智能化電機(jī)車防撞系統(tǒng)的可行性研究

1） 紅外線發(fā)射單元的編碼調(diào)制器的三種不同編碼信號對38 kHz的載波信號進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生三種不同頻率的調(diào)制信號送至放大器以驅(qū)動三個(gè)紅外發(fā)射管，發(fā)射出三種不同編碼的紅外線。根據(jù)單片機(jī)每一時(shí)刻只能處理一路信號的特點(diǎn)，三路放大器由電子開關(guān)控制其依次導(dǎo)通，保證每一時(shí)刻只有一路發(fā)射管工作，這樣既減小了工作電流，降低了功耗，又避免了信號相互干擾，造成接收器誤測。
　　通過對發(fā)射管選型和調(diào)整放大器發(fā)射功率使發(fā)射距離分別為S1=80m，S2=50m，S3=7m；通過調(diào)整各自透鏡組的焦距使光束射角分別為α1=44僅α2=68’，僅α3=8°，使每個(gè)發(fā)射距離的臨界處光束直徑都是1m，正好覆蓋住電機(jī)列車的端面，既保證了接收又防止了對相鄰車道車輛的干擾。發(fā)射單元安裝在電機(jī)車的照明大燈下方和列車尾燈下方適當(dāng)位置，由于井下軌道運(yùn)輸電機(jī)車、列車雙向行駛不分頭尾，所以機(jī)車和列車（礦車）兩端都分別安裝紅外發(fā)射器。紅外接收頭安裝在電機(jī)車頭與發(fā)射單元正對的位置。
　　2） 紅外線接收器采用紅外線一體化接收頭，它是集紅外接收、信號放大、帶通濾波、比較輸出等為一體的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。無需A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換可以直接與單片機(jī)端口連接。接收器的信號入射角為最小的4。，這樣不論是直道還是彎道，其信號接收都不會受對面鄰道相向行駛的電機(jī)車所發(fā)出的紅外線干擾，除非行駛在同一軌道。
　　3） 采用單片計(jì)算機(jī)作主控芯片控制是實(shí)現(xiàn)智能化控制的真正意義所在。運(yùn)用單片計(jì)算機(jī)可使電路簡化，結(jié)構(gòu)簡單，功能增強(qiáng)，檢測控制自動化，工作更可靠，運(yùn)行更安全。關(guān)于單片機(jī)的程序編制和應(yīng)用不算太難，由于篇幅在此不敘。
　　4） 紅外線發(fā)射器不間斷地依次向前方發(fā)射著三種不同射程不同編碼的紅外線波，以利單片控制器接收并判斷電機(jī)車當(dāng)前所處的位置，然后發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警或制動指令。當(dāng)電機(jī)車由于某種原因在同一軌道行駛而進(jìn)入前方車輛的報(bào)警距離S1（80 m）時(shí)，接收器接收到前方發(fā)出的紅外信號迅速傳送到單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析判斷后經(jīng)光電隔離分兩路輸出，一路接通電機(jī)車號笛和閃光信號電路，發(fā)出聲光報(bào)警，以提醒本車司機(jī)和對面電機(jī)車司機(jī)，注意減速慢行，保持車距；一路迅速啟動液壓油泵，為剎車作準(zhǔn)備。如果車輛減速，退出報(bào)警距離后，系統(tǒng)自動解除警報(bào)，斷開液壓油泵電源。
　　如果電機(jī)車沒有減速繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)入一般制動距離S2（50 m）時(shí)，接收器把接收到的紅外信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)識別到是制動信號后，立即發(fā)出指令，斷開電機(jī)車主電機(jī)的控制回路，主電機(jī)斷電，使列車處于滑行狀態(tài)。同時(shí)立即與霍爾速度傳感器反饋的當(dāng)前車速進(jìn)行運(yùn)算，對比分析，然后按照預(yù)設(shè)的制動加速度發(fā)出制動指令，控制電流經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換、模擬放大后調(diào)節(jié)比例電磁閥的開啟量，自動調(diào)整液壓泵產(chǎn)生的制動力矩，使液壓油缸的輸出壓力逐步增加，在20 m內(nèi)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停車。
　　如果電機(jī)車在彎道或遠(yuǎn)距離視線被遮擋的情況下發(fā)現(xiàn)前方車輛時(shí)，已經(jīng)進(jìn)入緊急制動距離 ，即兩車相距7 m左右（其中R為軌道曲線半徑，按25 m計(jì)算），此時(shí)接收器接收到對方發(fā)來的緊急制動紅外信號后，單片機(jī)立即發(fā)出緊急制動指令，以較陡的制動加速度來控制比例電磁閥的打開，較大的制動力矩使列車在2 m之內(nèi)迅速剎車。同時(shí)又能防止因緊急剎車導(dǎo)致制動閘包死現(xiàn)象。
　　5） 機(jī)車制動后需按壓復(fù)位按鈕才能使系統(tǒng)發(fā)出解除制動指令，退出制動狀態(tài)。本系統(tǒng)設(shè)定為手動控制優(yōu)先于自動控制，按壓手動制動按鈕就可隨時(shí)進(jìn)行一般制動，省去轉(zhuǎn)動剎車手輪的繁瑣操作，方便快捷。
6 結(jié)論
　　安全是煤礦永恒的主題，安全生產(chǎn)是黨和國家一貫堅(jiān)持的重要方針。煤礦運(yùn)輸事故多主要是因?yàn)檫\(yùn)輸系統(tǒng)點(diǎn)多、線長、面廣，所有下井人員都要與運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備接觸。要減少和避免軌道運(yùn)輸事故的發(fā)生，除了加強(qiáng)思想教育、技術(shù)培訓(xùn)，提高機(jī)車司機(jī)的技能素質(zhì)，加強(qiáng)責(zé)任心外，最根本的就是要完善必要的裝備，實(shí)行自動化控制。人機(jī)雙管齊下，才能真正有效地控制機(jī)車事故的發(fā)生、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。智能化電機(jī)車防撞系統(tǒng)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)軌道運(yùn)輸無事故的有力技術(shù)保障措施。