一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路的制作方法

1.本实用新型属于障碍物检测控制技术领域，具体涉及一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路。


背景技术：

2.在轨道机车的运行过程中，驾驶员可能存在视觉盲区或者疏忽大意的情况，未能及时注意到运行路径上的障碍物，进而导致碰撞事故的发生；而且光依靠人来观察运行途径上是否有障碍物，并进行相应警报和制动操作，会存在从发现障碍物到报警制动反应时间差的问题，也不能够及时地避免碰撞的发生。
3.障碍物对轨道机车的运行造成一定的安全隐患，且轨道机车碰撞后会发生严重的后果；现有的一些障碍检测系统缺少模式选择模块和警戒值调节的模块，适用性较差。


技术实现要素：

4.针对现有的障碍检测系统缺少检测模式选择和警戒值调节的功能，适用性较差的不足，本实用新型的目的在于提供一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，通过按键控制模块的按键key1实现待机模式、按键调节模式、超声波避障模式、激光避障模式和旋钮调节模式的选择，在按键调节模式下通过按键key2、按键key3分别用于实现警戒值的加减；在旋钮调节模式下通过调节滑动变阻器也可实现警戒值的加减。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，包括单片机最小系统、按键控制模块、旋钮控制模块、超声波测距模块、激光测距模块、led灯指示模块、蜂鸣器警示模块、电机控制模块；按键控制模块的输出端与单片机最小系统连接，按键控制模块包括按键key1、按键key2、按键key3，其中按键key1用于实现模式的调节，对应有待机模式、按键调节模式、超声波避障模式、激光避障模式和旋钮调节模式，按键key2、按键key3分别用于实现警戒值的加减；旋钮控制模块的输出端与单片机最小系统连接，旋钮控制模块包括滑动变阻器rv2、adc0808模数转换器，调节滑动变阻器rv2的阻值，改变输入adc0808模数转换器的电压模拟量，adc0808模数转换器再将输入的模拟量转化为相应的数字量输出给单片机最小系统，进而实现警戒值的加减；超声波测距模块、激光测距模块均与单片机最小系统连接，用于实现对障碍物位置的检测；单片机最小系统的输出端分别与起指示作用的led灯指示模块、起报警作用的蜂鸣器警示模块和起制动作用的电机控制模块连接；单片机最小系统和上述模块通过外部电源供电和提供高低电平的参考电压。
6.优选地，单片机最小系统电路包括stc89c52rc单片机、晶振电路、复位电路，晶振电路与stc89c52rc单片机的xtal1和xtal2引脚连接，复位电路与stc89c52rc单片机的rst引脚连接。
7.优选地，按键控制模块的按键key1、按键key2、按键key3的一端分别与stc89c52rc单片机连接，另一端接地；
8.滑动变阻器rv2的滑动端与adc0808模数转换器连接，其余两端接外部电源，adc0808模数转换器，与stc89c52rc单片机连接。
9.优选地，超声波测距模块包括hc-sr04超声波测距模块，hc-sr04超声波测距模块的tr引脚和echo引脚分别与stc89c52rc单片机连接。
10.优选地，激光测距模块电路包括sk1000激光测距模块，sk1000激光测距模块的tx引脚和tr引脚分别与stc89c52rc单片机连接。
11.优选地，led灯指示模块包括多条由led灯和电阻组成的串联电路，串联电路的一端与stc89c52rc单片机连接，另一端接外部电源的电源端。
12.优选地，蜂鸣器警示模块包括电阻r4、s8550三极管q1、蜂鸣器buz1，电阻r4的一端与stc89c52rc单片机连接，另一端与s8550三极管q1的基极引脚连接，s8550三极管q1的发射极引脚与外部电源的电源端连接，蜂鸣器buz1的一端与s8550三极管q1的集电极引脚连接，另一端与外部电源的接地端连接。
13.优选地，电机控制模块电路包括l298n驱动芯片、二极管d6、d7、d8、d9、d10、d11、d12、d13、电机m1和m2， l298n驱动芯片的ena引脚、enb引脚、in1引脚、in3引脚、in2引脚和in4引脚均与stc89c52rc单片机连接；l298n驱动芯片的out1引脚与二极管d6的正极、二极管d10的负极、电机m1的一端连接，l298n驱动芯片的out2引脚与二极管d7的正极、二极管d11的负极、电机m1的另一端连接；l298n驱动芯片的out3引脚与二极管d8的正极、二极管d12的负极、电机m2的一端连接，l298n驱动芯片的out4引脚与二极管d9的正极、二极管d13的负极、电机m2的另一端连接；二极管d6、二极管d7、二极管d8、二极管d9的负极均与外部电源的电源端相连接，二极管d10、二极管d11、二极管d12、二极管d13的正极均与外部电源的接地端相连接。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.1. 本系统可以根据机车的状态，选择超声波避障模式和激光避障模式两种测距模式，其中超声波测距模块对应检测距离较小，测距精度较高，适用于器件速度较慢时，如启动时检测是否存在障碍物的情况；激光测距模块对应检测距离大，测距精度较低，适用于器件正常行驶过程中检测是否存在障碍物的情况。
16.2. 本系统可根据需求改变警戒的距离值，按键调节模式下的警戒值调节，其调节精确，每次按下相应按键，警戒值会增加或减少一定的数值；旋钮调节模式下的警戒值调节，其调节方便，旋钮转动到相应位置，警戒值就会设定为对应的值。
17.3. 本系统在检测到障碍物距离低于警戒值时会触发蜂鸣器警报、led灯光警示和电机反转进行制动。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本实施例中系统总体框图；
20.图2是本实施例中单片机最小系统电路图；
21.图3是本实施例中按键控制模块电路图；
22.图4是本实施例中旋钮控制模块电路图；
23.图5是本实施例中超声波测距模块电路图；
24.图6是本实施例中激光测距模块电路图；
25.图7是本实施例中led指示灯模块电路图；
26.图8是本实施中蜂鸣器警示模块电路图；
27.图9是本实施例中电机控制模块电路图。
具体实施方式
28.结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性地劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
29.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内，需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
30.本实用新型提供了一种实施例：
31.如图1至图4所示，一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，包括单片机最小系统、按键控制模块、旋钮控制模块、超声波测距模块、激光测距模块、led灯指示模块、蜂鸣器警示模块、电机控制模块；按键控制模块的输出端与单片机最小系统连接，按键控制模块包括按键key1、按键key2、按键key3，其中按键key1用于实现模式的调节，对应有待机模式、按键调节模式、超声波避障模式、激光避障模式和旋钮调节模式，按键key2、按键key3分别用于实现警戒值的加减；旋钮控制模块的输出端与单片机最小系统连接，旋钮控制模块包括滑动变阻器rv2、adc0808模数转换器；超声波测距模块、激光测距模块均与单片机最小系统连接，用于实现对障碍物位置的检测；单片机最小系统的输出端分别与起指示作用的led灯指示模块、起报警作用的蜂鸣器警示模块和起制动作用的电机控制模块连接；单片机最小系统和上述模块通过外部电源供电和提供高低电平的参考电压。
32.如图2所示，单片机最小系统电路包括stc89c52rc单片机、晶振电路、复位电路和排阻rp1，晶振电路与stc89c52rc单片机的xtal1和xtal2引脚连接，复位电路与stc89c52rc单片机的rst引脚连接；stc89c52rc单片机的vcc引脚和gnd引脚分别与外部电源的电源端和接地端相连接，stc89c52rc单片机的ea引脚与外部电源的电源端连接；晶振电路包括晶振x1、电容c2、电容c3，晶振x1一端与电容c2一端以及stc89c52rc单片机xtal1引脚相连，另一端与电容c3一端以及stc89c52rc单片机的xtal2引脚相连，电容c2、电容c3的另一端都与外部电源的接地端相连；复位电路包括复位按键fwkey、电容c1、电阻r1，电容c1一端与外部电源的电源端以及复位按键fwkey的一端相连，另一端与复位按键fwkey另一端、电阻r1的
一端以及stc89c52rc单片机的rst引脚相连，电阻r1的另一端与外部电源的接地端相连；排阻rp1的1引脚与外部电源的电源端连接，其2引脚、3引脚、4引脚、5引脚、6引脚、7引脚、8引脚、9引脚分别与stc89c52rc单片机的p0.0、p0.1、p0.2、p0.3、p0.4、p0.5、p0.6、p0.7引脚相连接；晶振电路的作用在于控制单片机内部代码运行的速度，为其提供基准信号。复位电路能帮助单片机控制系统从异常状态中恢复。
33.如图3所示，按键控制模块的按键key1、按键key2、按键key3的一端分别与stc89c52rc单片机的p2.0、p2.6、p2.7引脚连接，另一端接地；按键key1的按键值1-5分别对应待机模式、按键调节模式、超声波避障模式、激光避障模式和旋钮调节模式5大模式；按键初始值为1，扫描按键key1是否按下，若按下，则模式按键值加1；按键值超过5之后重新赋值为1；本实施例中，在按键调节模式下每按一次按键key2，警戒值加10；每按一次按键key3，警戒值减10，从而实现对警戒值范围的调节。
34.如图4所示，滑动变阻器rv2的滑动端与adc0808模数转换器的in3引脚连接，其余两端分别连接外部电源的电源端和接地端；adc0808模数转换器的vcc引脚和vref+引脚均与外部电源的电源端相连接，gnd引脚和vref-引脚均与外部电源的接地端连接；adc0808模数转换器的oe引脚与stc89c52rc单片机的p1.0引脚连接，eoc引脚与stc89c52rc单片机的p1.1引脚连接，start引脚与stc89c52rc单片机的p1.2引脚连接，clock引脚与stc89c52rc单片机的p1.3引脚连接，adda引脚、addb引脚、addc引脚分别与stc89c52rc单片机的p1.4、p1.5、p1.6引脚相连接；adc0808模数转换器的out1引脚、out2引脚、out3引脚、out4引脚、out5引脚、out6引脚、out7引脚、out8引脚分别与stc89c52rc单片机的p3.7、p3.6、p3.5、p3.4、p3.3、p3.2、p3.1、p3.0引脚相连接；通过调节滑动变阻器rv2的阻值，改变输入adc0808模数转换器的电压模拟量，adc0808模数转换器再将输入的模拟量转化为相应的数字量输出给stc89c52rc单片机，进而实现警戒值的加减。
35.如图5所示，超声波测距模块包括hc-sr04超声波测距模块，hc-sr04超声波测距模块的tr引脚与stc89c52rc单片机的p2.4引脚连接，hc-sr04超声波测距模块的echo引脚与stc89c52rc单片机的p2.5引脚连接，hc-sr04超声波测距模块的vcc引脚和gnd引脚分别与外部电源的电源端和接地端相连接；stc89c52rc单片机的超声波测距触发控制信号由p2.4引脚输入给hc-sr04超声波测距模块，超声波测距的回响信号由hc-sr04超声波测距模块的echo引脚输出给stc89c52rc单片机。
36.如图6所示，激光测距模块包括sk1000激光测距模块，sk1000激光测距模块的tx引脚与stc89c52rc单片机的p0.6引脚连接，sk1000激光测距模块的tr引脚与stc89c52rc单片机的p0.7引脚连接，sk1000激光测距模块的vcc引脚与外部电源的电源端连接，sk1000激光测距模块的-vcc引脚和gnd引脚均与外部电源的接地端相连接；stc89c52rc单片机的激光测距触发控制信号由p0.6引脚输入给sk1000激光测距模块，激光测距的回响信号由sk1000激光测距模块的tr引脚输出给stc89c52rc单片机。
37.如图7所示，led灯指示模块包括电阻r2、r3、r5、r6、r7和绿色led灯d1、红色led灯d2、白色led灯d3、蓝色led灯d4、紫色led灯d5，绿色led灯d1、红色led灯d2、白色led灯d3、蓝色led灯d4、紫色led灯d5的一端与外部电源的电源端连接，另一端分别与电阻r2、r3、r5、r6、r7的一端连接，电阻r2、r3、r5、r6、r7的另一端分别与stc89c52rc单片机的p2.2、p2.3、p0.0、p0.1、p0.2引脚连接；在不同的模式和状态下，对应的led指示灯颜色和闪烁状态不
同。
38.如图8所示，蜂鸣器警示模块包括电阻r4、s8550三极管q1、蜂鸣器buz1，电阻r4的一端与stc89c52rc单片机的p2.1引脚连接，另一端与s8550三极管q1的基极引脚连接，s8550三极管q1的发射极引脚与外部电源的电源端连接，蜂鸣器buz1的一端与s8550三极管q1的集电极引脚连接，另一端与外部电源的接地端连接；当检测到障碍物距离低于警戒值时会触发蜂鸣器警报、led灯光警示。
39.如图9所示，电机控制模块电路包括l298n驱动芯片、二极管d6、d7、d8、d9、d10、d11、d12、d13、电机m1和m2，l298n驱动芯片的vcc引脚和vs引脚均与外部电源的电源端连接，l298n驱动芯片的sensa引脚、sensb引脚和gnd引脚均与外部电源的接地端连接；l298n驱动芯片的ena引脚和enb引脚均与stc89c52rc单片机的p0.3引脚连接，l298n驱动芯片的in1引脚和in3引脚均与stc89c52rc单片机的p0.4引脚连接，l298n驱动芯片的in2引脚和in4引脚均与stc89c52rc单片机的p0.5引脚连接；l298n驱动芯片的out1引脚与二极管d6的正极、二极管d10的负极、电机m1的一端连接，l298n驱动芯片的out2引脚与二极管d7的正极、二极管d11的负极、电机m1的另一端连接；l298n驱动芯片的out3引脚与二极管d8的正极、二极管d12的负极、电机m2的一端连接，l298n驱动芯片的out4引脚与二极管d9的正极、二极管d13的负极、电机m2的另一端连接；二极管d6、二极管d7、二极管d8、二极管d9的负极均与外部电源的电源端相连接，二极管d10、二极管d11、二极管d12、二极管d13的正极均与外部电源的接地端相连接；从stc89c52rc单片机输出的控制信号经l298n驱动芯片处理后，芯片驱动两个电机进行制动。
40.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，其特征在于：包括单片机最小系统、按键控制模块、旋钮控制模块、超声波测距模块、激光测距模块、led灯指示模块、蜂鸣器警示模块、电机控制模块；按键控制模块的输出端与单片机最小系统连接，按键控制模块包括按键key1、按键key2、按键key3，其中按键key1用于实现模式的调节，对应有待机模式、按键调节模式、超声波避障模式、激光避障模式和旋钮调节模式，按键key2、按键key3分别用于实现警戒值的加减；旋钮控制模块的输出端与单片机最小系统连接，旋钮控制模块包括滑动变阻器rv2和adc0808模数转换器，调节滑动变阻器rv2的阻值，改变输入adc0808模数转换器的电压模拟量，adc0808模数转换器再将输入的模拟量转化为相应的数字量输出给单片机最小系统，进而实现警戒值的加减；超声波测距模块、激光测距模块均与单片机最小系统连接，用于实现对障碍物位置的检测；单片机最小系统的输出端分别与起指示作用的led灯指示模块、起报警作用的蜂鸣器警示模块和起制动作用的电机控制模块连接；单片机最小系统和上述模块均通过外部电源供电。2.根据权利要求1所述的一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，其特征在于：所述单片机最小系统包括stc89c52rc单片机、晶振电路、复位电路和排阻rp1，晶振电路与stc89c52rc单片机的xtal1和xtal2引脚连接，复位电路与stc89c52rc单片机的rst引脚连接，排阻rp1与stc89c52rc单片机连接。3.根据权利要求2所述的一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，其特征在于：所述按键控制模块的按键key1、按键key2、按键key3的一端分别与stc89c52rc单片机连接，另一端接地；滑动变阻器rv2的滑动端与adc0808模数转换器连接，其余两端接外部电源，adc0808模数转换器与stc89c52rc单片机连接。4.根据权利要求2所述的一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，其特征在于：所述超声波测距模块包括hc-sr04超声波测距模块，hc-sr04超声波测距模块的tr引脚和echo引脚分别与stc89c52rc单片机连接。5.根据权利要求2所述的一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，其特征在于：所述激光测距模块电路包括sk1000激光测距模块，sk1000激光测距模块的tx引脚和tr引脚分别与stc89c52rc单片机连接。6.根据权利要求2所述的一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，其特征在于：所述led灯指示模块包括多条由led灯和电阻组成的串联电路，串联电路的一端与stc89c52rc单片机连接，另一端接外部电源的电源端。7.根据权利要求2所述的一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，其特征在于：所述蜂鸣器警示模块包括电阻r4、s8550三极管q1、蜂鸣器buz1，电阻r4的一端与stc89c52rc单片机连接，另一端与s8550三极管q1的基极引脚连接，s8550三极管q1的发射极引脚与外部电源的电源端连接，蜂鸣器buz1的一端与s8550三极管q1的集电极引脚连接，另一端与外部电源的接地端连接。8.根据权利要求2所述的一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，其特征在于：所述电机控制模块电路包括l298n驱动芯片、二极管d6、d7、d8、d9、d10、d11、d12、
d13、电机m1和m2， l298n驱动芯片的ena引脚、enb引脚、in1引脚、in3引脚、in2引脚和in4引脚均与stc89c52rc单片机连接；l298n驱动芯片的out1引脚与二极管d6的正极、二极管d10的负极、电机m1的一端连接，l298n驱动芯片的out2引脚与二极管d7的正极、二极管d11的负极、电机m1的另一端连接；l298n驱动芯片的out3引脚与二极管d8的正极、二极管d12的负极、电机m2的一端连接，l298n驱动芯片的out4引脚与二极管d9的正极、二极管d13的负极、电机m2的另一端连接；二极管d6、二极管d7、二极管d8、二极管d9的负极均与外部电源的电源端相连接，二极管d10、二极管d11、二极管d12、二极管d13的正极均与外部电源的接地端相连接。

技术总结
本实用新型属于障碍物检测控制技术领域，解决了现有的障碍检测系统缺少检测模式选择和警戒值调节的功能，适用性较差的问题。提供了一种适用于地铁铺轨机车的障碍检测报警制动控制电路，包括单片机最小系统、按键控制模块、旋钮控制模块、超声波测距模块、激光测距模块、LED灯指示模块、蜂鸣器警示模块、电机控制模块；按键控制模块的输出端与单片机最小系统连接，旋钮控制模块的输出端与单片机最小系统连接，超声波测距模块、激光测距模块均与单片机最小系统连接；单片机最小系统的输出端分别与起指示作用的LED灯指示模块、起报警作用的蜂鸣器警示模块和起制动作用的电机控制模块连接。本系统可实现两种测距模式的选择和警戒值的调节。值的调节。值的调节。


技术研发人员：杨晓辉 周洪波 刘力 舒杰 兰春光 张汇星 程俊斌 任荣锋 闫冬雪 高坤 韩科举 肖求美 于文新 周躜波 高荔
受保护的技术使用者：中铁十二局集团第三工程有限公司
技术研发日：2022.08.09
技术公布日：2022/12/27