单片机铁路道口自动报警电路安全可靠性改进
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【摘 要】 针对单片机铁路道口报警设备存在的问题，改进控制电路，由单MCU改为双MCU，并增加了蓄电池电压监测电路，提高了设备安全可靠性。
铁路道口安全直接关系着过往群众的生命财产安全。近年来，随着列车运行速度不断加快、密度不断加大，道口安全形势日益严峻。如何提高道口报警设备的安全可靠性，确保在列车快要接近道口时提前告警，提示有人看守道口值守人员或者无人看守道口的行人、车辆注意，减少道通事故的发生，显得十分必要。
以单片机为系统控制核心的道口自动报警电路设备[1]，是用安装在钢轨内侧成对的传感器组成检测点，通过电缆将感应到的车轮信息传送到主机内，经过系统数字处理，开启相应的信号灯和报警音响，提醒过往车辆行人，减少事故的发生。但存在着以下隐患：一是单片MCU控制道口电路设备，一旦MCU出现故障，整个报警设备就无法正常工作，行车安全难以保证。二是在没有电源的地方，采用太阳能电池板供电，太阳能电池对蓄电池进行充电，再由蓄电池对道口设备进行供电。一旦蓄电池电压低或损害，报警设备也无法正常工作。因此，有必要对其电路进行改进。
1 单MCU改为双MCU
在通用微机中央处理器的基础上，将输入/输出（I/O）接口电路、时钟电路以及一定容量的存储器等部件集成在同一芯片上，再加上必要的器件，如晶体振荡器，就构成了一个较完整的计算机硬件系统。由于这类计算机系统的基本部件均集成在同一芯片内，因此被称为单片微控制器（Single-Chip-Micro Controller，简称单片机）或微控制单元（Micro Controller Unit，简称MCU）。
MCU的核心部件是大规模集成电路AT89S52，它是ATMEL公司AT89S系列中增强型产品，采用了ATMEL公司的技术领先的Flash存储器，是低功耗、高性能、采用CMOS工艺制造的8位单片机，它比AT89S51性能更先进，Flash程序存储器更大。其显著的特点是：具有自检功能、自动声光报警功能和故障报警功能。即开机后系统复位并进行自检，对所有传感器的状态（是否故障）、各指示灯及音响等进行测试检测。当任一方向（上行或下行）有车进来（列车通过传感器）时，系统会开启相应的上/下行指示灯和红/白灯。同时音箱装置用语音信号提示过往行人及车辆，不要在此时穿越道口。列车通过道口后，系统自动复位并检测是否有下一趟车进来。若系统中任何一个元器件受到干扰或者出现故障，系统会实时地发出报警，提醒工作人员检查排除故障，且开启红灯，禁止车辆行人通过道口。
由于MCU将微处理器、存储器、I/O接口电路和相应的时钟控制器件集成在一块芯片上，因此它具有抗干扰能力强、工作温度范围宽、可靠性高、功耗低等优点，适用于条件恶劣的场所[2]。
为提高设备安全可靠性，增加一个MCU模块B，使之变为双MCU独立并行工作模式，两个MCU电路A、B完全相同。这种情况下，即使一个MCU发生故障，另外一个MCU照样能正常工作，不会导致安全事故的发生。
2 增加蓄电池电压监测电路
由于蓄电池存在一定的寿命，当蓄电池的电压不能满足系统需求时，必须报警，提醒工作人员更换蓄电池，本电路就是基于这一需求设计。蓄电池电压监测电路如图1所示。电路中，LM393是由两个独立的、高精度电压比较器组成的集成电路，失调电压低，最大为2.0mV。它专为获得宽电压范围、单电源供电设计，也可以双电源供电；而且无论电源电压大小，电源消耗的电流都很低[3]。U2是可控制的光电耦合器件，具有隔离电路的作用。电源接单片机5V电源，SOURCELED所用的二极管负端接GNDCOM，正端接R6。
工作原理：稳压管D1为电压比较器LM393反相输入端2提供电压U-=3.0V。LM393正相输入端3口的电压U+=VDD×R3/（R3+R2）。当蓄电池正常工作时，U+>U-，此时1口输出为高电平，光耦截止，电源状态指示灯所用的二极管导通，灯亮指示电源正常工作。当蓄电池电压由于长时间工作或者老化时，电压下降，当下降到使U+
参考文献：
[1]何旭涛.单片机在铁路道口自动报警系统中的设计.大连：大连交通大学，2009.
[2]李飞，郑郁正，文斌等.单片机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2007：1-4.
[3]任致程.周中.电子电测数字仪表原理与应用指南.北京：中国电子出版社，2007：79.