无人值守火车道报警系统(附件)【字数：14456】
摘 要我国铁路网纵横加错，与道路交叉点也越来越多，近年来不断开辟新的线路，铁路系统也不断地提速，铁路道口交通安全面临严峻考验，特别是某些无人值守的火车道口。据调查无人值守火车道口频繁发生事故，造成人员伤亡、财产损失，给人民群众生命安全带来严重隐患，为此设计了一种由单片机控制的火车道自动报警系统来保障人民群众的生命和财产安全。本文设计了一种自动报警系统，对1km之内行进的火车进行探测和报警，考虑实际，现实建模中则对30cm之内行进的物体进行探测。采用STM32F103C8T6单片机，用红外避障传感器检测是否有火车经过，接收信号传送给单片机处理，用声、光进行报警，并在LED液晶屏上显示报警信息以警示通过道口的车辆和行人，保证火车顺利通过。此系统能大大减少人力，并能基本保障火车道口的安全问题，有一定的实际应用价值。由于系统处在外部环境中，因此系统的稳定性和抗干扰性显得尤为重要，这也是对火车顺利通过和行人车辆安全行进的重要保障。本设计对系统的抗干扰性进行讨论分析，并提出相应的措施。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状 2
1.3本文主要工作 3
第二章 系统总体设计 4
2.1系统需求分析 4
2.2系统组成部分 4
2.3系统实现的功能 5
第三章 系统硬件设计 6
3.1传感器选择 6
3.1.1工作原理及优缺点 6
3.1.2传感器参数说明 7
3.1.3传感器接口说明 8
3.2液晶屏概述 8
3.2.1引脚定义 9
3.2.2OLED液晶特点 9
3.3系统主电路设计 10
3.3.1主控芯片选型 10
3.3.2STM32F103C8T6单片机最小系统 11
3.3.3STM32的A/D转换模块 14
3.3.4舵机介绍 15
3.4硬件系统总结. ..15
第四章 系统软件设计 16
4.1软件设计的主要步骤 16
4.2系统软件总体设计 16
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2.1系统程序流程图 16
4.2.2传感器报警程序设计 17
4.2.3OLED液晶屏程序设计 18
4.2.4声光报警程序设计 19
4.2.5舵机升降程序 19
第五章 系统调试与测试 20
5.1程序的调试 20
5.1.1系统调试步骤 20
5.1.2系统调试方法 21
5.2硬件电路的测试 21
5.3系统模拟运行 . 22
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录.......................................27
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
近年来，随着我国经济的发展，我国铁路建设快速发展，取得了重大成就。据不完全统计：中国电气化总里程在54年突破5.1万公里，超越了原电气化铁路里程世界第一的俄罗斯，跃升为世界第一位。初步统计，2012年新开工电气化铁路约为1450公里，较上年上升了近80%。
现代交通包括铁路、公路、水路、航空和管道运输这五种，铁路运输较其他四种运输方式有很大的优势。一是运输能力强，运输速度快；二是运输成本较低，经济收益较高；三是受外界因素影响较小，运输安全系数高[1]。铁路运输是国民经济的大动脉，是一个庞大联动的系统，其中任何一个环节出现问题所引起的后果都是难以想象的，会对国民经济和人民生命财产安全带来巨大的损失。随着社会和经济的发展，开辟的铁路线路越来越多，列车的速度不断提升，与道路交叉口也越来越多，所以火车道口安全问题人们也越来越重视。
有很多铁路线路会途经农村地区或者穿过山区地区，那儿的地理环境比较复杂，防路伤装置不完善，甚至好多路口都处于无人值守的状态，这相对于城市而言是相当落后和危险的。很多铁路沿线居民不具备法律意识和安全意识，自我保护意识也不强，过路口时不认真瞭望，不听从铁路工作人员的劝阻强行穿越道口，尤其是居民驾驶的农用车，行动速度缓慢，穿越道口时往往来不及避让而发生惨烈事故。有些铁道口工作人员责任心不强，擅离职守，不认真履行自己的职责，在列车到来时不及时关闭护栏，也不打开广播提醒，往往也留下不少安全隐患，导致悲剧的发生[2]。预警技术落后，报警设备不齐全，道口工作人员管理力度不够，也没用护栏的保护，在我国绵延数千里的火车线路中，有相当多的道口没有天桥或地下道，这无疑给人民生命和财产安全埋下了相当多的定时炸弹。
现有的报警系统各式各样，但都存在一定的问题。相当多的火车道口都是采取人工报警的方式进行报警，在火车道口设置报警按钮，当火车到来时，点亮信号灯或者拉响警笛信号，提醒行人车辆火车来临，禁止通行。这种人工报警的方式显得有些繁琐，在值守人员稍加不注意的时候，甚至有可能发生误报，影响火车道口的正常秩序。随着铁路线路的不断增多，列车速度的不断提升，火车道口环境的复杂以及天气因素的多变，使得人工报警的难度大大增加。而在火车道口建造立交桥和天桥以及开挖隧道等措施造价昂贵且建造周期长，在部分农村和山区地区是不可能实现的，所以不适合推广使用[3]。
所以急需一种在无人值守的火车道口可以自动报警的装置，在火车快要到达路口时用声光发出报警以警示行人和车辆，并放下护栏阻止通行，火车经过后解除警报，给行人和车辆放行。这种装置能消除人工报警的不确定性并大大减少火车道口发生事故的可能性。系统要具有稳定性好、可靠性高、实时性强、成本低、操作简单和易于安装等优点，为铁道列车提供安全保障，保障周围居民生命和财产安全[4]。
1.2研究现状
我国人口众多，铁路线路纵横交错，地理环境也很复杂，尽管每年我国也大量投资改造道口，可安全形势仍不容乐观，道口安全水平与国外还有很大差距。
铁路道口是指铁路与道路在同一平面上相交，这种地方往往交通环境复杂，火车可以通过，行人和车辆也可以通过，一旦没有良好的秩序就会出现严重的事故。随着铁路列车运行速度的不断提高，铁路网越来越密集，与公路交叉点也越来越多，无人值守的火车道口也逐渐增多。这两种运输方式平面相交于特殊空间，潜在着很多不安全因素，近年来无人值守火车道口事故频发，给国家财产安全和人民生命财产安全带来巨大威胁[5]。除了地理环境的不确定性，外加道口附近居民安全意识薄弱，自我保护意识不强，这给道口安全工作带来很多麻烦。所以需要研发一种报警装置来保障无人值守火车道口地区居民的生命财产安全，火车道口安全问题任重而道远。可编程控制作为这几年兴起的一种控制方式，具有稳定性好、性价比高的特点[6]。
参考文献五中研究了一种由AT89S52单片机控制的火车道报警系统，从系统硬件设计、软件设计、抗干扰处理等方面做了阐述。选择了MLY9200系列振动传感器，用传统电路实现通讯，达到火车来临时自动报警的目标。系统能测出火车与道口之间的距离并在显示屏上实现动态显示，用声、光来警示火车道口附近的行人和车辆，实现自动报警的功能。该系统具有较好的电磁兼容性，能适应各种复杂环境和复杂天气，不需要外加电源，信号就可以传到有需要的地方，适合电气化以及非电气化的火车道口，而且价格便宜，易于安装和维护，性价比较高。但是该磁电式振动传感器活动部件容易损坏，低频响应不好，一般在10Hz以下就会产生较大的振幅和相位误差。系统中传统电路能耗高、速度慢、故障率高。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状 2
1.3本文主要工作 3
第二章 系统总体设计 4
2.1系统需求分析 4
2.2系统组成部分 4
2.3系统实现的功能 5
第三章 系统硬件设计 6
3.1传感器选择 6
3.1.1工作原理及优缺点 6
3.1.2传感器参数说明 7
3.1.3传感器接口说明 8
3.2液晶屏概述 8
3.2.1引脚定义 9
3.2.2OLED液晶特点 9
3.3系统主电路设计 10
3.3.1主控芯片选型 10
3.3.2STM32F103C8T6单片机最小系统 11
3.3.3STM32的A/D转换模块 14
3.3.4舵机介绍 15
3.4硬件系统总结. ..15
第四章 系统软件设计 16
4.1软件设计的主要步骤 16
4.2系统软件总体设计 16
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2.1系统程序流程图 16
4.2.2传感器报警程序设计 17
4.2.3OLED液晶屏程序设计 18
4.2.4声光报警程序设计 19
4.2.5舵机升降程序 19
第五章 系统调试与测试 20
5.1程序的调试 20
5.1.1系统调试步骤 20
5.1.2系统调试方法 21
5.2硬件电路的测试 21
5.3系统模拟运行 . 22
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录.......................................27
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
近年来，随着我国经济的发展，我国铁路建设快速发展，取得了重大成就。据不完全统计：中国电气化总里程在54年突破5.1万公里，超越了原电气化铁路里程世界第一的俄罗斯，跃升为世界第一位。初步统计，2012年新开工电气化铁路约为1450公里，较上年上升了近80%。
现代交通包括铁路、公路、水路、航空和管道运输这五种，铁路运输较其他四种运输方式有很大的优势。一是运输能力强，运输速度快；二是运输成本较低，经济收益较高；三是受外界因素影响较小，运输安全系数高[1]。铁路运输是国民经济的大动脉，是一个庞大联动的系统，其中任何一个环节出现问题所引起的后果都是难以想象的，会对国民经济和人民生命财产安全带来巨大的损失。随着社会和经济的发展，开辟的铁路线路越来越多，列车的速度不断提升，与道路交叉口也越来越多，所以火车道口安全问题人们也越来越重视。
有很多铁路线路会途经农村地区或者穿过山区地区，那儿的地理环境比较复杂，防路伤装置不完善，甚至好多路口都处于无人值守的状态，这相对于城市而言是相当落后和危险的。很多铁路沿线居民不具备法律意识和安全意识，自我保护意识也不强，过路口时不认真瞭望，不听从铁路工作人员的劝阻强行穿越道口，尤其是居民驾驶的农用车，行动速度缓慢，穿越道口时往往来不及避让而发生惨烈事故。有些铁道口工作人员责任心不强，擅离职守，不认真履行自己的职责，在列车到来时不及时关闭护栏，也不打开广播提醒，往往也留下不少安全隐患，导致悲剧的发生[2]。预警技术落后，报警设备不齐全，道口工作人员管理力度不够，也没用护栏的保护，在我国绵延数千里的火车线路中，有相当多的道口没有天桥或地下道，这无疑给人民生命和财产安全埋下了相当多的定时炸弹。
现有的报警系统各式各样，但都存在一定的问题。相当多的火车道口都是采取人工报警的方式进行报警，在火车道口设置报警按钮，当火车到来时，点亮信号灯或者拉响警笛信号，提醒行人车辆火车来临，禁止通行。这种人工报警的方式显得有些繁琐，在值守人员稍加不注意的时候，甚至有可能发生误报，影响火车道口的正常秩序。随着铁路线路的不断增多，列车速度的不断提升，火车道口环境的复杂以及天气因素的多变，使得人工报警的难度大大增加。而在火车道口建造立交桥和天桥以及开挖隧道等措施造价昂贵且建造周期长，在部分农村和山区地区是不可能实现的，所以不适合推广使用[3]。
所以急需一种在无人值守的火车道口可以自动报警的装置，在火车快要到达路口时用声光发出报警以警示行人和车辆，并放下护栏阻止通行，火车经过后解除警报，给行人和车辆放行。这种装置能消除人工报警的不确定性并大大减少火车道口发生事故的可能性。系统要具有稳定性好、可靠性高、实时性强、成本低、操作简单和易于安装等优点，为铁道列车提供安全保障，保障周围居民生命和财产安全[4]。
1.2研究现状
我国人口众多，铁路线路纵横交错，地理环境也很复杂，尽管每年我国也大量投资改造道口，可安全形势仍不容乐观，道口安全水平与国外还有很大差距。
铁路道口是指铁路与道路在同一平面上相交，这种地方往往交通环境复杂，火车可以通过，行人和车辆也可以通过，一旦没有良好的秩序就会出现严重的事故。随着铁路列车运行速度的不断提高，铁路网越来越密集，与公路交叉点也越来越多，无人值守的火车道口也逐渐增多。这两种运输方式平面相交于特殊空间，潜在着很多不安全因素，近年来无人值守火车道口事故频发，给国家财产安全和人民生命财产安全带来巨大威胁[5]。除了地理环境的不确定性，外加道口附近居民安全意识薄弱，自我保护意识不强，这给道口安全工作带来很多麻烦。所以需要研发一种报警装置来保障无人值守火车道口地区居民的生命财产安全，火车道口安全问题任重而道远。可编程控制作为这几年兴起的一种控制方式，具有稳定性好、性价比高的特点[6]。
参考文献五中研究了一种由AT89S52单片机控制的火车道报警系统，从系统硬件设计、软件设计、抗干扰处理等方面做了阐述。选择了MLY9200系列振动传感器，用传统电路实现通讯，达到火车来临时自动报警的目标。系统能测出火车与道口之间的距离并在显示屏上实现动态显示，用声、光来警示火车道口附近的行人和车辆，实现自动报警的功能。该系统具有较好的电磁兼容性，能适应各种复杂环境和复杂天气，不需要外加电源，信号就可以传到有需要的地方，适合电气化以及非电气化的火车道口，而且价格便宜，易于安装和维护，性价比较高。但是该磁电式振动传感器活动部件容易损坏，低频响应不好，一般在10Hz以下就会产生较大的振幅和相位误差。系统中传统电路能耗高、速度慢、故障率高。
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