有类似报警 控制功能的装置也就应运而生。 其中的一种接收报警装置是以 MCS-51 系列单片机为核心,采用无线遥控发 射接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以优质的单片语音录放电路作为 语音报警系统, 根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音 报警信号进行报警。该装置具有结构简单，便

58、于维护，操作方便，适应性强等优 点。列车驾驶室安装上此装置后，就能迅速得知机车的运行现状并立即做出反应。 基本上实现了智能化，更人性化。 27 弯道 集成 无线 遥控 发射 系 统 电源单片机 AT89C2051 无线遥控接收 系统 555 芯片 发射电路 功放电路和喇叭 图 1 总方框图 2 发射电路发射电路 发射机按调制方式可分为调幅（AM） 、调频（AF） 、调相（PM）和脉冲调 制四大类，他们又有模拟和数字之分。这里只讨论调频发射机，因为它广泛用于 广播、电视、通讯、报警、遥控、遥测、电子对抗等领域中。调频发射机由调制 器，前置功放，末级功放（含保护电路）和直流稳压电源等部分组成。 2

59、.1 调频发射机的性能指标调频发射机的性能指标 (1)发射频率 0和频率范围 所谓发射频率 0是指载波频率，频率范围是 指可以变动的范围。 (2)发射功率 P 发射功率 P 是指接上负载后实际输出的功率。 (3)输出阻抗 对调频广播而言，一般要求输阻抗为 50；对电视而言一 般要求 75。 (4)残波辐射 残波辐射是指杂波与输出功率之比。 (5)音频输入阻抗和电平 音频输入端要求的阻抗和输入电平。 (6)信杂比 信杂比是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后有用信 号功率与噪声功率之比。 (7)失真度 失真度是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后单音频 信号的失真度。 (8)频率响应 频率响

60、应是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后输 出音频的幅频响应。 (9)效率 效率是指输出功率 P 与电源消耗的总功率 P0之比。一般用 表 示。 28 =PP0 2.2 FM 调制器调制器 20 世纪末广泛采用以中小规模集成块构成的 FM 调制器，近几年大规模集 成块构成的 FM 调制器已进入市场。现分别予以介绍。 2.2.1. 中小规模集成块构成的中小规模集成块构成的 FM 调制器调制器 （1）由中小规模集成块构成的 FM 调制器原理方框图如图 2.1 所示。它由 三部分组成，即 I 为频率合成器；II 为音频处理器；III 为 FM 波的缓冲放大器。 图 2.1 中小规模集成的 FM 调