基于ATmega1280的列车临时限速手持巡检设备设计

　　基于ATmega1280的列车临时限速手持巡检设备设计

 

　　近年来为提高列车安全运行，列车临时限速技术被应用到铁路系统，手持巡检设备是临时限速系统的重要组成部分。列车临时限速是指铁道线路固定限速之外的、具有时效性的限速。本文介绍了一种基于AVR单片机ATmega1280处理器的列车临时限速手持巡检设备的工作原理及主要功能。该设备通过ZigBee无线通信技术，准确及时获取布置在铁路上的RFID(射频识别)标签信息，并结合GSM网络及时将标签数据传输给后台系统，以便在出现紧急情况时，快速反应，及时处理危机，最大限度减少损失。

　　Atmega1280是一款基于AVRRSIC结构的低功耗CMOS8位单片机。它具有128k字节在线可重复编程Flash(擦写次数为10000次)。4k字节EEPROM(擦写次数为100000次);8k字节SRAM;54个通用I/O口;32个通用寄存器;实时计数器(RTC);6个具有比较模式和PWM的定时器/计数器;4个UART接口，一个两线串行(IIC)接口;一个16通道10位具有可选增益查分输入的A/D转化器，一个带有内部振荡器的可编程看门口定时器;一个SPI口;一个符合IEEEstd.1149.1标准的JTAG测试接口，也可用访问片内Debug系统编程;6种可通过软件选择的省电模式;带有执行时间为两个时钟周期的硬件乘法器。Atmega1280已经内置RC振荡线路，考虑通信波特率的问题，手持巡检设备使用外接晶振线路。

　　射频电源模块的设计

　　手持巡检设备用两节可充电蓄电池(8.2V)作为电源，采用芯片LM2576和LD1117—3.3作为5V和3.3V降压芯片，以满足不同芯片的不同电压需求。LM2576电压控制芯片的降压方式有固定降压和可调节降压两种，并且它的降压输出稳定、电压转换效率高、电流输出驱动能力比较强，内部有过流与过热保护设计等优点。西门子公司的TC35i模块正常工作电压有比较独特的需求：供电电压需稳定地高于3.3V，否则会自动关机;模块在发射时，其电流峰值高达2A，且在此电流峰值送入模块的电压下降值要确保不能超过0.4V。鉴于此模块较高的电源要求，手持巡检设备采用LM2576可调降压方式独立对该模块提供4.2V稳定的直流电压，电路如图2所示。

 

　　根据LM2576芯片管脚的特性，对其工作时主要外围器件的选择：

　　(1)输入电容C1、C2。选择ESR低、电容值大的铝电容C1、C2作为旁路电容能有效防止输入端出现大瞬态电压和高输出电流。一般电容的耐压值大于输入电压的1.5倍可以保证电容在工作时不被击穿。根据常见电容值，采用100μF/25V铝电解电容。

　　(2)储能电感L1。从式(1)可知LM2576芯片实际的输入电压、可调输出电压以及开关频率参数可以定性电压微妙常数(E*T)，此常数结合LM2576的负载电流曲线能确定所需的电感值。

　　手持巡检设备供电VIN为两节蓄电池8.2V，可调输出Vout需4.2V，由LM2576芯片手册得到该芯片的开关频率是52kHz：电压微妙常数E*T=40V*μs，LM2576的最大负载电流为3A;图3中，在两线的交点附近，L1选为47μs。

　　(3)比例调节电阻R2、R1。由公式

　　总之，选择LM2576电压芯片能在降低电压损耗的同时减少电路对芯片的热伤害，更为重要的是，LM2576降压还可以很大程度地降低外界的高频干扰和交流、电压等浮动干扰，提升了负载芯片工作的可靠性和安全性。