专利名称：机车安全监控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安全监控装置，尤其是涉及一种基于机车速度检测具有警惕和换向保护功能的机车安全监控装置背景技术：
随着科学技术的发展，大量的技术含量高，内部结构复杂的电力电子装置在铁路机车得到广泛的应用，同时由于机车的运行速度越来越快，因而对机车司机提出了更高的要求，要求司机严格执行操作规程，即使这样，还会发生一些意外的事故，以往的机车监控装置功能单一，不同时具备警惕保护和换向保护功能，无法防止因司机的误操作而导致的机车故障。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种机车安全监控装置，其同时具备警惕保护和换向保护功能，进一步提高了机车运行的可靠性，大大降低了人为故障率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种机车安全监控装置，其特殊之处在于包括控制单元，输入信号转换单元通过输入信号缓冲单元与控制单元连接，输出信号单元与控制单元连接。
上述控制单元包括单片机N8，单片机N8的外部电路包括复位电路和振荡电路，所述振荡电路包括无源晶振G和电容C14、电容C15，无源晶振G的两端分别与单片机N8连接，电容C14、电容C15的一端分别与无源晶振G相接，另一端接地，复位电路中的集成电路N9正向串接二极管VD13，并与单片机N8的复位端连接。
上述输入信号转换单元包括速度传感器传来的脉冲信号以及解锁、应答、前向、后向信号的输入转换电路，脉冲信号通过限流电阻R25后接光藕隔离器N5的1脚，光藕隔离器N5的2脚并与脉冲信号的负极连接，在脉冲信号与光藕隔离器N5之间并接滤波电容C13，光藕隔离器N5的3脚通过电阻分出两路，一路通过电阻R27输入转换信号I5，另一路通过电阻R26接地，光藕隔离器N5的4脚接+5V，解锁、应答、前向、后向信号的输入转换电路为相同的电路。
上述解锁信号的输入转换电路包括电阻R1，解锁信号通过电阻R1后，正向串接二极管VD1，再接电阻R5，然后反接稳压管V5，接于光藕隔离器N1的1脚上，光藕隔离器N1的2脚并与解锁信号的负端连接，同时在二极管VD1的负端与解锁信号负间并接电容C1，稳压管V5的负端与解锁信号负间并接电阻R9和电容C2，光藕隔离器N1的4脚通过电阻分出两路，一路接地，另一路输入转换后的信号I1，在输入信号I1与地间并接滤波电容C9，所述应答、前向、后向信号通过相同的输入转换电路分别输入I2、I3、I4。
上述输入信号缓冲单元包括反向缓冲器N6和同向缓冲器N7，反向缓冲器N6一端与输入信号转换单元生成的输入信号相接，同向缓冲器N7的一端与反向缓冲器N6连接，另一端与单片机N8连接。
上述输出信号单元包括缓冲器N10和驱动部分，缓冲器N10分别与单片机N8和驱动部分连接，缓冲器N10发出的输出信号接相同的驱动电路，驱动电路包括VMOS管，VMOS管的基极与输出信号相接，发射极接地，集电极分为两路，一路反接发光二极管并与+5V连接，另一路接固态继电器。
上述电源部分包括机车提供的110V电源，在110V正负间接压敏电阻RV，再接电解电容器C16，电解电容器C16的正负端分别接在电源模块N11和电源模块N12的一端，电源模块N11和电源模块N12的另一端分别接电解电容器C17和电解电容器C18，同时在电源模块N11和电源模块N12上分别并接滤波电容器C19和滤波电容器C20，并在电源模块N11上串接扼流圈L1。
本发明对照现有技术，其优点为本发明安装在机车电气控制柜中，在机车行驶过程中，一方面定时提醒司机，使其在工作过程中精力集中，当出现意外情况使司机无法继续操作时自动停机；另一方面对机车换向功能进行可靠保护，保证司机换向时操作的正确性，防止出现因司机的误操作而导致的机车故障。本发明进一步提高了机车运行的可靠性，大大降低了人为故障率。
四
图1为本发明的电路原理图；图2为本发明的对外接线图；图3为本发明中主程序流程图图4为本发明中定时器T1中断程序流程图。
五具体实施例方式本发明主要是为了解决当前由于机车司机违反操作规程或行驶中注意力不集中而导致一些不必要的事故发生的问题。实现方法主要是把前向信号、后向信号、应答信号、解锁信号以及速度信号等五种输入信号通过隔离电路处理后，进行逻辑分析和计算，分别输出相应的报警信号、机车卸载信号、机车停车信号，当机车运行出现意外情况或出现司机违规操作时，使机车卸载同时放风制动，从而保证了机车的安全行驶。参见图1，本发明包括电源部分和控制单元，输入信号转换单元通过输入信号缓冲单元与控制单元连接，输出信号单元与控制单元连接。
1、电源部分包括机车提供的110V电源，110V+，110V-之间先接压敏电阻RV，再接电解电容C16，电解电容C16正端接110V+，负端接110V-，电解电容器C16的正负端分别接在电源模块N11、N12的1、2脚；电源模块N11、N12的4脚均悬空，电源模块N11、N12的3脚分别接电解电容器C17、C18的正极，5脚分别接电解电容器C17、C18的负极，同时再在N11、N12的3脚和5脚间分别并接滤波电容器C19、C20，这样N12的3和5脚通过滤波电容后就输出12V的直流电源，为外部的DF-16速度传感器提供工作电源，电源模块N11的3和5脚串接扼流圈L1后输出稳定的5V直流电源，给装置中集成电路提供工作电源。
2、输入信号转换单元其中解锁、应答、前向、后向信号的输入转换具有相同的电路，在此只详细的介绍解锁信号的输入转换。110V的解锁信号通过电阻R1后，正向串接二极管VD1，再接电阻R5，而后反接稳压管V5，接于光藕隔离器N1的1脚，光藕隔离器N1的2脚接110V的负端，同时在二极管VD1的负端与110V负间并接电容C1，稳压管V5的负端与110V负间并接电阻R9、电容C2，光藕隔离器N1的3脚悬空，5脚接+5V(解锁信号转换时通过面板上的按钮开关K5接+5V)，4脚和6脚问串接电阻R13，电阻R13与6脚连接的一端分为两路，一路通过电阻R17接地，另一路通过电阻R21输入转换后的信号I1，在输入信号I1与地间并接滤波电容C9。110v应答、前向、后向信号通过相同的输入转换电路输入I2、I3、I4。速度传感器传来的12V脉冲信号，通过限流电阻R25后接光藕隔离器N5的1脚，2脚接12V负，在1脚和2脚间并接滤波电容C13，5脚接+5V，4脚分为两路，一路通过电阻R27输入信号I5，另一路通过电阻R26接地。通过信号输入转换电路生成输入信号I1、I2、I3、I4、I5。3、输入信号缓冲单元输入信号缓冲部分由74HC14反向缓冲器N6和74HC244同向缓冲器N7组成。输入信号I1、I2、I3、I4、I5分别接反向缓冲器N6的1、3、5、7、9、11脚，7脚接地，14脚接+5V，13脚接N7的12脚，2、4、6、8｀10、12脚分别接同向缓冲器N7的2、4、6、8、11、13脚，3、5、15、17脚悬空，1、19、10脚接地，20脚接+5V，18、16、14、12、9、7脚分别输出信号M1、M2、M3、M4、M5、M6。
4、控制单元控制部分的核心是AT89C52单片机N8，ATC89C52单片机N8外部电路主要有复位电路和振荡电路。振荡电路由无源晶振G(AQL-24MHZ)和电容C14、C15组成，晶振的两端分别接单片机N8的18、19脚，电容C14、C15的一端与晶振G相接，另一端接地。复位电路中集成电路N9(IMP813L)的1、8脚间正向串接二极管VD13，2脚接+5V，3脚接地，4脚通过电阻R39接+5V，5脚悬空，6脚接单片机N8的4脚，7脚接单片机N8的复位端9脚。单片机N8的1、2、3、5、15、16、17、10、11、29、30、25、26、27、28、32、33、34、35、36、37、38、39均悬空，4脚接集成电路N9的6脚，6、7、8、13、14、12分别接信号M1、M2、M3、M4、M5、M6，9脚接集成电路N9的7脚，单片机N8的18、19脚接晶振G的两端，31脚通过电阻R40接+5V，40脚接+5V，20脚接地，21、22、23、24脚分别输出信号O1、O2、O3、O4。AT89C52单片机通过内部的软件程序进行控制，具有操作简单，又便于功能的调整，更有助于产品的保护。
5、输出信号单元信号输出部分主要由缓冲器N10(74HC240)和驱动两部分组成。缓冲器N10的3、5、7、9、11、13、15、17脚悬空，1、10、19脚接地，20脚接+5V，2、4、6、8分别接信号O1、O2、O3、O4，脚12、14、16、18输出信号接相同的驱动电路，在此只详细介绍18脚的输出信号驱动，18脚输出分为两路，一路通过电阻R41接地，另一路串接电阻R28后接VMOS管V1(IRF840)的基极，发射极接地，集电极分为两路，一路反接发光二极管HL1后，串接一电阻R32后接+5V，另一路接固态继电器K1的2脚，固态继电器K1的1脚通过电阻R33接+5V，固态继电器K1的3、4端接二极管VD5，且3端接VD5的正极，固态继电器K1的3端正向串接二极管VD6后作为负端，固态继电器K1的4端作为正端与外部相连接。在驱动部分加有发光二极管，便于模拟调试时各路驱动信号是否正常和执行的动作是否正确；输出信号通过光藕式的固态继电器与外部相连，起到强电与弱电隔离的作用。
参见图3、图4，安全监控装置主要功能是警惕和换向保护，其功能的实现是通过对DF-16速度传感器送来的脉冲信号检测并定时计数，根据定时计数值来确定是否进入警惕功能或换向保护功能。警惕功能是在不同时间，根据不同的外部响应来完成不同的动作；换向保护功能是通过对机车运行状态位的检测，根据其检测值确定是否执行一系列保护动作。为了实现其功能，并考虑其经济成本，故采用具有T0，T1，T2三个定时/计数方式，且T2定时器计数溢出时能自动装载功能的80C52单片机，为了程序易读及便于修改，因而采用最基础的编程方式即汇编语言实现其功能。
参见图2，实际使用时，将电连接器插头按附图2中的说明连接，1、2接DC110V正端，8接速度传感器的脉冲输出端，10、11接指示灯，12、13接蜂鸣器，15、16接机车停机阀，17、18接机车卸载，19、20接110V负端，4、5、6、7通过外部安全开关分别接解锁、应答、前向、后向信号。其中转速传感器用信号源替代，输出幅值为10V、占空比为50％矩形波。在信号源脉冲频率大于120Hz(对应机车的速度大于6krn/h)条件下，先让司机应答信号持续断开60s，这时报警指示灯HL1亮，再让司机应答信号持续断开6s，这时机车加载指示灯HL3熄灭，接着再让司机应笞信号持续断开2s，这时机车停车保护指示灯HL2亮，此时报警指示灯HL1和停车保护指示灯HL2都亮，机车处于锁定，此前68s内任意时刻接通司机应答信号则系统复位。同理先让司机应答信号持续接通60s，这时报警指示灯HL1亮，再让司机应答信号持续接通6s，这时机车加载指示灯HL3熄灭，接着再让司机应答信号持续接通2s，这时机车停车保护指示灯HL2亮，此时报警指示灯HL1和停车保护指示灯HL2都亮，机车处于锁定，此前68s内任意时刻断开司机应答信号则系统复位。机车锁定后可在机车调速手柄回零位情况下，通过面板上的复位开关进行复位。在信号源脉冲频率小于120Hz(对应机车速度小于6km/h)时警惕功能不起作用。在信号源脉冲频率大于12Hz(对应机车速度大于0.5km/h)，本装置对机车换向保护。此时若机车换向手柄从前向工况位(或后向工况位)退回停车位或者相反工况位，机车机载指示灯HL3熄灭，同时机车报警指示灯HL1亮，机车处于锁定，机车锁定后可将换向手柄恢复到原来的方向位置后，或可在机车调速手柄和方向手柄回零位的情况下，通过面板上的复位开关进行复位。
本发明具有警惕功能和机车换向保护功能，下面对其功能作进一步详细的描述1、警惕功能当机车处于运行状态时，机车运行速度超过6km/h后开始对司机应答信号进行监控，若司机应答信号断开60s后不接通，则输出报警信号驱动蜂鸣器鸣叫，6s以后仍不接通则输出机车卸载信号，切断励磁使机车卸载，再延迟2s仍不接通则输出机车停车控制信号，驱动制动系统动作使机车停车。同样若司机应答信号接通60s后不断开，则输出报警信号驱动蜂鸣器鸣叫，6s以后仍不关断则输出机车卸载信号，切断励磁使机车卸载；再延迟2s仍不关断则输出机车停车控制信号，驱动制动系统动作使机车停车。当机车处于测试状态时，机车速度为零，将调速手柄置于0位，按一下该装置上的复位按钮，机车警惕保护装置进入功能测试状态，开始对司机应答信号进行监控，若司机应答信号断开60s后不接通，则输出报警信号驱动蜂鸣器鸣叫，6s以后仍不接通则输出机车卸载信号，切断励磁使机车卸载；再延迟2s仍不接通则输出机车停车控制信号，驱动制动系统动作。同样若司机应答信号接通68s内不断开，会发生同样的现象。
2、机车换向保护功能当机车处于运行状态时，机车换向时，若机车速度大于0.5km/h，则输出机车卸载控制信号，切断励磁使机车卸载，同时输出报警信号驱动蜂鸣器鸣叫，直到机车速度为零。当机车处于测试状态时，当机车速度为零时，将调速手柄置于0位，按一下该装置上的复位按钮，机车安全监控装置进入功能测试状态，开始对换向动作进行监控，此时改变换向手柄的工作方向为相反状态时，则装置输出机车卸载控制信号，切断励磁使机车卸载，同时输出报警信号驱动蜂鸣器鸣叫，直到安全监控装置复位。
本发明的对外接口采用20芯的航空插头，以便于对外连接。本发明采用单片机进行数字化控制，既方便简捷，又便于保密。本发明为了能使该装置能够在电磁环境中正常工作，一方面采用金属外壳屏蔽和滤波以降低该装置对其它装置的影响，另一方面在装置内部电路的设计方面，采用大面积铺地进行隔离，并将模拟地与数字地隔开，滤波、光电隔离、接地等硬件抗干扰技术来抑制外部干扰源的影响，达到了较好的抗干扰效果，保证了安全监控装置正常工作。
权利要求
1.一种机车安全监控装置，其特征在于包括控制单元，输入信号转换单元通过输入信号缓冲单元与控制单元连接，输出信号单元与控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的机车安全监控装置，其特征在于所述控制单元包括单片机N8，单片机N8的外部电路包括复位电路和振荡电路，所述振荡电路包括无源晶振G和电容C14、电容C15，无源晶振G的两端分别与单片机N8连接，电容C14、电容C15的一端分别与无源晶振G相接，另一端接地，复位电路中的集成电路N9正向串接二极管VD13，并与单片机N8的复位端连接。
3.根据权利要求1或2所述的机车安全监控装置，其特征在于所述输入信号转换单元包括速度传感器传来的脉冲信号以及解锁、应答、前向、后向信号的输入转换电路，脉冲信号通过限流电阻R25后接光藕隔离器N5，光藕隔离器N5并与脉冲信号的负极连接，在脉冲信号与光藕隔离器N5之间并接滤波电容C13，光藕隔离器N5通过电阻分出两路，一路通过电阻R27输入转换信号I5，另一路通过电阻R26接地，解锁、应答、前向、后向信号的输入转换电路为相同的电路。
4.根据权利要求3所述的机车安全监控装置，其特征在于所述解锁信号的输入转换电路包括电阻R1，解锁信号通过电阻R1后，正向串接二极管VD1，再接电阻R5，然后反接稳压管V5，接于光藕隔离器N1上，光藕隔离器N1并与解锁信号的负端连接，同时在二极管VD1的负端与解锁信号负间并接电容C1，稳压管V5的负端与解锁信号负间并接电阻R9和电容C2，光藕隔离器N1通过电阻分出两路，一路接地，另一路输入转换后的信号I1，在输入信号I1与地间并接滤波电容C9，所述应答、前向、后向信号通过相同的输入转换电路分别输入I2、I3、I4。
5.根据权利要求4所述的机车安全监控装置，其特征在于所述输入信号缓冲单元包括反向缓冲器N6和同向缓冲器N7，反向缓冲器N6一端与输入信号转换单元生成的输入信号相接，同向缓冲器N7的一端与反向缓冲器N6连接，另一端与单片机N8连接。
6.根据权利要求5所述的机车安全监控装置，其特征在于所述输出信号单元包括缓冲器N10和驱动部分，缓冲器N10分别与单片机N8和驱动部分连接，缓冲器N10发出的输出信号接相同的驱动电路，驱动电路包括VMOS管，VMOS管的基极与输出信号相接，发射极接地，集电极分为两路，一路反接发光二极管并与+5V连接，另一路接固态继电器。
7.根据权利要求6所述的机车安全监控装置，其特征在于包括电源部分，电源部分包括机车提供的110V电源，在110V正负间接压敏电阻RV，再接电解电容器C16，电解电容器C16的正负端分别接在电源模块N11和电源模块N12的一端，电源模块N11和电源模块N12的另一端分别接电解电容器C17和电解电容器C18，同时在电源模块N11和电源模块N12上分别并接滤波电容器C19和滤波电容器C20，并在电源模块N11上串接扼流圈L1。
全文摘要
本发明涉及一种机车安全监控装置，其同时具备警惕保护和换向保护功能，进一步提高了机车运行的可靠性，大大降低了人为故障率。本发明包括控制单元，输入信号转换单元通过输入信号缓冲单元与控制单元连接，输出信号单元与控制单元连接。所述控制单元包括单片机N8，单片机N8的外部电路包括复位电路和振荡电路，所述振荡电路包括无源晶振G和电容C14、电容C15，无源晶振G的两端分别与单片机N8连接，电容C14、电容C15的一端分别与无源晶振G相接，另一端接地，复位电路中的集成电路N9正向串接二极管VD13，并与单片机N8的复位端连接。
文档编号B61L23/00GK1467120SQ0211467
公开日2004年1月14日 申请日期2002年7月11日 优先权日2002年7月11日
发明者李国锋, 陈宏 , 高锦慧 申请人:永济电机厂