基于DSP的紅外線(xiàn)設備遠程報警系統的設計

　　0 引 言

　　鐵路車(chē)輛紅外線(xiàn)軸溫探測技術(shù)是近二、三十年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，主要應用在防止客貨列車(chē)燃切軸事故上，特別是20世紀90年代發(fā)展起來(lái)二代機軸溫探測技術(shù)是一門(mén)集工程控制、信息網(wǎng)絡(luò )及自動(dòng)化控制的新興技術(shù)，它對防止客貨列車(chē)燃切軸事故，保證行車(chē)安全起到了重要的作用。

　　紅外線(xiàn)軸溫探測二代機技術(shù)主要是將各個(gè)探測站采集到的軸溫數據進(jìn)行熱軸判別和處理后，通過(guò)電務(wù)通道上傳至信息監測中心和查詢(xún)終端，其中計算機完成的主要功能是對軸溫探測流水數據、熱軸流水數據的處理，但隨著(zhù)紅外技術(shù)的不斷發(fā)展和紅外管理工作的進(jìn)一步規范，特別是隨著(zhù)紅外線(xiàn)在保證鐵路行車(chē)安全的作用和地位的提高，如何及時(shí)快速處理紅外設備故障以及快速準確判斷紅外設備故障，成為目前紅外工作的重要組成部分，僅僅通過(guò)對軸溫探測的流水數據進(jìn)行分析來(lái)判斷故障已經(jīng)遠遠不能滿(mǎn)足紅外管理運用工作的需求，必須將相關(guān)的紅外設備故障通過(guò)故障報警系統自動(dòng)判別后通知相關(guān)人員進(jìn)行快速處理。

　　1 概述

　　在鐵路安全運輸工作中，紅外線(xiàn)探測設備的故障判別及處理在紅外管理占有非常重要的地位，長(cháng)期以來(lái)，紅外故障判別和處理主要以人工分析方式為主，存在著(zhù)紅外設備使用率降低等弊端。隨著(zhù)紅外工作的進(jìn)一步規范和強化，實(shí)現紅外設備故障報警以及控制自動(dòng)化，從人控轉變?yōu)闄C控已成為紅外故障處理的必然趨勢。

　　紅外線(xiàn)設備遠程報警系統，是利用現有的電話(huà)網(wǎng)紅外線(xiàn)設備復位，可實(shí)現對紅外線(xiàn)設備的無(wú)人檢測遠程報警，遠程控制紅外線(xiàn)設備，機房熱分機啟動(dòng)等，以保證紅外線(xiàn)設備的正常工作，該設備極大地提高了紅外線(xiàn)設備運行的安全性、可靠性及設備故障的及時(shí)性，極大地提高了行車(chē)保安設備的安全性。

　　2 本系統主要完成功能

　　紅外線(xiàn)遠程智能遠程報警系統是采用單片機控制實(shí)現遠程報警，與圖像監控等手段相結合，能夠準確快速地實(shí)現遠程故障報警，系統拓撲圖如圖1所示。本系統由兩部分組成：紅外線(xiàn)探測點(diǎn)和車(chē)輛段監控系統。

　　紅外線(xiàn)探測點(diǎn)由單片機及Modem撥號，短距離無(wú)線(xiàn)通訊等部分組成，在系統滿(mǎn)足可靠性和通用性的前提下，紅外線(xiàn)探測點(diǎn)應實(shí)現以下幾個(gè)方面的故障報警自動(dòng)化。

　　(1)對紅外設備的磁頭故障(包括磁頭損壞、丟失、磁頭磁性不穩定等)進(jìn)行自動(dòng)遠程報警。

　　(2)對主輔機的通訊故障(不接車(chē))進(jìn)行自動(dòng)報警，若為設備死機造成的故障，可進(jìn)行遠程控制設備復位。

　　(3)對紅外中心通訊故障或停電故障進(jìn)行自動(dòng)遠程報警。

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

　　(5)人員安全報警，當檢修人員在探測點(diǎn)進(jìn)行檢測時(shí)，對火車(chē)接近進(jìn)行報警，可保證檢測人員人身安全。

　　(6)對房屋內人員的非法入侵進(jìn)行自動(dòng)遠程報警。

　　(7)采用攝像拍攝的方法進(jìn)行監控，具有動(dòng)態(tài)檢測進(jìn)行報警功能，可實(shí)現人員入侵動(dòng)態(tài)報警功能，考慮電話(huà)傳輸速度較慢，大量視頻圖像暫存于當地，檢查人員使用U盤(pán)可將數據導出。

　　車(chē)輛段監控系統由服務(wù)器、Modem Pool、監控LED顯示等部分組成。

　　主要完成對紅外線(xiàn)探測點(diǎn)故障信號監控、紅外線(xiàn)故障信息導入鐵道部紅外線(xiàn)段級紅外線(xiàn)信息平臺，存儲、打印、顯示等功能。

　　3 主要實(shí)現方案

　　紅外線(xiàn)設備遠程報警系統能實(shí)時(shí)監測紅外線(xiàn)設備的工作狀況，并通過(guò)安裝在紅外線(xiàn)設備機房的電話(huà)線(xiàn)把其數據傳送到車(chē)輛段中心電腦上，也可在任何有電話(huà)的地方用一臺電腦接收這些數據，系統獨立工作，不影響紅外線(xiàn)設備工作，即使系統不工作(故障)也不會(huì )影紅外線(xiàn)設備工作。

　　3．1 主控制模塊

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

　　(1)實(shí)時(shí)接收各種模塊的數據；

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

　　(3)與上級通過(guò)MODEM交換數據；

　　(4)偵聽(tīng)主、輔機之間的大列波形。

　　存貯和顯示數據，主要包括最近14列車(chē)的大列波形；一日的信道狀態(tài)；三日的供電狀態(tài)，異常復位；一日探頭供電箱，及輔機的各種電壓值；近5日環(huán)溫、箱溫情況；近30日防盜、維修人員訪(fǎng)問(wèn)情況；近30日探頭位置；最近14列車(chē)的1#、2#、3#磁頭的平均值、最大值、最小值和噪聲；探頭定標值；近4日停電情況。系統構成如圖2所示。

　　系統采用嵌入式控制器32位ARM結構微處理器，外圍擴展存儲器接口，液晶顯示、鍵盤(pán)作為人機交互接口，通過(guò)RS 232和USB與PC機進(jìn)行通訊，嵌入式控制器可支持工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)、以太網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò )結構。嵌入式控制器采用基于μC／OSⅡ內核的RTOS操作系統。

　　3．2 探頭檢測模塊

　　這部分模塊主要目標是檢測探頭大列波形；定標值以及探頭位置；檢測探頭供電箱，及輔機的各種電壓；檢測磁頭狀態(tài)；檢測供電、上電、掉電、異常復位；檢測探測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(cháng)度增加一倍，即提前半個(gè)軸箱開(kāi)始，延后半個(gè)軸箱結束；通過(guò)RS 485口上傳主機探頭位置，對于檢測紅外線(xiàn)設備軸溫是否正常具有決定性意義，由于軸溫探測設備安裝在鐵軌旁邊，由于震動(dòng)等原因，經(jīng)常發(fā)生偏轉，導致紅外線(xiàn)設備檢測波形不正確，探測軸溫出現偏差，傳統檢測方法是采用三角尺測量，用香頭在三角尺上放置熱源，對比紅外線(xiàn)探頭波形校準，這種方法測量復雜，精確度較低。

　　采用電子羅盤(pán)可較好地解決這個(gè)問(wèn)題，電子羅盤(pán)是測量方位角(航向角)比較經(jīng)濟的一種儀器，本系統采用TDCM3電子羅盤(pán)傳感器模塊，TDCM3電子羅盤(pán)由美國Precision Navigation生產(chǎn)。模塊封裝了一個(gè)三軸磁強計和一個(gè)高性能的兩軸傾斜計，可以同時(shí)輸出俯仰和滾動(dòng)角，以及三維的磁場(chǎng)測量值。以前所有的羅盤(pán)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(wàn)向節，或再加上液體的方法來(lái)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(傾斜傳感器)，允許微處理器在數學(xué)上改正傾斜角，因此，它是一種消除了機械常平架的電子羅盤(pán)。TDCM3電子羅盤(pán)對水平方向的角度測量為360°，同時(shí)，按照可測量?jì)A斜角度范圍，又分為20°，50°，80°。電子羅盤(pán)的數據輸出可以是RS 232或RS 485標準的數據字符輸出或者模擬輸出，并且可以由主控計算機發(fā)出控制指令，來(lái)控制TD—CM3電子羅盤(pán)輸出數據的種類(lèi)、格式以及工作方式。

　　完整的TDCM3電子羅盤(pán)的數據輸出為：

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　　數據中包含有羅盤(pán)角度C，載體的傾斜角P和橫滾角度R，各向的磁場(chǎng)強度X，Y，Z，在開(kāi)始校準好探頭位置后，記錄電子羅盤(pán)的數據輸出，當俯仰角、方位角發(fā)生變化時(shí)，根據需要取用TDCM3電子羅盤(pán)提供的數據進(jìn)行對比。如果變化超過(guò)一定范圍，表明探頭發(fā)生偏轉，需要再次校準。