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鐵路道口遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：許光橋		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年08月27日
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2007年10月
第43卷第10期
鐵道通信信號(hào)
RAILW AY SIGNALLING &amp;amp; COMMUNICATION
0ctober．2007
Vo1．43 No．10
鐵路道口遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
許光橋
摘要：介紹一種利用嵌入式系統(tǒng)和GPRS技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)鐵路道口遠(yuǎn)程監(jiān)控及告警和列車接
近預(yù)警的應(yīng)用系統(tǒng)。詳細(xì)描述了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)、硬件原理設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)方法。通過該系統(tǒng)不僅
使列車接近道口時(shí)有聲光報(bào)警，而且可以使得鐵路道口管理部門不用到達(dá)道口所在位置，通過鐵
路道口控制中心的檢測平臺(tái)，就可以對(duì)整個(gè)轄區(qū)內(nèi)的鐵路道口設(shè)備工作狀態(tài)和道口通過列車的車
流量進(jìn)行全面監(jiān)控，從而迅速地了解道口設(shè)備的故障類型，在最短時(shí)間內(nèi)保證設(shè)備正常運(yùn)行，同
時(shí)也便于鐵路道口的監(jiān)管部門對(duì)其道口監(jiān)護(hù)員的工作進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：嵌入式； 無線通信；遠(yuǎn)程監(jiān)控
Abstract： This paper introduced an application system of remote monitoring and train approaching warn。
ing at railway junction，which combined embedded system with GPRS technology．Its composition，prin—
ciple design of hardware，and software implementing method were described in detail．Through using the
system ，not only sound and light alarm can be initiated while a train was approaching，but also the work—
ing condition of crossing equipment and the train flow could be fully monitored by railway administration
through the detection platform of railway crossing control center in advance of train arriving at the cross—
ing．Thus the types of faults of railway crossing equipment can be quickly noticed and it guarantees that
the equipment could return normal work as soon as possible． Meantime，it is convenient for the railway
crossing supervision department to carry out remote monitoring over the work of crossing supervisor．
Key words： Embedded system ； W ireless communication； Remote monitor
隨著列車的不斷提速，鐵路部門對(duì)道口安全的
監(jiān)管十分困難。為了解決這個(gè)問題，引入POC—
SAGE編碼技術(shù)和太陽能供電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)列車接近
預(yù)警和信息源設(shè)備工作狀態(tài)的傳送， 同時(shí)引入
GPRS通信技術(shù)，利用無線通信網(wǎng)絡(luò)、道口智能監(jiān)
控器和用戶監(jiān)測中心，構(gòu)建一套功能完善的道口遠(yuǎn)
程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)轄區(qū)內(nèi)所有道口的工作環(huán)境進(jìn)
行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控范圍包括：道口智能監(jiān)控器交流
電源、信息源設(shè)備等。一旦有上述設(shè)備故障，智能
監(jiān)控器就會(huì)立即通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，將報(bào)警信息傳遞
給道口監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心采取有效措施，保證
設(shè)備的正常運(yùn)行。另外，道口監(jiān)測中心還可以通過
GPRS網(wǎng)絡(luò)，掌握過往道口列車的車流量和道口監(jiān)
護(hù)員的出勤狀態(tài)，可以為事故責(zé)任的認(rèn)定提供
依據(jù)。
北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院 碩士研究生，100044 北京
收稿日期：2007-07—16
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
鐵路道口遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由道口智能監(jiān)控器、信
息源檢測設(shè)備、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和用戶監(jiān)測中心
4個(gè)部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。
圖1 道口遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖
1．道口智能監(jiān)控器為系統(tǒng)的核心設(shè)備，它由
嵌入式單片機(jī)(MSP430F149)、GPRS無線通信模
一57 —
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鐵道通信信號(hào)2007年第43卷第10期
塊(LQ8110)、列車磁電檢測傳感器和一些外圍器
件構(gòu)成，負(fù)責(zé)道口智能控制器和信息源檢測設(shè)備的
監(jiān)測及GPRS的通信管理。
2．信息源檢測設(shè)備采用太陽能配合蓄電池的
供電方式，在沒有列車經(jīng)過時(shí)，按需要開啟和關(guān)閉
發(fā)射機(jī)的電源，既可以節(jié)省能耗，又可以定時(shí)向道
口智能控制器發(fā)送鏈握手協(xié)議，便于監(jiān)測列車接近
預(yù)警的無線通信鏈路工作狀態(tài)。采用磁電檢測方式
檢測列車接近，并開啟發(fā)射機(jī)電源向道口智能控制
器發(fā)送列車接近預(yù)警信息。
3．GPRS網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)的信息傳輸平臺(tái)，負(fù)責(zé)
將報(bào)警信息以文本形式傳遞給道口監(jiān)測中心。
GPRS技術(shù)基于成熟蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)平臺(tái)，
網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，傳輸距離基本不受限制，而且直接
面向終端用戶，是良好的無線傳輸平臺(tái)。用戶監(jiān)測
中心為遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，會(huì)接收到
道口智能監(jiān)控器發(fā)送的報(bào)警信息，并且通過計(jì)算機(jī)
上的人機(jī)界面顯示出來，依靠計(jì)算機(jī)對(duì)報(bào)警信息以
及過車記錄進(jìn)行保存、統(tǒng)計(jì)、打印等，便于形成道
口管理檔案。在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，GPRS網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)
控中心所采用的設(shè)備均為現(xiàn)有設(shè)備，可以直接引人
系統(tǒng)。
2 硬件設(shè)計(jì)
道口智能監(jiān)控器由嵌人式單片機(jī)
MSP430F149、LQ81 10 GPRS通信模塊、RF接收模
塊、AC—DC電源模塊、外圍設(shè)備和交流輸出量接
口的磁電傳感器構(gòu)成。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 道口智能監(jiān)控器結(jié)構(gòu)圖
其中：嵌人式單片機(jī)是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心控
制部件，負(fù)責(zé)發(fā)送和接收與檢測中心通信的GPRS
數(shù)據(jù)和命令、接收信息源檢測設(shè)備無線發(fā)送的
POCSAG報(bào)警信號(hào)，接收磁電傳感器檢測的列車經(jīng)
一58 一
過道口的信息、AC／DC模塊和蓄電池的電壓檢測
及控制保護(hù)等。LQ8110 GPRS模塊是實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測
中心無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵器件，支持雙頻網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)
絡(luò)傳輸速率最高可達(dá)到171．2kb／s；采用先進(jìn)的嵌
人式內(nèi)核和電路設(shè)計(jì)，工作穩(wěn)定性和可靠性都有保
障；主要為數(shù)據(jù)傳輸、短消息發(fā)送提供無線接口；
提供完整的GPRS無線接口，用戶只需要較少的研
發(fā)投人，就可以集成自己的無線應(yīng)用系統(tǒng)。另外，
用戶可將LQ8110作為1個(gè)模塊，通過RS一232串口
(或RS-485接口) 與自己的無線應(yīng)用系統(tǒng)相連，
并使用接口命令控制LQ8110的工作，進(jìn)人GPRS
網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息的遠(yuǎn)程傳輸。
目前，每個(gè)鐵路道口智能監(jiān)控器都配有上行和
下行2個(gè)磁電傳感器，功能是：當(dāng)?shù)揽谥悄鼙O(jiān)控器
收到信息源檢測設(shè)備發(fā)送來的POCSAG報(bào)警信號(hào)
后，通過磁電傳感器可以實(shí)時(shí)檢測火車是否已經(jīng)經(jīng)
過道口，從而實(shí)現(xiàn)列車接近報(bào)警的自動(dòng)消警功能。
采樣電壓是AC220V電源和蓄電池的電壓，從而實(shí)
現(xiàn)電壓報(bào)警和蓄電池過充過放保護(hù)。通過一些外圍
芯片對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，從而產(chǎn)生適合于嵌人式
單片機(jī)進(jìn)行處理的信號(hào)。
道口智能監(jiān)控器采用了節(jié)能設(shè)計(jì)。系統(tǒng)啟動(dòng)初
始化參數(shù)后，CPU便進(jìn)人守候接收狀態(tài)。當(dāng)收到監(jiān)
測中心要求上傳數(shù)據(jù)的喚醒操作后，將回復(fù)當(dāng)前設(shè)
備的標(biāo)志號(hào)，建立連接；連接成功后，將道口智能監(jiān)
控器的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控中心；回傳完畢確認(rèn)后，再次
進(jìn)人守候接收狀態(tài)。當(dāng)?shù)揽谥悄鼙O(jiān)控器發(fā)生異常情
況時(shí)，道口智能監(jiān)控器將開啟GPRS模塊向監(jiān)控中
心發(fā)送報(bào)警數(shù)據(jù)，得到確認(rèn)后再次進(jìn)人守候接收狀
態(tài)；當(dāng)收到信息源檢測設(shè)備發(fā)送來的列車接近POC．
SAG報(bào)警信息時(shí)，開啟聲光報(bào)警；列車經(jīng)過道口后，
關(guān)閉聲光報(bào)警，重新進(jìn)人守候接收狀態(tài)。
3 軟件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括嵌人式系統(tǒng)的底層軟件
設(shè)計(jì)和監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)高端軟件設(shè)計(jì)2大部分。
嵌人式系統(tǒng)底層軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于如何利用GPRS
模塊LQ8110與監(jiān)控中心進(jìn)行通信，利用RF接收
模塊實(shí)現(xiàn)列車接近報(bào)警，以及監(jiān)控信息源檢測設(shè)備
的工作狀態(tài)。嵌人式單片機(jī)MSP430F149是整個(gè)道
口智能監(jiān)控器控制的核心部件，它通過串口向
LQ8110模塊發(fā)送上傳報(bào)警數(shù)據(jù)命令以及接收來自
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2007年10月
第43卷第10期
鐵道通信信號(hào)
RAILW AY SIGNALLING &amp;amp; COMMUNICATION
0ctober．2007
Vo1．43 No．10
基于DSP的信號(hào)高精度檢測方法
曹雪鳳 李開成一
摘 要：在分析軌道電路FSK信號(hào)特點(diǎn)基礎(chǔ)之上，提出了基于多相濾波器的頻譜細(xì)化分析
(ZOOM．FFT)技術(shù)接收并解調(diào)FSK信號(hào)的方法，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)FSK軌道電路信號(hào)
進(jìn)行頻譜分析，可以有效地檢測出軌道電路信號(hào)上下邊頻頻率、中心頻率和幅度，達(dá)到了實(shí)時(shí)性
和精度高的要求。
關(guān)鍵詞：多相濾波器；復(fù)調(diào)制頻譜細(xì)化；頻譜分析；移頻鍵控信號(hào)
Abstract： The spectrum characteristics of frequency shift keying signal of track circuit were analyzed in
this paper．According to the characteristics of track circuit，one DSP—based detector was designed and
ZFFT(Zoom Fast Flourier Transform )was used to process the tract circuit signa1．With the detector，
the high and low frequencies，the central frequency，and their ranges could be detected． Both the real—
time—ness and precision were up to the requirements．
Key words： Muhiphase FIR ；ZOOM FFT；Spectru m analysis； Frequency shift keying signal
列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的主要設(shè)施之一是軌道電
北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院100044 北京
碩士研究生 副教授
收稿日期：2007-04—16
路，列車安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵是軌道電路信號(hào)的安
全可靠，因此要對(duì)軌道電路進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測和可
靠維修。
軌道信號(hào)檢測的目的是解調(diào)出上邊頻頻率
開始
’
初始化參數(shù)
．． ．．．．． ．．．． l ．一
守候狀態(tài)
返回
關(guān)閉聲光報(bào)警
— —
／
檢測列車是否
、j直過道口
聲光報(bào)警
圖3 軟件流程圖
監(jiān)控中心要求上傳數(shù)據(jù)的命令。數(shù)據(jù)的具體傳輸過
程由LQ8110模塊通過GPRS網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，不受
單片機(jī)的控制。計(jì)算機(jī)高端軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于將監(jiān)
測中心收到的數(shù)據(jù)，通過RS．232標(biāo)準(zhǔn)串口發(fā)送給
計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行解包并進(jìn)行分類顯示、
統(tǒng)計(jì)等，同時(shí)具有打印功能。軟件流程圖如圖3所
示。
4 結(jié)束語
在道口監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中引入有效的節(jié)
能設(shè)計(jì)思想，正常狀況下使道口智能監(jiān)控器的大部
分模塊處于睡眠狀態(tài)，只有當(dāng)異常事件發(fā)生或收到
監(jiān)控中心發(fā)送的喚醒命令時(shí)才被喚醒，在任務(wù)完成
之后又重新進(jìn)入睡眠狀態(tài)，這樣可以大大降低功
耗，延長設(shè)備使用壽命。
參 考 文 獻(xiàn)
1 Texas Instruments Incorporated，Msp430xl xx Family Users
Guide WWW．msp430．eom 2003．
2 魏小龍．MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例
[M]．北京：航空航天大學(xué)出版社，2002．
3 力創(chuàng)科技． LQ8110無線通訊模塊使用說明書
V1．0[DB]．WWW．sdlckj．eom 2006．
(責(zé)任編輯：溫志紅)
一59 一
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