专利名称：带机车信号语音提示的自动停车器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路机车车辆制动器的改进。
带机车信号语音提示的自动停车器是铁路机车三大件自动停车、无线列调、机车信号的组成部分。它是保障安全行车，提高运输效率的装备之一。该自动器与铁路现有的各种机车信号相结合，能产生相应的语音提示及实现在紧急情况下的自动停车。此外，该停车器还可用于记录排风停车的次数及告警次数。
目前，铁路机车车辆上使用的停车器中，电器元件一般采用晶体管、普通电阻、电容、可控硅等分离元件。因此，停车器的各种性能指标随温度、电压的漂移而变化。致使电压适应范围较窄一般为DC40～60V，温度适应范围也较窄一般为－25～＋45℃，且无语音提示、无自检功能。
本实用新型的目的是提供一种电压适应范围较广DC38～110V，温度适应范围也较广－40～＋70℃，有语音提示，有自检功能，稳定性和可靠性好的自动停车器。该停车器可实现列车在危险状况下的紧急制动，能排除司机人为的中途缓解。排风停车十秒钟后，能自动解锁，无需司机再次操纵解锁按钮。
以下结合附图对本实用新型详细描述如下
图1为带机车信号语音提示的自动停车器外观图图2为带机车信号语音提示的自动停车器的结构图图3为带机车信号语音提示的自动停车器的电路原理方框图图4为计算机控制部分电路图图5为掉电防护电路图图6为输入接口及自检电路图图7为数码显示电路图图8为放风控制电路图图9为语音及输出部分电路图
图10为语音功率放大电路图本实用新型由计算机控制主机板11、数码显示板43、电源板及接插件44、框架45和控制器盒50组成。
计算机控制主机板11上的核心是单片机20(80C31)，或CPU20。为保证单片机能稳定地工作，其电源由机车电源经二次稳压、隔离后供给。其工作时钟，由外接振荡器12提供。单片机的监控程序放在存贮器22中。为了在掉电后能保存相关信息，采用了掉电保持电路13。考虑到自动停车器上电复位及因故进入死循环而须自动复位的情况，设置了自动复位控制器23、上电及自动复位21和分频器14。当输入信号条件37或主、副司机按钮46、47发生状态变化时，通过输入接口器19，经光电耦合隔离器18后输入给单片机CPU20，经CPU20识别判断，并经译码器15后，输送到输出接口39。在此，可根据具体情况作以下几种选择第一种选择是从语音存贮器26中取数，送入语音合成器25中，在CPU20的控制下合成语音，入语音放大器27，再经滤波器29，语音隔离30，滤波、音放31，最后输入给音箱32，并发出相关语音。由于音放电路采用了双电源芯片，在语音合成部分又设置了一个音放逆变电源28，所以完全能够满足语音放大所需的双电源。第二种选择是，需要记录报警次数或放风停车次数时，从输出接口39中取出相关信息，经动态扫描器24、驱动器33后入数码显示器49，以显示相关数码。第三种选择是，如果经判断应执行放风停车，则相关信息由输出接口39，经排风控制光电耦合40，输送给排风驱动器41，直接控制电控阀9，决定是否排风。
此外，为了使自动停车器实现自检测，由CPU 20发出自检信号，经自检控制器16，到自检电路17，入光电耦合隔离器18后，再返回CPU20，以验证CPU收到的是否是刚发出的自检信号。若是自检信号，则表明电路工作正常。反之，就表明发生了故障，这是一个闭环系统。对排风控制部分，设置了一套独立的自检电路，即排风自检电路42，通过输入接口19，经光电耦合隔离器18后，返回CPU20。自检结果又通过CPU经输出接口进行控制。
控制器盒50由外壳1、前面板2、后面板3、底板4组成。在前面板2上，有熔断器5、19芯外接插座6、显示窗口9。在底板4与外壳1之间有减震器7和可折式提手8。在底板4上还有固定卡10，在后面板3上有加封帽5。
取下计算机控制器盒的外壳1后，能够看到计算机控制主机板11，62芯总线插座48、数码显示板43、电源板及接插件44和框架45。
下面将进一步介绍计算机控制部分中各主要组成部分的结构及其作用一、计算机控制部分1、计算机控制主机板计算机控制主机板11包括80C31单片机20、数据地址分离器51、程序存贮器22和振荡器12。数据地址分离器51能将计算机的低八位地址与数据分开，它是用时间划分的。
振荡器12由非门A、B组成晶体振荡器，非门C用于增大驱动能力。由上述三个非门产生12M的振荡波形。由于晶体振荡器的晶体振荡频率的稳定性非常好。可以达到10－6数量级。所以，在高、低温度化较大的情况下，其频率基本不变。因此，计算机的时控时间非常准确。虽然振荡器12能输出较好的波形，但它上升的前沿和下降的后沿不够陡，使占空比达不到50％。为此，在本实用新型中，采用了数据地址分离器51，进行分频处理后，再供给计算机CPU20，使振荡器12输出波形的占空比达到50％的TTL方波。从而为计算机控制部分在较高温度和较低温度，如－40～＋70℃条件下均能正常工作。
分频器14由两片中规模集成电路组成。一片为CMOS芯片，一片为TTL电路。由于TTL集成电路的响应频率较高，所以，在分频的前级，由上述两片集成电路组成的222分频器，其脉冲宽度为10ms。
上电复位电路由C2、R6和非门E组成，它靠C2R6的充电时间常数来满足上电复位。非门E和与门D组成与非门电路。上电复位时，C2R6和非门E起作用。正常工作时，自动复位电路起作用。
自动复位电路由非门D、F、R7、C3、D1和分频器14组成，该电路与单片机软件一起共同完成自动复位功能。当计算机正常工作时，从CPU20的P3·0口输出一个约500HZ的方波脉冲，去消除分频器14中尚未构成的Q14方波脉冲，以此来达到自动复位的目的。当计算机由于外界干扰出现问题时，计算机程序将不会按预定的方式运行。此时，P3·0口将没有清零脉冲输出。分频器14的Q14端将产生近似于350ms的方波脉冲，并推动计算机的RESET端复位。使计算机重新开始工作。
2、掉电保持电路本实用新型中有两个计数器一个用于记录报警次数，一个用于记录放风次数。由于在自动停车器中采用了80C31单片机，所以，能将两个记数器记录的信息贮存在CPU20的寄存器中。设置掉电保持电路13的目的在于当电源电压接近8CC31正常工作电压的低限时，立即通知CPU20进行内部操作，使其进入掉电保持状态。其工作过程如下R1、R2、R3、R4和W组成稳压电路，给NE555的2、6端提供基本不受电源波动影响的稳压电源。从NE555的内部功能可知，当V6≥ 2/3 Vcc时，V3的电位将从“1”转向“0”电平，而当V2≤ 1/3 Vcc时，V3电位将从“0”→“1”电平。根据这一原理，在本实用新型中，选择了V2＝ (R4)/(R3+R2+R4) VW＝ 1/3 Vcc V6＝ (R3+R4)/(R3+R4+R2) VW＝ 2/3 Vcc。在掉电时，由于NE555的2、6端发生电位变化，使其第3端发生电位跳变。CPU利用了这一特性，向80C31单片机发出中断信号，并对要保护的记录信息进行处理，使其进入微功耗的掉电防护状态，以备计算机上电时处理掉电前的信息。
3、输入接口及自检电路由于计算机使用的电平为TTL方波，而从外部进入计算机进行处理的信息电平很高，因此，需要进行电平转换，并且应与外界隔离。为此，在本实用新型中采用了光电耦合隔离器18进行光电隔离，并将该电平转化成TTL电平。与此同时，对计算机的输入口信息进行了自检测。当维修人员需要了解自动停车器的运行状况时，可用语音的形式告诉维修人员。其电路的工作过程如下当计算机工作时，CPU20每隔1S钟，即对接口部分进行一次自检测。当CPU20在PLO口处输出一个高电压脉冲，使T1饱和导通。这样，就能使三极管T3的基极b达到低电位，并使T3处于截止状态。此时，CPU20从三极管T3的发射集C点读入的电平为高电平。当CPU20的P1°1＝“0”电平。此时，T1截止，T2导通。ICT2＝IbT3，使T3饱和导通。这时，CPU20从C点读入的电平为低电平。CPU20还对所有的外接读入口进行检测，以确定其好坏。完成上述工作量约需1MS时间。当CPU20不检测时，P1’1＝“1”电平，P1’0＝“0”电平，并使T3的基极b进入高阻状态，以备D3的电流流过。通过光电耦合作用，改变C点的电位，供CPU20读取、判断、分析、报警。计算机的读口信息共有8条，其中，信号灯条件5条，按钮条件2条，检查放风继电器1条。
4、数码显示部分本实用新型中采用了电子记数方式，即数码管显示方式来记录列车的报警次数和放风停车次数。同时，还采用了动态扫描方法，使双三位半数码管分时导通，以达到动态扫描的目的。
当输出接口74LS273的双片七段数据准备好后，由74LS273的位脉冲通过三极管放大，直接驱动持续时间约2mS。这样，三位半的数码管的扫描周期约为8mS。每位显示时间约2mS，以此达到动态扫描的目的。
5、排风控制.
本实用新型中，对排风电路部分要求非常严格。因为它的好坏直接影响机车的正常运行。为此，它的控制电路部分采用了安全电路。采用了变压器隔离。当只有脉冲输出时，才能使放风继电器吸起，用其并联接点使放风阀动作，以达到制动的目的。由于放风阀是感性阻抗，对此，继电器的接点采用了高压阻容吸收回路，以防止继电器接点损坏。同时，对继电器的励磁线圈进行实时监测。本实用新型中采用了闭环反馈电路，可由计算机读测。当CPU20从74LS273输出一个约1mS的低脉冲时，三极管T1的集电极则输出一个高脉冲。此时，VMOS管T2将导通，L1线圈上的电压为上正下负，变压器次级L2上的电压输出亦为上正下负。产生的IDT3电流通过三极管T3返馈给计算机供其检查，并为语音报警提供依据，其检查周期约为1S。
二、语音电路及输出部分语音是用于提醒列车上的乘务员注意列车安全的一种装置。因机车振动较大，车内温差也较大，灰尘又多，所以，要求语音装置能在各种恶劣条件下均能正常工作是本实用新型的目的之一。在本实用新型中，将语音信号通过A／D转换器变成数字信号进行存贮。芯片采用ADM编码。对语音信号的采集应满足采样定理，即f采≥2f语。通常，语音信号频率范围为200～4000HZ，所以，对其采集不能小于8K／S，本实用新型中采用了32Kbit／S，它是语音信号的最高频率的8倍。所以，能够比较清晰地还原语音信号。
1、语音合成计算机根据处理结果，将输出不同的语音提示。这样，将27512合成八个语音段。分别由74LS273控制。与此同时，用P1.4监测UM5100的输出情况，以便使P1.7结束其语音输出。UM5100的D／A转换器是电流输出型。它利用R2、R3、R4、R5组成的差分电路，将其变成电压输出型。最后，通过变压器隔离后，送给功率放大器的输入端。由于LM324采用双电源工作，为此，由C5、D1、C6、D2组成的电路给LM324提供负电源。
2、语音放大本实用新型中采用了双通道功率放大芯片后，该芯片与两个喇叭构成了桥式功率放大器。它的优点是控制喇叭的三条线路中，其中任一条线路断开，或任一个喇叭短路，均不会影响语音的输出。这是因为有隔直电容C8和C8在起作用。为了减小语音失真，采用了由C6、C7构成的自举电路。
电源为开关型。采用串联开口输入式。其输入电源允许有较大波动。Vin＝38～110V。其稳压输出为17±0.5V。该电源为功率放大器的电源。同时也为逆变器提供电源。电源入口处采用了继电保护电路。为了给CPU20提供可靠的稳压电源，在一次稳压后，又经隔离逆变器进行了二次稳压。
实施例CPU选用80C31单片机，VMOS电路选用BU2357，TT采用74系列中的74LS273，CMOS采用4000系列中的CD4020，语音芯片选用UM5100，功率放大器选用HA1377，显示器选用TTLGZ1101G，光电耦合选用TIL117。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、有机车语音提示。
2、电压适应范围广。
3、温度适应范围宽。
4、有自检功能。
5、防震性能好。
6、因采用了数码管显示，不用照明就能显示清晰。
7、排风停车十秒钟后能自动复位。
8、喇叭采用了桥式电路联接方式，两个喇叭中任一个发生故障，如断路或短路，仍能发音。
9、自动停车器性能稳定、可靠性好。
10、重量轻。
权利要求1.一种由晶体管、电阻、电容组成的电路板，可控硅，继电器，电磁式机械记数器和外壳组成的停车器，其特征在于带机车信号语音提示的自动停车器由计算机控制主机板、数码显示板、电源板及接插件、框架和控制器盒组成；计算机控制主机板上有单片机CPU，单片机CPU的电源由机车电源经二次稳压、隔离后供给，其工作时钟，由外接振荡器提供，单片机的监控程序放在存贮器中，为了在掉电后能保存相关信息，采用了掉电保护电路；考虑到自动停车器上电复位及因故进入死循环而须自动复位的情况，设置了自动复位控制器、上电及自动复位和分频器；当输入信号条件或主、副司机按钮发生状态变化时，通过输入接口器，经光电耦合隔离器后，输入给CPU，经CPU识别判断，并经译码器后，输送到输出接口；在此，可根据具体情况作出以下三种选择其一是从语音存贮器中取数，送入语音合成器中，在CPU控制下合成语音，入语音放大器再经滤波器、语音隔离、滤波、音放、最后输送给音箱，并发出相关语言；在语音合成部分设置了一个音放逆变电源，以满足语音放大所需的双电源；其二是为记录报警次数和放风停车次数，从输出接口中取出相关信息，经动态扫描器、驱动器后，入数码显示器显示相关数码，其三是为执行排风停车指令，其相关信息由输出接口，经排风控制光电耦合，输送给排风驱动器，直接控制电控阀，以决定是否排风；为使自动停车器实现自检测，由CPU发出自检信号，经自检控制器到自检电路，入光电耦合隔离器后，再返回CPU，以验证CPU收到的是否是刚发出的自检信号；这是一个闭环系统；排风控制部分设置了排风自检电路，通过输入接口，经光电耦合隔离器后，返回CPU，自检结果则通过CPU经输出接口进行控制；计算机控制主机板、62芯总线插座、数码显示板、电源板及接插件和框架均在控制器盒内。
2.根据权利要求1所述的带机车信号语音提示的自动停车器，其特征在于控制器盒由外壳、前面板、后面板、底板组成；在前面板上有熔断器、19芯外接插座、显示窗口、在底板与外壳之间有减震器和可折式提手，在底板上还有固定卡，在后面板上有加封帽。
专利摘要一种由计算机控制主机板、数码显示板、电源极及接插件和框架组成的带机车信号语音提示的自动停车器。该自动停车器与铁路现有的各种机车信号相结合，能产生相应的语音提示及实现在紧急情况下的自动停车。此外，该停车器还可用于记录排风停车的次数及告警次数。电压和温度适应范围广，具有自检功能，防震性能好，性能稳定，可靠性好。排风停车后十秒钟即能自动解锁。数码管显示清晰。
文档编号B61H13/00GK2098418SQ91224349
公开日1992年3月11日 申请日期1991年9月10日 优先权日1991年9月10日
发明者陈云杰, 兰献彬, 马坤山, 吕滨康, 胡增臣, 姜英仁 申请人:哈尔滨铁路局工业处科学技术研究所