帶機車信號語音提示的自動停車器的製作方法

2023-09-17 17:04:40 1

專利名稱：帶機車信號語音提示的自動停車器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及鐵路機車車輛制動器的改進。
帶機車信號語音提示的自動停車器是鐵路機車三大件自動停車、無線列調、機車信號的組成部分。它是保障安全行車，提高運輸效率的裝備之一。該自動器與鐵路現有的各種機車信號相結合，能產生相應的語音提示及實現在緊急情況下的自動停車。此外，該停車器還可用於記錄排風停車的次數及告警次數。
目前，鐵路機車車輛上使用的停車器中，電器元件一般採用電晶體、普通電阻、電容、可控矽等分離元件。因此，停車器的各種性能指標隨溫度、電壓的漂移而變化。致使電壓適應範圍較窄一般為DC40～60V，溫度適應範圍也較窄一般為－25～＋45℃，且無語音提示、無自檢功能。
本實用新型的目的是提供一種電壓適應範圍較廣DC38～110V，溫度適應範圍也較廣－40～＋70℃，有語音提示，有自檢功能，穩定性和可靠性好的自動停車器。該停車器可實現列車在危險狀況下的緊急制動，能排除司機人為的中途緩解。排風停車十秒鐘後，能自動解鎖，無需司機再次操縱解鎖按鈕。
以下結合附圖對本實用新型詳細描述如下


圖1為帶機車信號語音提示的自動停車器外觀圖圖2為帶機車信號語音提示的自動停車器的結構圖圖3為帶機車信號語音提示的自動停車器的電路原理方框圖圖4為計算機控制部分電路圖圖5為掉電防護電路圖圖6為輸入接口及自檢電路圖圖7為數碼顯示電路圖圖8為放風控制電路圖圖9為語音及輸出部分電路圖
圖10為語音功率放大電路圖本實用新型由計算機控制主機板11、數碼顯示板43、電源板及接插件44、框架45和控制器盒50組成。
計算機控制主機板11上的核心是單片機20(80C31)，或CPU20。為保證單片機能穩定地工作，其電源由機車電源經二次穩壓、隔離後供給。其工作時鐘，由外接振蕩器12提供。單片機的監控程序放在存貯器22中。為了在掉電後能保存相關信息，採用了掉電保持電路13。考慮到自動停車器上電復位及因故進入死循環而須自動復位的情況，設置了自動復位控制器23、上電及自動復位21和分頻器14。當輸入信號條件37或主、副司機按鈕46、47發生狀態變化時，通過輸入接口器19，經光電耦合隔離器18後輸入給單片機CPU20，經CPU20識別判斷，並經解碼器15後，輸送到輸出接口39。在此，可根據具體情況作以下幾種選擇第一種選擇是從語音存貯器26中取數，送入語音合成器25中，在CPU20的控制下合成語音，入語音放大器27，再經濾波器29，語音隔離30，濾波、音放31，最後輸入給音箱32，並發出相關語音。由於音放電路採用了雙電源晶片，在語音合成部分又設置了一個音放逆變電源28，所以完全能夠滿足語音放大所需的雙電源。第二種選擇是，需要記錄報警次數或放風停車次數時，從輸出接口39中取出相關信息，經動態掃描器24、驅動器33後入數碼顯示器49，以顯示相關數碼。第三種選擇是，如果經判斷應執行放風停車，則相關信息由輸出接口39，經排風控制光電耦合40，輸送給排風驅動器41，直接控制電控閥9，決定是否排風。
此外，為了使自動停車器實現自檢測，由CPU 20發出自檢信號，經自檢控制器16，到自檢電路17，入光電耦合隔離器18後，再返回CPU20，以驗證CPU收到的是否是剛發出的自檢信號。若是自檢信號，則表明電路工作正常。反之，就表明發生了故障，這是一個閉環系統。對排風控制部分，設置了一套獨立的自檢電路，即排風自檢電路42，通過輸入接口19，經光電耦合隔離器18後，返回CPU20。自檢結果又通過CPU經輸出接口進行控制。
控制器盒50由外殼1、前面板2、後面板3、底板4組成。在前面板2上，有熔斷器5、19芯外接插座6、顯示窗口9。在底板4與外殼1之間有減震器7和可折式提手8。在底板4上還有固定卡10，在後面板3上有加封帽5。
取下計算機控制器盒的外殼1後，能夠看到計算機控制主機板11，62芯總線插座48、數碼顯示板43、電源板及接插件44和框架45。
下面將進一步介紹計算機控制部分中各主要組成部分的結構及其作用一、計算機控制部分1、計算機控制主機板計算機控制主機板11包括80C31單片機20、數據地址分離器51、程序存貯器22和振蕩器12。數據地址分離器51能將計算機的低八位地址與數據分開，它是用時間劃分的。
振蕩器12由非門A、B組成晶體振蕩器，非門C用於增大驅動能力。由上述三個非門產生12M的振蕩波形。由於晶體振蕩器的晶體振蕩頻率的穩定性非常好。可以達到10－6數量級。所以，在高、低溫度化較大的情況下，其頻率基本不變。因此，計算機的時控時間非常準確。雖然振蕩器12能輸出較好的波形，但它上升的前沿和下降的後沿不夠陡，使佔空比達不到50％。為此，在本實用新型中，採用了數據地址分離器51，進行分頻處理後，再供給計算機CPU20，使振蕩器12輸出波形的佔空比達到50％的TTL方波。從而為計算機控制部分在較高溫度和較低溫度，如－40～＋70℃條件下均能正常工作。
分頻器14由兩片中規模集成電路組成。一片為CMOS晶片，一片為TTL電路。由於TTL集成電路的響應頻率較高，所以，在分頻的前級，由上述兩片集成電路組成的222分頻器，其脈衝寬度為10ms。
上電復位電路由C2、R6和非門E組成，它靠C2R6的充電時間常數來滿足上電復位。非門E和與門D組成與非門電路。上電復位時，C2R6和非門E起作用。正常工作時，自動復位電路起作用。
自動復位電路由非門D、F、R7、C3、D1和分頻器14組成，該電路與單片機軟體一起共同完成自動復位功能。當計算機正常工作時，從CPU20的P3·0口輸出一個約500HZ的方波脈衝，去消除分頻器14中尚未構成的Q14方波脈衝，以此來達到自動復位的目的。當計算機由於外界幹擾出現問題時，電腦程式將不會按預定的方式運行。此時，P3·0口將沒有清零脈衝輸出。分頻器14的Q14端將產生近似於350ms的方波脈衝，並推動計算機的RESET端復位。使計算機重新開始工作。
2、掉電保持電路本實用新型中有兩個計數器一個用於記錄報警次數，一個用於記錄放風次數。由於在自動停車器中採用了80C31單片機，所以，能將兩個記數器記錄的信息貯存在CPU20的寄存器中。設置掉電保持電路13的目的在於當電源電壓接近8CC31正常工作電壓的低限時，立即通知CPU20進行內部操作，使其進入掉電保持狀態。其工作過程如下R1、R2、R3、R4和W組成穩壓電路，給NE555的2、6端提供基本不受電源波動影響的穩壓電源。從NE555的內部功能可知，當V6≥ 2/3 Vcc時，V3的電位將從「1」轉向「0」電平，而當V2≤ 1/3 Vcc時，V3電位將從「0」→「1」電平。根據這一原理，在本實用新型中，選擇了V2＝ (R4)/(R3+R2+R4) VW＝ 1/3 Vcc V6＝ (R3+R4)/(R3+R4+R2) VW＝ 2/3 Vcc。在掉電時，由於NE555的2、6端發生電位變化，使其第3端發生電位跳變。CPU利用了這一特性，向80C31單片機發出中斷信號，並對要保護的記錄信息進行處理，使其進入微功耗的掉電防護狀態，以備計算機上電時處理掉電前的信息。
3、輸入接口及自檢電路由於計算機使用的電平為TTL方波，而從外部進入計算機進行處理的信息電平很高，因此，需要進行電平轉換，並且應與外界隔離。為此，在本實用新型中採用了光電耦合隔離器18進行光電隔離，並將該電平轉化成TTL電平。與此同時，對計算機的輸入口信息進行了自檢測。當維修人員需要了解自動停車器的運行狀況時，可用語音的形式告訴維修人員。其電路的工作過程如下當計算機工作時，CPU20每隔1S鍾，即對接口部分進行一次自檢測。當CPU20在PLO口處輸出一個高電壓脈衝，使T1飽和導通。這樣，就能使三極體T3的基極b達到低電位，並使T3處於截止狀態。此時，CPU20從三極體T3的發射集C點讀入的電平為高電平。當CPU20的P1°1＝「0」電平。此時，T1截止，T2導通。ICT2＝IbT3，使T3飽和導通。這時，CPU20從C點讀入的電平為低電平。CPU20還對所有的外接讀入口進行檢測，以確定其好壞。完成上述工作量約需1MS時間。當CPU20不檢測時，P1』1＝「1」電平，P1』0＝「0」電平，並使T3的基極b進入高阻狀態，以備D3的電流流過。通過光電耦合作用，改變C點的電位，供CPU20讀取、判斷、分析、報警。計算機的讀口信息共有8條，其中，信號燈條件5條，按鈕條件2條，檢查放風繼電器1條。
4、數碼顯示部分本實用新型中採用了電子記數方式，即數碼管顯示方式來記錄列車的報警次數和放風停車次數。同時，還採用了動態掃描方法，使雙三位半數碼管分時導通，以達到動態掃描的目的。
當輸出接口74LS273的雙片七段數據準備好後，由74LS273的位脈衝通過三極體放大，直接驅動持續時間約2mS。這樣，三位半的數碼管的掃描周期約為8mS。每位顯示時間約2mS，以此達到動態掃描的目的。
5、排風控制.
本實用新型中，對排風電路部分要求非常嚴格。因為它的好壞直接影響機車的正常運行。為此，它的控制電路部分採用了安全電路。採用了變壓器隔離。當只有脈衝輸出時，才能使放風繼電器吸起，用其並聯接點使放風閥動作，以達到制動的目的。由於放風閥是感性阻抗，對此，繼電器的接點採用了高壓阻容吸收回路，以防止繼電器接點損壞。同時，對繼電器的勵磁線圈進行實時監測。本實用新型中採用了閉環反饋電路，可由計算機讀測。當CPU20從74LS273輸出一個約1mS的低脈衝時，三極體T1的集電極則輸出一個高脈衝。此時，VMOS管T2將導通，L1線圈上的電壓為上正下負，變壓器次級L2上的電壓輸出亦為上正下負。產生的IDT3電流通過三極體T3返饋給計算機供其檢查，並為語音報警提供依據，其檢查周期約為1S。
二、語音電路及輸出部分語音是用於提醒列車上的乘務員注意列車安全的一種裝置。因機車振動較大，車內溫差也較大，灰塵又多，所以，要求語音裝置能在各種惡劣條件下均能正常工作是本實用新型的目的之一。在本實用新型中，將語音信號通過A／D轉換器變成數位訊號進行存貯。晶片採用ADM編碼。對語音信號的採集應滿足採樣定理，即f採≥2f語。通常，語音信號頻率範圍為200～4000HZ，所以，對其採集不能小於8K／S，本實用新型中採用了32Kbit／S，它是語音信號的最高頻率的8倍。所以，能夠比較清晰地還原語音信號。
1、語音合成計算機根據處理結果，將輸出不同的語音提示。這樣，將27512合成八個語音段。分別由74LS273控制。與此同時，用P1.4監測UM5100的輸出情況，以便使P1.7結束其語音輸出。UM5100的D／A轉換器是電流輸出型。它利用R2、R3、R4、R5組成的差分電路，將其變成電壓輸出型。最後，通過變壓器隔離後，送給功率放大器的輸入端。由於LM324採用雙電源工作，為此，由C5、D1、C6、D2組成的電路給LM324提供負電源。
2、語音放大本實用新型中採用了雙通道功率放大晶片後，該晶片與兩個喇叭構成了橋式功率放大器。它的優點是控制喇叭的三條線路中，其中任一條線路斷開，或任一個喇叭短路，均不會影響語音的輸出。這是因為有隔直電容C8和C8在起作用。為了減小語音失真，採用了由C6、C7構成的自舉電路。
電源為開關型。採用串聯開口輸入式。其輸入電源允許有較大波動。Vin＝38～110V。其穩壓輸出為17±0.5V。該電源為功率放大器的電源。同時也為逆變器提供電源。電源入口處採用了繼電保護電路。為了給CPU20提供可靠的穩壓電源，在一次穩壓後，又經隔離逆變器進行了二次穩壓。
實施例CPU選用80C31單片機，VMOS電路選用BU2357，TT採用74系列中的74LS273，CMOS採用4000系列中的CD4020，語音晶片選用UM5100，功率放大器選用HA1377，顯示器選用TTLGZ1101G，光電耦合選用TIL117。
本實用新型與現有技術相比具有以下優點1、有機車語音提示。
2、電壓適應範圍廣。
3、溫度適應範圍寬。
4、有自檢功能。
5、防震性能好。
6、因採用了數碼管顯示，不用照明就能顯示清晰。
7、排風停車十秒鐘後能自動復位。
8、喇叭採用了橋式電路聯接方式，兩個喇叭中任一個發生故障，如斷路或短路，仍能發音。
9、自動停車器性能穩定、可靠性好。
10、重量輕。
權利要求1.一種由電晶體、電阻、電容組成的電路板，可控矽，繼電器，電磁式機械記數器和外殼組成的停車器，其特徵在於帶機車信號語音提示的自動停車器由計算機控制主機板、數碼顯示板、電源板及接插件、框架和控制器盒組成；計算機控制主機板上有單片機CPU，單片機CPU的電源由機車電源經二次穩壓、隔離後供給，其工作時鐘，由外接振蕩器提供，單片機的監控程序放在存貯器中，為了在掉電後能保存相關信息，採用了掉電保護電路；考慮到自動停車器上電復位及因故進入死循環而須自動復位的情況，設置了自動復位控制器、上電及自動復位和分頻器；當輸入信號條件或主、副司機按鈕發生狀態變化時，通過輸入接口器，經光電耦合隔離器後，輸入給CPU，經CPU識別判斷，並經解碼器後，輸送到輸出接口；在此，可根據具體情況作出以下三種選擇其一是從語音存貯器中取數，送入語音合成器中，在CPU控制下合成語音，入語音放大器再經濾波器、語音隔離、濾波、音放、最後輸送給音箱，並發出相關語言；在語音合成部分設置了一個音放逆變電源，以滿足語音放大所需的雙電源；其二是為記錄報警次數和放風停車次數，從輸出接口中取出相關信息，經動態掃描器、驅動器後，入數碼顯示器顯示相關數碼，其三是為執行排風停車指令，其相關信息由輸出接口，經排風控制光電耦合，輸送給排風驅動器，直接控制電控閥，以決定是否排風；為使自動停車器實現自檢測，由CPU發出自檢信號，經自檢控制器到自檢電路，入光電耦合隔離器後，再返回CPU，以驗證CPU收到的是否是剛發出的自檢信號；這是一個閉環系統；排風控制部分設置了排風自檢電路，通過輸入接口，經光電耦合隔離器後，返回CPU，自檢結果則通過CPU經輸出接口進行控制；計算機控制主機板、62芯總線插座、數碼顯示板、電源板及接插件和框架均在控制器盒內。
2.根據權利要求1所述的帶機車信號語音提示的自動停車器，其特徵在於控制器盒由外殼、前面板、後面板、底板組成；在前面板上有熔斷器、19芯外接插座、顯示窗口、在底板與外殼之間有減震器和可折式提手，在底板上還有固定卡，在後面板上有加封帽。
專利摘要一種由計算機控制主機板、數碼顯示板、電源極及接插件和框架組成的帶機車信號語音提示的自動停車器。該自動停車器與鐵路現有的各種機車信號相結合，能產生相應的語音提示及實現在緊急情況下的自動停車。此外，該停車器還可用於記錄排風停車的次數及告警次數。電壓和溫度適應範圍廣，具有自檢功能，防震性能好，性能穩定，可靠性好。排風停車後十秒鐘即能自動解鎖。數碼管顯示清晰。
文檔編號B61H13/00GK2098418SQ91224349
公開日1992年3月11日 申請日期1991年9月10日 優先權日1991年9月10日
發明者陳雲傑, 蘭獻彬, 馬坤山, 呂濱康, 胡增臣, 姜英仁 申請人:哈爾濱鐵路局工業處科學技術研究所