矿用车门行程监测系统研究范文

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摘要：本系统用矿用车门开关传动轴带动编码器件滚轮滚动，利用编码器件将电信号转换成一串数字脉冲信号，将数字信号传给MCU处理，通过对脉冲信号的累计计算出矿用车开关门行程，监测就是针对代表矿用车门开关量的脉冲信号，实时监测车门开关行程，经过PCA中断程序和MCU主程序查询，对开关门计数脉冲进行实时记录，在全开、全关两种状态下用信号灯或报警装置提示车门开关极限状态，根据计数脉冲个数计算车门开关进程，实现对矿用车行程的实时监测、实时显示。

关键词：矿用车；STC12C5612AD单片机；编码器件；开关行程

随着国家对煤炭行业的调控力度不断增大，煤炭发展环境进一步改善，煤炭需求持续增长，铁路运输逐级成为煤炭运输的主要交通方式。地方煤矿往往因为技术和资金条件等限制，无法实现对车门关闭状态的科学检测，对人为因素破坏行为也缺乏有效应对措施，经常出现因车门关闭不严、中途打开等原因导致货物丢失的现象，给企业造成了巨大损失，影响了整体效益。本系统根据地方铁路运输实际条件，利用编码器件光电原理实现对矿用车行程的实时监测、实时显示，并在全开、全关两种状态下用信号灯和报警装置提示车门开关极限状态，从而强化对矿用车门开关行程的监测控制，实现提升货运安全系数的目的。

1开关行程监测原理

车门开闭行程监测，是系统的、实时的，当车门处于关门极限行程时将编码脉冲计数值清零，当转动开门罗盘时，通过蜗轮蜗杆传动将罗盘的转换为蜗杆转动，由蜗杆带动编码器转到，再利用光电原理，将车门行程的模拟量转变成数字脉冲，从而根据脉冲数多少计算出车门开关行程。

2硬件系统设计

2.1传动机构

转动开门罗盘，利用蜗杆涡轮将xz面上的转动转化为传动轴yz平面上的转动，利用固定装置使滚轮压紧传动轴，使传动轴产生垂直向下的压紧力和带动滚轮运动的摩擦力，滚轮运动通过接触产生摩擦力带动辊轴转动，辊轴通过连接轴带动编码盘转动，编码盘上带有分度光栅，将转动转化为光信号。

2.2控制系统控制系统

由一片单片机STC12C5612AD（U1）、编码器件、晶振、电容、电阻以、开关、报警器等组成。系统的核心是单片机STC12C5612AD,主要性能：一个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8~12倍，耐压范围3.5~5.5V，工作频率0~35MHz，256+512字节的片内RAM数据存储器，芯片内有EEPROM功能，4通道捕获/比较单元（PCA/PWM/CUU），6个16位定时器，兼容普通8051定时器T1和T0，4路PCA也是4个定时器，通用的I/O口，复位后为：准双向口/弱上拉，可设置成准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻和开漏四种模式，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA，通用全双工异步串行扣，具有外部高精度晶体/时钟和内部独立的波特率发生器。编码器件的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式装置，采用了光电扫描原理。读数系统是基于向分度编码盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。在编码盘的一端用一个二极管发光，经过透光镜垂直照射编码盘，在编码盘的另一边，通过表面覆盖着一层光栅的准直仪，把编码盘上的图像投射到光敏三极管表面上，该校准仪具有和光栅相同的窗口，光敏三极管的工作是将光变化转换成相应的电变化。为了降低外部光线干扰，本系统利用单片机PWM3功能使P2.4脚输出一定频率的方波脉冲，对发光二极管D1的驱动电流进行调制处理，使其发出调制光，使光敏三极管Q1导通，经过滤波、放大、整形电路产生幅值大于2.0V的交流电压信号。

2.3电路分析

本系统光电晶体管Q1是将用入射光照强度控制电流的光敏器件，利用发光二极管D1将单片机PWM模式下的调制信号转化为光信号，再用光信号驱动Q1导通，产生集电极电流CI，则有CI=EI，C1是耦合电容，作用是隔断后面集成运放电路与光敏电路之间的直流通路，它与R9配合组成有源高通滤波器，再通过一组一阶RC低通滤波，将调制波段频率信号输入LM258反向端。

3软件实现

3.1开关行程监测的实现过程将PCA0设置成下降沿捕获模式，单片机PWM3输出频率固定不变，经过调制后的电脉冲频率也是固定的，对模块的外部CEX0输入的跳变进行采样，当采样到有效跳变时，PCA硬件就将PCA计数器阵列寄存器（CH和CL）的值装载到模块的捕获寄存器（CCAP0L和CCAP0H），对每次捕获的（CCAP0L和CCAP0H）值进行比较，若值相同则为PWM3功能使P2.4脚输出方波脉冲经调制处理产生的脉冲跳变，为非有效跳变，若不同则为有效跳变，需要对脉冲数做加1处理。

3.2监测流程图本系统采用单片机内部时钟震荡器，T0为计数器，T1为定时器，模块3做PWM输出，PWM的输出频率由PCA输入时钟源决定，由于PWM的输出频率远大于编码器件产生的编码脉冲频率，所以用模块0做PCA下降沿捕获，对相邻下降沿的时间计数值进行采样，得出Δ[CH、CL]，再与PWM单周期时间计数值Y进行比较，大于Y的脉冲为有效计数脉冲，T0值加1。定时器1每次中断后，先同时关闭T0和T1将T0值保存后送X，再对T1赋相同值，然后开启T0、T1后中断返回。主函数中对X的值进行查询，当查询得到X等于maxc时，矿用车车门处于最大开门位置，对P2.5赋0，驱动报警器报警，当查询到X等于0时，矿用车车门处于车门关闭位置，对P2.6赋0，点亮关门指示LED灯。

4结束语

本系统用单片机PCA/PWM功能和内部定时器相结合，完成对矿用车车门开关行程位置的实时监测。本系统操作方式简单，设计成本低廉，能够实现实时监测，自动控制，为提升货运安全提供了有力保障。系统中单片机的5V电源是采用开关电源设计，光电传感器容易受外部条件的干扰，所以要采取必要的密封保护措施。本系统根据查询变量X与maxc的数值计算车门开关行程百分比，从而得到车门开关行程。

作者：丁文；宋士茂；寻广明；渐秀成 单位：枣庄矿业（集团）有限责任公司铁路运输处