鐵路區(qū)間施工防護(hù)報警系統(tǒng)的設(shè)計

李博緒+++田立國+++李智+++熊金婷

摘 要：針對當(dāng)前鐵路區(qū)間施工時的防護(hù)報警問題，文章提出一種鐵路區(qū)間施工防護(hù)報警系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)鐵路工人在鐵路區(qū)間進(jìn)行線路施工時的防護(hù)報警，為施工安全提供設(shè)備保障。該報警系統(tǒng)通過嵌入式技術(shù)、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)列車到達(dá)時的檢測與傳輸，并通過振動和蜂鳴兩種方式實(shí)現(xiàn)報警。系統(tǒng)具有檢測靈敏度高、可靠性好、語音報警等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠大大減少人工成本，提高鐵路運(yùn)行的安全性，能夠在鐵路車站推廣應(yīng)用，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

關(guān)鍵詞：鐵路施工；防護(hù)報警；ZigBee；ARM處理器

1 概述

鐵路區(qū)間施工的形式有很多，包括工務(wù)施工、電務(wù)施工和接觸網(wǎng)施工等，但是施工區(qū)間的防護(hù)問題，一直是沿用人工防護(hù)的老辦法，既浪費(fèi)了區(qū)間通過能力，增加了作業(yè)人員，又容易防護(hù)失敗，釀成事故，直接關(guān)系著列車的行車安全和施工人員的生命安全，因此成為困擾鐵路施工防護(hù)的老大難問題。隨著鐵路提速及列車密度的增加，對區(qū)間線路施工防護(hù)水平的有效性和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。

針對上述問題，本文提出并設(shè)計了一種鐵路區(qū)間施工防護(hù)報警系統(tǒng)，通過傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車檢測，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)將信息傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)報警，從而為施工安全提供設(shè)備保障，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

鐵路區(qū)間防護(hù)報警系統(tǒng)整體包括四大部分：列車車體檢測部分、無線通信網(wǎng)絡(luò)和與該網(wǎng)絡(luò)相連的終端報警器、充電電池和充放電控制單元。（1）為了提高檢測的可靠性和裝置的可靠性，列車車體檢測部分的傳感器擬采用列車振動傳感器和車輪電磁感應(yīng)傳感器。（2）無線通信網(wǎng)絡(luò)，采用遠(yuǎn)距離無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在終端設(shè)備之間可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置多個中間節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)可與其他任一端接點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。（3）終端報警器采用常規(guī)的蜂鳴器和報警指示燈，工作人員隨身穿戴或攜帶的報警設(shè)備。（4）充放電控制單元，每個設(shè)備都采用安全可靠的鋰電池進(jìn)行供電，相比傳統(tǒng)鉛酸電池來說更加便于攜帶，每個電池模塊采用獨(dú)立的充放電控制單元，大大地提高了電池的使用壽命及安全性。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括列車檢測終端以及便攜式報警終端兩部分：列車車體檢測終端通過自身攜帶的傳感器檢測是否存在列車到來，然后將檢測信息通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去；便攜式報警終端用于接收列車到來時的報警信號，利用微型振動開關(guān)以及語音實(shí)現(xiàn)報警，其系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖如圖2所示。

2.1 控制模塊

本系統(tǒng)的列車檢測終端和便攜式報警終端的核心控制模塊均采用嵌入式ARM處理器STM32F103VE，該處理器內(nèi)設(shè)多個I/O端口、多種通信方式，具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)。

2.2 列車檢測模塊

列車檢測模塊主要包括列車振動傳感器和車輪磁鋼傳感器兩種傳感器模塊。

（1）振動傳感器采用壓電式振動傳感器，信號經(jīng)過集成電路處理后輸出與振動速度成比例的電壓信號；具有頻率范圍寬、動態(tài)范圍大、堅固耐用、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、安裝方便以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。（2）車輪磁鋼傳感器采用有源磁鋼傳感器，能夠感應(yīng)磁場的變化，當(dāng)列車接近有源磁鋼時，傳感器輸出正脈沖；當(dāng)列車遠(yuǎn)離時，傳感器輸出電壓為0V，從而能夠?qū)崿F(xiàn)列車的檢測。

2.3 ZigBee無線通信模塊

為了實(shí)現(xiàn)報警信號的遠(yuǎn)距離通信傳輸，本文采用ZigBee無線模塊CC2530構(gòu)成無線通信網(wǎng)絡(luò)，用于列車檢測信息的傳輸與接收。系統(tǒng)部署多個CC2530無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的通信，具有通信穩(wěn)定、成本低、功耗低等優(yōu)勢。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)鐵路區(qū)間施工防護(hù)報警系統(tǒng)的信息采集、傳輸和報警功能，通過列車檢測終端實(shí)現(xiàn)對列車的檢測，采用ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，最后利用便攜式報警終端實(shí)現(xiàn)報警，整個系統(tǒng)軟件功能流程如圖3所示：

4 結(jié)束語

本文提出一種鐵路區(qū)間施工防護(hù)報警系統(tǒng)，綜合運(yùn)用嵌入式、傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路區(qū)間內(nèi)施工時的報警防護(hù)。

本系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，充分利用ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路區(qū)間報警施工防護(hù)報警的應(yīng)用需求，拓展能力好，可以有效地節(jié)約能源，具有實(shí)際推廣和應(yīng)用價值，擁有極大的市場前景。

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