基于DSP的红外线设备远程报警系统的设计

铁路车辆红外线轴温探测技术是近二、三十年发展起来的一门新技术，主要应用在防止客货列车燃切轴事故上，特别是20世纪90年代发展起来二代机轴温探测技术是一门集工程控制、信息网络及自动化控制的新兴技术，它对防止客货列车燃切轴事故，保证行车安全起到了重要的作用。

红外线轴温探测二代机技术主要是将各个探测站采集到的轴温数据进行热轴判别和处理后，通过电务通道上传至信息监测中心和查询终端，其中计算机完成的主要功能是对轴温探测流水数据、热轴流水数据的处理，但随着红外技术的不断发展和红外管理工作的进一步规范，特别是随着红外线在保证铁路行车安全的作用和地位的提高，如何及时快速处理红外设备故障以及快速准确判断红外设备故障，成为目前红外工作的重要组成部分，仅仅通过对轴温探测的流水数据进行分析来判断故障已经远远不能满足红外管理运用工作的需求，必须将相关的红外设备故障通过故障报警系统自动判别后通知相关人员进行快速处理。

1 概述

在铁路安全运输工作中，红外线探测设备的故障判别及处理在红外管理占有非常重要的地位，长期以来，红外故障判别和处理主要以人工分析方式为主，存在着红外设备使用率降低等弊端。随着红外工作的进一步规范和强化，实现红外设备故障报警以及控制自动化，从人控转变为机控已成为红外故障处理的必然趋势。

红外线设备远程报警系统，是利用现有的电话网红外线设备复位，可实现对红外线设备的无人检测远程报警，远程控制红外线设备，机房热分机启动等，以保证红外线设备的正常工作，该设备极大地提高了红外线设备运行的安全性、可靠性及设备故障的及时性，极大地提高了行车保安设备的安全性。

2 本系统主要完成功能

红外线远程智能远程报警系统是采用单片机控制实现远程报警，与图像监控等手段相结合，能够准确快速地实现远程故障报警，系统拓扑图如图1所示。本系统由两部分组成：红外线探测点和车辆段监控系统。



红外线探测点由单片机及Modem拨号，短距离无线通讯等部分组成，在系统满足可靠性和通用性的前提下，红外线探测点应实现以下几个方面的故障报警自动化。

(1)对红外设备的磁头故障(包括磁头损坏、丢失、磁头磁性不稳定等)进行自动远程报警。

(2)对主辅机的通讯故障(不接车)进行自动报警，若为设备死机造成的故障，可进行远程控制设备复位。

(3)对红外中心通讯故障或停电故障进行自动远程报警。

(4)可对附加的其他设备的工作或关闭进行远程控制(如电扇、空调、扫雪器等)。

(5)人员安全报警，当检修人员在探测点进行检测时，对火车接近进行报警，可保证检测人员人身安全。

(6)对房屋内人员的非法入侵进行自动远程报警。

(7)采用摄像拍摄的方法进行监控，具有动态检测进行报警功能，可实现人员入侵动态报警功能，考虑电话传输速度较慢，大量视频图像暂存于当地，检查人员使用U盘可将数据导出。

车辆段监控系统由服务器、Modem Pool、监控LED显示等部分组成。

主要完成对红外线探测点故障信号监控、红外线故障信息导入铁道部红外线段级红外线信息平台，存储、打印、显示等功能。

3 主要实现方案

红外线设备远程报警系统能实时监测红外线设备的工作状况，并通过安装在红外线设备机房的电话线把其数据传送到车辆段中心电脑上，也可在任何有电话的地方用一台电脑接收这些数据，系统独立工作，不影响红外线设备工作，即使系统不工作(故障)也不会影红外线设备工作。

3．1 主控制模块

主控制模块由信道检测、静态卡、传感器、液晶及电源组成，主要实现功能：

(1)实时接收各种模块的数据；

(2)能通过64×128液晶点阵显示各模块状态和数据，保存维修人员编码；

(3)与上级通过MODEM交换数据；

(4)侦听主、辅机之间的大列波形。

存贮和显示数据，主要包括最近14列车的大列波形；一日的信道状态；三日的供电状态，异常复位；一日探头供电箱，及辅机的各种电压值；近5日环温、箱温情况；近30日防盗、维修人员访问情况；近30日探头位置；最近14列车的1#、2#、3#磁头的平均值、最大值、最小值和噪声；探头定标值；近4日停电情况。系统构成如图2所示。



系统采用嵌入式控制器32位ARM结构微处理器，外围扩展存储器接口，液晶显示、键盘作为人机交互接口，通过RS 232和USB与PC机进行通讯，嵌入式控制器可支持工业现场总线、以太网两种网络结构。嵌入式控制器采用基于μC／OSⅡ内核的RTOS操作系统。

3．2 探头检测模块

这部分模块主要目标是检测探头大列波形；定标值以及探头位置；检测探头供电箱，及辅机的各种电压；检测磁头状态；检测供电、上电、掉电、异常复位；检测探测站与中心的信道状态及环温、箱温等情况。采集二路下探波形，64点采样，采集密度一样，采集长度增加一倍，即提前半个轴箱开始，延后半个轴箱结束；通过RS 485口上传主机探头位置，对于检测红外线设备轴温是否正常具有决定性意义，由于轴温探测设备安装在铁轨旁边，由于震动等原因，经常发生偏转，导致红外线设备检测波形不正确，探测轴温出现偏差，传统检测方法是采用三角尺测量，用香头在三角尺上放置热源，对比红外线探头波形校准，这种方法测量复杂，精确度较低。

采用电子罗盘可较好地解决这个问题，电子罗盘是测量方位角(航向角)比较经济的一种仪器，本系统采用TDCM3电子罗盘传感器模块，TDCM3电子罗盘由美国Precision Navigation生产。模块封装了一个三轴磁强计和一个高性能的两轴倾斜计，可以同时输出俯仰和滚动角，以及三维的磁场测量值。以前所有的罗盘都必须保持水平才能保证精度，因而只能采用一种笨拙的万向节，或再加上液体的方法来保持传感器的水平状态。TDCM3则使用了一个高性能的倾斜计(倾斜传感器)，允许微处理器在数学上改正倾斜角，因此，它是一种消除了机械常平架的电子罗盘。TDCM3电子罗盘对水平方向的角度测量为360°，同时，按照可测量倾斜角度范围，又分为20°，50°，80°。电子罗盘的数据输出可以是RS 232或RS 485标准的数据字符输出或者模拟输出，并且可以由主控计算机发出控制指令，来控制TD—CM3电子罗盘输出数据的种类、格式以及工作方式。

完整的TDCM3电子罗盘的数据输出为：

$C＜compass＞P＜pitch＞R＜roll＞X＜Bx＞Y＜By＞Z＜Bz＞T＜temp＞E＜error code＞校验和＜cr＞＜1f＞

数据中包含有罗盘角度C，载体的倾斜角P和横滚角度R，各向的磁场强度X，Y，Z，在开始校准好探头位置后，记录电子罗盘的数据输出，当俯仰角、方位角发生变化时，根据需要取用TDCM3电子罗盘提供的数据进行对比。如果变化超过一定范围，表明探头发生偏转，需要再次校准。