基于DSP的紅外線設(shè)備遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　0 引 言

　　鐵路車輛紅外線軸溫探測(cè)技術(shù)是近二、三十年發(fā)展起來的一門新技術(shù)，主要應(yīng)用在防止客貨列車燃切軸事故上，特別是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來二代機(jī)軸溫探測(cè)技術(shù)是一門集工程控制、信息網(wǎng)絡(luò)及自動(dòng)化控制的新興技術(shù)，它對(duì)防止客貨列車燃切軸事故，保證行車安全起到了重要的作用。

　　紅外線軸溫探測(cè)二代機(jī)技術(shù)主要是將各個(gè)探測(cè)站采集到的軸溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行熱軸判別和處理后，通過電務(wù)通道上傳至信息監(jiān)測(cè)中心和查詢終端，其中計(jì)算機(jī)完成的主要功能是對(duì)軸溫探測(cè)流水?dāng)?shù)據(jù)、熱軸流水?dāng)?shù)據(jù)的處理，但隨著紅外技術(shù)的不斷發(fā)展和紅外管理工作的進(jìn)一步規(guī)范，特別是隨著紅外線在保證鐵路行車安全的作用和地位的提高，如何及時(shí)快速處理紅外設(shè)備故障以及快速準(zhǔn)確判斷紅外設(shè)備故障，成為目前紅外工作的重要組成部分，僅僅通過對(duì)軸溫探測(cè)的流水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析來判斷故障已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足紅外管理運(yùn)用工作的需求，必須將相關(guān)的紅外設(shè)備故障通過故障報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)判別后通知相關(guān)人員進(jìn)行快速處理。

　　1 概述

　　在鐵路安全運(yùn)輸工作中，紅外線探測(cè)設(shè)備的故障判別及處理在紅外管理占有非常重要的地位，長期以來，紅外故障判別和處理主要以人工分析方式為主，存在著紅外設(shè)備使用率降低等弊端。隨著紅外工作的進(jìn)一步規(guī)范和強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)紅外設(shè)備故障報(bào)警以及控制自動(dòng)化，從人控轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)控已成為紅外故障處理的必然趨勢(shì)。

　　紅外線設(shè)備遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，是利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)紅外線設(shè)備復(fù)位，可實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外線設(shè)備的無人檢測(cè)遠(yuǎn)程報(bào)警，遠(yuǎn)程控制紅外線設(shè)備，機(jī)房熱分機(jī)啟動(dòng)等，以保證紅外線設(shè)備的正常工作，該設(shè)備極大地提高了紅外線設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性及設(shè)備故障的及時(shí)性，極大地提高了行車保安設(shè)備的安全性。

　　2 本系統(tǒng)主要完成功能

　　紅外線遠(yuǎn)程智能遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)是采用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，與圖像監(jiān)控等手段相結(jié)合，能夠準(zhǔn)確快速地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障報(bào)警，系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。本系統(tǒng)由兩部分組成：紅外線探測(cè)點(diǎn)和車輛段監(jiān)控系統(tǒng)。

　　紅外線探測(cè)點(diǎn)由單片機(jī)及Modem撥號(hào)，短距離無線通訊等部分組成，在系統(tǒng)滿足可靠性和通用性的前提下，紅外線探測(cè)點(diǎn)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的故障報(bào)警自動(dòng)化。

　　(1)對(duì)紅外設(shè)備的磁頭故障(包括磁頭損壞、丟失、磁頭磁性不穩(wěn)定等)進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警。

　　(2)對(duì)主輔機(jī)的通訊故障(不接車)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，若為設(shè)備死機(jī)造成的故障，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制設(shè)備復(fù)位。

　　(3)對(duì)紅外中心通訊故障或停電故障進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警。

　　(4)可對(duì)附加的其他設(shè)備的工作或關(guān)閉進(jìn)行遠(yuǎn)程控制(如電扇、空調(diào)、掃雪器等)。

　　(5)人員安全報(bào)警，當(dāng)檢修人員在探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，對(duì)火車接近進(jìn)行報(bào)警，可保證檢測(cè)人員人身安全。

　　(6)對(duì)房屋內(nèi)人員的非法入侵進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警。

　　(7)采用攝像拍攝的方法進(jìn)行監(jiān)控，具有動(dòng)態(tài)檢測(cè)進(jìn)行報(bào)警功能，可實(shí)現(xiàn)人員入侵動(dòng)態(tài)報(bào)警功能，考慮電話傳輸速度較慢，大量視頻圖像暫存于當(dāng)?shù)?，檢查人員使用U盤可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

　　車輛段監(jiān)控系統(tǒng)由服務(wù)器、Modem Pool、監(jiān)控LED顯示等部分組成。

　　主要完成對(duì)紅外線探測(cè)點(diǎn)故障信號(hào)監(jiān)控、紅外線故障信息導(dǎo)入鐵道部紅外線段級(jí)紅外線信息平臺(tái)，存儲(chǔ)、打印、顯示等功能。

　　3 主要實(shí)現(xiàn)方案

　　紅外線設(shè)備遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)紅外線設(shè)備的工作狀況，并通過安裝在紅外線設(shè)備機(jī)房的電話線把其數(shù)據(jù)傳送到車輛段中心電腦上，也可在任何有電話的地方用一臺(tái)電腦接收這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)獨(dú)立工作，不影響紅外線設(shè)備工作，即使系統(tǒng)不工作(故障)也不會(huì)影紅外線設(shè)備工作。

　　3．1 主控制模塊

　　主控制模塊由信道檢測(cè)、靜態(tài)卡、傳感器、液晶及電源組成，主要實(shí)現(xiàn)功能：

　　(1)實(shí)時(shí)接收各種模塊的數(shù)據(jù)；

　　(2)能通過64×128液晶點(diǎn)陣顯示各模塊狀態(tài)和數(shù)據(jù)，保存維修人員編碼；

　　(3)與上級(jí)通過MODEM交換數(shù)據(jù)；

　　(4)偵聽主、輔機(jī)之間的大列波形。

　　存貯和顯示數(shù)據(jù)，主要包括最近14列車的大列波形；一日的信道狀態(tài)；三日的供電狀態(tài)，異常復(fù)位；一日探頭供電箱，及輔機(jī)的各種電壓值；近5日環(huán)溫、箱溫情況；近30日防盜、維修人員訪問情況；近30日探頭位置；最近14列車的1#、2#、3#磁頭的平均值、最大值、最小值和噪聲；探頭定標(biāo)值；近4日停電情況。系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

　　系統(tǒng)采用嵌入式控制器32位ARM結(jié)構(gòu)微處理器，外圍擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口，液晶顯示、鍵盤作為人機(jī)交互接口，通過RS 232和USB與PC機(jī)進(jìn)行通訊，嵌入式控制器可支持工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。嵌入式控制器采用基于μC／OSⅡ內(nèi)核的RTOS操作系統(tǒng)。

　　3．2 探頭檢測(cè)模塊

　　這部分模塊主要目標(biāo)是檢測(cè)探頭大列波形；定標(biāo)值以及探頭位置；檢測(cè)探頭供電箱，及輔機(jī)的各種電壓；檢測(cè)磁頭狀態(tài)；檢測(cè)供電、上電、掉電、異常復(fù)位；檢測(cè)探測(cè)站與中心的信道狀態(tài)及環(huán)溫、箱溫等情況。采集二路下探波形，64點(diǎn)采樣，采集密度一樣，采集長度增加一倍，即提前半個(gè)軸箱開始，延后半個(gè)軸箱結(jié)束；通過RS 485口上傳主機(jī)探頭位置，對(duì)于檢測(cè)紅外線設(shè)備軸溫是否正常具有決定性意義，由于軸溫探測(cè)設(shè)備安裝在鐵軌旁邊，由于震動(dòng)等原因，經(jīng)常發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致紅外線設(shè)備檢測(cè)波形不正確，探測(cè)軸溫出現(xiàn)偏差，傳統(tǒng)檢測(cè)方法是采用三角尺測(cè)量，用香頭在三角尺上放置熱源，對(duì)比紅外線探頭波形校準(zhǔn)，這種方法測(cè)量復(fù)雜，精確度較低。

　　采用電子羅盤可較好地解決這個(gè)問題，電子羅盤是測(cè)量方位角(航向角)比較經(jīng)濟(jì)的一種儀器，本系統(tǒng)采用TDCM3電子羅盤傳感器模塊，TDCM3電子羅盤由美國Precision Navigation生產(chǎn)。模塊封裝了一個(gè)三軸磁強(qiáng)計(jì)和一個(gè)高性能的兩軸傾斜計(jì)，可以同時(shí)輸出俯仰和滾動(dòng)角，以及三維的磁場(chǎng)測(cè)量值。以前所有的羅盤都必須保持水平才能保證精度，因而只能采用一種笨拙的萬向節(jié)，或再加上液體的方法來保持傳感器的水平狀態(tài)。TDCM3則使用了一個(gè)高性能的傾斜計(jì)(傾斜傳感器)，允許微處理器在數(shù)學(xué)上改正傾斜角，因此，它是一種消除了機(jī)械常平架的電子羅盤。TDCM3電子羅盤對(duì)水平方向的角度測(cè)量為360°，同時(shí)，按照可測(cè)量傾斜角度范圍，又分為20°，50°，80°。電子羅盤的數(shù)據(jù)輸出可以是RS 232或RS 485標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)字符輸出或者模擬輸出，并且可以由主控計(jì)算機(jī)發(fā)出控制指令，來控制TD—CM3電子羅盤輸出數(shù)據(jù)的種類、格式以及工作方式。

　　完整的TDCM3電子羅盤的數(shù)據(jù)輸出為：

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　　數(shù)據(jù)中包含有羅盤角度C，載體的傾斜角P和橫滾角度R，各向的磁場(chǎng)強(qiáng)度X，Y，Z，在開始校準(zhǔn)好探頭位置后，記錄電子羅盤的數(shù)據(jù)輸出，當(dāng)俯仰角、方位角發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)需要取用TDCM3電子羅盤提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。如果變化超過一定范圍，表明探頭發(fā)生偏轉(zhuǎn)，需要再次校準(zhǔn)。