摘 要

在铁路结构日益复杂和机车负荷日趋提高的大局势下，如何运用科学技术达到提高机车整体安全性、改善机车控制系统是极具价值的。本文基于TAX箱和RS-485协议设计了一款新型的机车智能门控装置，该装置主要部分由主控板、分线盒、集成电控锁、通信插件等组成。于每个车门安装一套集成电控锁，于司机室安装主控盒来控制锁闭信号。主控板采用TAX箱平台插板，并借助TAX平台，从TAX箱中的数据总线提取车速数据并据此生成闭锁和开锁的控制信号，利用TAX箱插板接口现有的DC110V电源为整个门控装置供电，充分利用TAX箱作为公共信息平台的集成作用的集成作用，通信插件用于主控监测装置和指令发布的微控制器以及集成电控锁之间的数据传输。本装置适应各种型号的车辆，用于机车的速率监控和车门自动锁止控制，防止人为开启，并配有声光警示，可用软件控制，实现信息化和智能化，可以准确判断车门的状态以及电控锁的锁止状态，从而使机车运行的可靠性和安全性得以大大提升。

关键词：TAX箱；RS-485；智能锁；速度采集；门控装置

Abstract

Under the situation that the railway structures are getting more complicated and the burden of the train is getting heavier., it is of great value improving its safety and control systems by modern science and technology. This paper works out a new locomotive intelligent-gated device based on the TAX box and RS-485 communication protocol, which consists of MCB, junction box, integrated electric lock, communication plugins and so on. The integrated electric lock was fixed on the door and the master box is fixed on the drivers’ cab to control the signal of the lock whether it is locked or unlocked. The MCB gets the speed of the train with the support from the flat of the TAX box and then transmits the control signal of the “LOCK” or “UNLOCK” . At the same time, we use the DC110V available from the socket ports of the TAX box to supply power for the whole device, which makes full use of its integration as a public information platform. The function of the communication plugins is data transmission among the monitor device of the MCB, the MCU which works on issuing the instructions and the integrated electric lock. This device can be applied to varied trains for their speed-controlling and lock-controlling with sound and light warning operated by software to realize information and intelligibility and to avoid being artificially opened, and the condition of the door and lock can be confirmed correct, improving the reliability and security of the operating system.

Key words: TAX ；RS-485 ；intelligent lock ；speed-monitoring ；data-transmitting

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 课题研究的意义 1

1.3 课题研究的主要内容和设计方案 1

第2章 设备系统设计 3

2.1 设备系统的构成 3

2.2 机车TAX箱 4

2.2.1 TAX箱功能 4

2.2.2 TAX箱特点 4

2.3 通信插件RS-485 5

2.4 本章小结 6

第3章 硬件设计 7

3.1 主控板电路设计 7

3.1.1 主控板电源单元 7

3.1.2 主控板微控制器 9

3.1.3 主控非门驱动 10

3.1.4 通信模块RS-485 11

3.1.5 试验开关电路 11

3.1.6 对外接口 12

3.2 集成电控锁 12

3.2.1 电控锁电源电路 13

3.2.2 门状态传感器 13

3.2.3 车门微控制器 14

3.2.4 主控指示灯 14

3.2.5 主控应急按钮 15

3.2.6 门电磁阀驱动 16

3.2.7 锁状态传感器 16

3.3 印制电路板的设计 17

3.3.1 元器件布局 17

3.3.2 布线策略 17

3.3.3 实物图 18

3.4 本章小结 18

第4章 软件设计 19

4.1 主控板软件设计 19

4.1.1 TAX箱通信软件设计 20

4.2 集成电控锁软件设计 22

4.3 本章小结 23

第5章 机械外观设计 24

第6章 总结 25

参考文献 26

致 谢 28

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

全球铁路的蓬勃发展逐渐形成智能化是未来高速列车的发展方向，智能化的高效安全控制能力越来越成为铁路安全发展的核心。对比中国，机车研发的进度较为缓慢一些，在智能门控装置方面没有较为完善和适应能力强的理论和装置体系。目前一般机车都已经基本实现自动落锁的功能，以防止机车行进过程中乘务员由于误操作打开车门从而引发意外跌落等安全事故。如今机车锁的不可控现状有如下几点：列车运行期间需人为参与监控装置与车门锁的操作，这样容易失误操作从而导致安全隐患；监控装置获取的列车运行位置与地面实际坐标两者之间存在距离误差，从而造成列车冒进关闭的信号机或者监控装置控制系统执行停车动作；监控装置为了应对突发状况而对车门设置了“解锁”键，但是若判断有误就会人为违章控制停车从而影响运输效率或者严重至发生追尾事故等^[1]。为此，需开发新的门控装置来适应铁路高发展高效率的现状。

1.2 课题研究的意义

目前公开的一种机车门锁采用上、下锁联动的结构，但也只是站在开门关门的可用性和可靠性所做的改进，没有考虑到如何适应机车环境、自动识别车速进行车门自动锁止的问题，所以有待进一步改进。驾驶舱的安全性能体现在车门的智能化性能上，铁路车门事故的不确定性使智能锁的发展更具紧迫性，其中机车智能锁的设计和制作是机车安全的研究内容之一，其重要核心技术也是维护机车整体安全的必要条件。机车智能锁是驾驶员与车载设备进行“交流”并获取信息的交互平台，通过运行记录器从速度限制和信号监制等方面着手来获取机车的实时速度，并据此产生关闭智能锁和开启锁的控制信号，另外有相应的显示器警示作用，以及时提醒乘务人员进行操作，保证车启动后门处于闭锁状态，防止意外事故的发生，这对行车安全具有积极意义。

1.3 课题研究的主要内容和设计方案

主要内容：通过调研开发，形成机车智能门控装置，在机车车门上安装智能门锁，以机车实时速度作为门锁开关的触发信号源，在机车达到预定的行驶速度后跟据车门状态提醒锁闭车门，若车门处于关闭状态则最、对车门进行自动锁止，在速度下降到预定车速以下之后，车门自动解除锁止，另外装置能根据车门闭合状态和锁的闭合状态提供相应的声光指示和警示，并能在司机室车门状态显示器上显示异常门的位置。

设计方案：本文以51单片机为硬件基础，以Protel和Keil作为设计平台，从系统设计、电气设计、软件设计和机械设计四个方面展开，基于TAX平台和RS-485通信协议，利用主控部分为TAX型机车安全信息综合监测装置平台插板，设计并制作了一套基于单片机的机车智能锁控制装置，实现以下功能：一是建立高效的监控装置记录检索分析制度，二是加强联控沟通状态，按规定操纵列车，三是优化软件装置，四是增添提示信息，使之便于操作。