摘 要：提出了关于工程车的自动换档控制问题，给出了用单片机配合其它输入输出电路来完成控制过程中的信号变送、输入处理、程序判断、功率放大输出的具体电路和方法，介绍了系统中前端输入电路和单片机控制电路的基本构成和工作原理，同时给出了系统的软件流程图和初始化工作程序清单。
关键词：机车换档；自动控制；单片机；速度转换

1概述
　　在地铁工程建设中，工程用内燃机车（简称工程车）起到了非常重要的作用。尤其在地铁建设初期，由于需要运送大量的建筑材料，而初期的运输条件又比较简陋，因而工程车成为主要的运输工具。在地铁建成后的运营中，工程车同样可以担负车辆段内的调车和运送大型工程材料下隧道等任务。由于地铁对工程车的使用量非常大，工程车司机的劳动强度自然也是很大的。所以，如何应用自动化技术改进车辆的性能，减轻司机的劳动强度是地铁运营中一个必须考虑的问题。

　　本文介绍的这套机车自动换档系统能够自动检测机车的实时运行速度，并把得出的机车速度信号和柴油机的转速进行比较，再由单片机根据比较出来的结果输出控制指令，以控制相应的执行组件进行自动换档。此外单片机还可根据现时机车运行的档位输出指令来控制相应的LED以显示机车的运行状态。借助这套系统既可以减少司机经常换档的劳动强度，又可以使机车大部分时间运行在比较合理的档位，这对节省油料和保护环境都有比较好的效果。

　　该机车自动换档系统的硬件部分由前端输入电路、单片机电路和输出放大电路组成。其中前端放大电路的功能是把机车的速度和柴油机的转速两个速度参数信号转换成电信号并进行比较，然后把结果输入到单片机电路。单片机电路的作用是根据比较的结果输出正确的控制指令来使执行元件动作换档，同时显示现时机车的运行状态。输出放大电路的作用是把单片机电路输出的控制信号进行功率放大，以使其能够驱动换档执行组件。

2．1前端输入电路的构成
　　本自动换档系统共有两个速度参数值需要测量，分别是机车速度和柴油机转速，图1是前端输入电路中机车速度的输入部分，柴油机转速与机车速度的输入电路相同。

　　在图1中，机车的速度首先由拉霍尔速度传感器进行检测，这种传感器的特点是工作稳定，频率较高，比较适合铁道车辆使用。拉霍尔传感器输出的是一个脉冲信号，这个信号的频率与机车的速度成正比。为了提高电路的可靠性，传感器输出的脉冲需要经过一个脉冲整形电路。脉冲整形电路以集成块8751为核心组成。 8751是一个开关管集成电路，当输入为高电平时，输出也为高电平，反之，输出为低电平。由于8751内部有自己的功率放大和稳压电路，并可自己修整输入脉冲波形中的丢失和缺陷，所以在8751输出端就可以得到一个很稳定的、波形完整的脉冲方波频率信号。为了把机车速度和柴油机的转速作比较，必须把两者的频率信号转换成电压信号。所以频率信号应再输入到频率电压转换电路，该电路以LM331集成电路为核心，其输出的电压值为6～8V，且输出电压与脉冲信号的频率成正比。由于所转换后的电压信号是由最初的传感器输出的脉冲经过一系列的处理得出来的，因此这个信号代表了相应的机车速度或柴油机转速。这样，把这两个电压进行比较就可得出机车和柴油机的速度关系。但在比较之前，为了提高比较的精度，还需要把电压信号输入一个电压放大电路，从而产生一个输出电阻比较大的电压值以提高电路的稳定性。

3．2软件设计
　　在接收到换档信号后，根据程序指令，单片机将结合其它几个机车参数来决定是否进行换档，这些参数包括换档允许信号是否有效、是否有参数超过机车报警值等。如果没有问题，机车将进行换档。

　　图4所示是该机车换档系统的软件流程图。其软件初始化程序如下：
START：mov A，＃03H设置状态字，使8155的

4输出放大电路
　　输出放大电路主要由一些功率放大开关管组成，可用于完成对单片机输出信号的进一步放大，以直接驱动换档的电磁阀等执行元件。该电路比较简单，这里不再详述。