具有高速报警系统的自动铁路闸门控制器

自动铁路大门控制系统是一个简单但非常有用的项目，它有助于在检测到火车到达或离开时自动打开和关闭铁路大门。

一般来说，铁路闸门是由守门人手动打开或关闭的。从附近的车站收到关于火车到达的信息，以便开门或关门。但有些铁路道口是完全无人值守的，许多铁路事故发生在这些无人值守的平交道口。

为了完全避免平交道口的人为干预，我们需要将铁路门控制过程自动化。

在这篇文章中我们提到了两种不同的自动铁路闸门控制电路：使用8051和AVR。 

工作原理

这个项目的工作原理在于红外传感器的运作。在这个项目中使用了一个反射型的红外传感器。

在反射型红外传感器中，红外发射器和接收器是并排放置的。当传感器前面没有障碍物时，由红外发射器发射的红外射线将不被发现，因为没有射线落在红外接收器上。

如果在红外发射器和接收器对的前面有一个障碍物，红外射线就会从障碍物的表面反射出去，并入射到红外接收器上。

这个设置可以被配置为检测像火车这样的物体，反过来，在微控制器的帮助下，可以用来打开或关闭像马达这样的负载。

电路1 使用8051的自动铁路门控制

使用8051的自动铁路门控制的电路图

项目组件

单片机部分

AT89C51单片机

11.0592 MHz 石英晶体

2 x 33pF 陶瓷电容

10µF / 16V 电解电容

10KΩ 电阻器 x 2

AT89C51编程器板

传感器和负载部分

2 x 反射型红外传感器

2 个 1KΩ 电阻器

L293D马达驱动IC

电机

部件描述

红外传感器

本项目中使用了一个红外传感器来感知火车的到达和离开。

一个红外传感器通常由两个部分组成：一个红外发射器和一个红外接收器。红外发射器是一个发射红外射线的设备。

同样，红外接收器是一个检测红外射线的设备。光电二极管是最常用的红外接收器。

下面的图片显示了本项目中使用的红外传感器的电路。

自动铁路门控制红外传感器

L293D电机驱动器

L293D是本项目中用于控制闸门电机的电机驱动IC。L293D电机驱动IC是一个双H桥型电机驱动器，采用16引脚双列封装。

在这个电机驱动IC的帮助下，我们可以同时控制两个电机，对单个电机进行正反方向控制。

电机驱动器通常用于驱动高电流的设备，如直流电机、步进电机、高强度灯等。它们作为简单的电流放大器，其输入是一个通常来自微控制器的低电流信号，其输出是一个驱动负载的高电流信号。

电路设计

我们项目的主要组成部分是8051微控制器（AT89C51），反射型红外传感器，L293D电机驱动器IC和一个电机。

8051单片机的必要连接包括振荡器电路、复位开关和EA引脚。

一个高达20MHz的晶体振荡器可以作为外部时钟的来源。在这个项目中，使用了一个11.0592MHz的石英晶体振荡器。为了完成外部振荡器电路，使用了两个33pF的电容。最后，EA引脚使用一个10KΩ的电阻被拉高。

现在，让我们看看实现该项目所需的实际连接。其中，首先是L293D电机驱动器。电机驱动器（引脚1和2）的输入（IN1和IN2）是由微控制器的0端口提供的。

但是在连接它们之前，用两个1KΩ的电阻将端口0的引脚拉高。现在，将电机驱动器的输入引脚即IN1和IN2连接到端口0的前两个引脚即P0.0和P0.1。

一个电机连接到电机驱动器的OUT引脚。

最后将两个红外传感器连接到微控制器：一个用于检测火车的到来，一个用于检测火车的离开。

因此，将红外传感器的数据输出连接到单片机的P2.6和P2.7引脚。

工作原理

这个项目的工作非常简单，在此解释一下。

实际上，两个红外传感器被放置在铁路门的左侧和右侧。两个红外传感器之间的距离取决于火车的长度。一般来说，我们必须考虑该路线上最长的列车。

现在我们来看看这个电路是如何实时工作的。在这张图片中，我们可以看到这个项目的实时表现。

如果传感器1检测到火车的到来，微控制器在马达驱动器的帮助下启动马达，以关闭大门。

当火车通过十字路口时，大门保持关闭。

当火车越过大门，到达第二个传感器时，它检测到火车，微控制器将打开大门。

优点和应用

一个自动铁路闸门控制是通过非常简单的硬件和容易控制来实现的。

在这个项目的帮助下，平交道口的人为干预可以被消除，许多铁路平交道口事故可以被预防。

限制因素

该系统可以通过纳入更有效的传感器网络来更有效地实施。

可以使用手动无线控制和基于传感器的控制相结合，以实现更好的操作。

带有高速警报系统的自动铁路闸门控制系统是一个创新的电路，它可以自动控制铁路闸门的运行，检测闸门处的列车到达和离开。

它在铁路轨道上很远的地方设有探测器，使我们能够知道火车的到达和离开。这些探测器被交给微控制器，它激活了相应打开/关闭铁路大门的电机。

这个电路的另一个特点是，它有一个智能警报系统，可以检测即将到达的火车的速度。如果发现速度高于正常速度，那么微控制器就会自动激活大门上的警报器。

这就提醒了道路上的铁路口的乘客。此外，该电路还具有识别火车与其他入侵者（如动物等）的功能，这也可以在有人看守的平交道口实施，因为通过自动化可以消除人工错误。

铁道部门自动控制器的电路图

电路操作

该电路的操作可以清楚地解释如下。基本上，该电路由四个红外LED-光电二极管对组成，安排在闸门的两侧，这样红外LED和光电二极管就在轨道的两侧，如下图所示。

铁路自动闸门控制器的传感器布置

最初，发射器不断发射红外光，使其落在接收器上。当火车到达时，它会切断落在接收器上的光。让我们假设火车从左到右到达，现在当火车穿过第一个传感器对时，计数器被激活，当它穿过第二个传感器对时，计数器被停止。这个计数器的值给出了用于计算火车速度的时间段。

传感器2的输出被发送到微控制器，使继电器激活，导致大门关闭。现在，当火车的最后一节车厢切断传感器4时，微控制器解除了继电器的激活，闸门被打开。

传感器是如何知道最后一节车厢的？

如前所述，计数器的值被用来计算火车的速度，这意味着每节车厢的车轮都会根据其速度在很小的时间内切割传感器对。在最后一节车厢通过后，传感器对在这一小段时间内没有障碍物，因此它知道火车已经离开。

这个电路的另一个特点是准确地检测火车，即可能有一些障碍物（例如一些动物）可能会切断传感器，在这种情况下，计数器会运行一段时间（这个时间段是考虑到火车可能的最低速度而设定的），如果障碍物在这个预定的时间内没有切断第二个传感器，那么这个障碍物就不被认为是火车，闸门仍然打开。

计算火车速度的另一个好处是，如果火车的速度超过了限制，也就是说，如果火车超速行驶，就会通过激活一个蜂鸣器来提醒乘客。

该系统基本上包括两对红外LED-光电二极管，它们被安装在铁路轨道上，相距约1米，每对的发射器和光电二极管位于轨道的对面。安装方式如方框图所示。系统以0.01秒的分辨率显示火车从一对到另一对跨越这段距离所花费的时间，由此可以计算出车辆的速度，如下所示：

速度（公里/小时）=距离/时间

由于传感器之间的距离是已知的和恒定的，时间由微控制器计算，根据这些信息，我们可以计算出速度。

这个电路的设计考虑到了交通规则所允许的火车的最大速度。

微控制器被用来处理由传感器提供的输入，并适当地产生所需的输出。