地鐵作業平臺輔助管理系統

摘 要：針對地鐵檢修過程中，存在威脅人身安全的安全隱患。本文對安全隱患進行分析、探討。并提出相應的解決方案，試圖從技術層面徹底解決該問題，設計了一套檢修作業管理系統。該系統以STM32控制為核心，身份識別、進出檢測為主要檢測裝置，對作業人員的作業動態進行實時監管，當作業平臺存在作業人員時報警提示，防止疏忽而造成的觸電事故，同時該系統還能夠對人員身份進行識別，防止因意外闖入而造成觸電的隱患。

關鍵詞：地鐵檢修;STM32;身份識別;進出檢測

引言

地鐵日常故障處理及修程中需要檢修人員登頂三層平臺進行作業，大多數地鐵公司采用受電弓的方式進行供電如南京地鐵、濟南地鐵等，受電弓在該平臺，如果人員管理不到位，則可能造成人員觸電的風險[1]。各地鐵公司雖然制定了嚴謹且詳細的管理措施，流程上雖一定程度上減少了風險隱患，但降低了作業效率增加了人員負擔，同時仍存在受電弓已供電人員未撤離的風險隱患[2]，因此，設計一套具備人員身份識別、出入檢測、緊急報警的檢修作業輔助管理系統至關重要。

1 裝置整體設計

檢修管理系統包括主處理器、傳感器模塊、電源模塊、顯示模塊、報警模塊等部分組成，其中傳感器模塊包括紅外模塊和射頻卡模塊，其結構如圖1所示。主處理器采用ARM構架的M3系利芯片STM32F103RCT6，該芯片具備高性能、低功耗能夠滿足設計要求，采用射頻卡模塊采集人員身份核實進入權限;采用紅外傳感器對人員的出入狀態進行實時監測，進入三層平臺時若多人采用一張射頻卡進入品臺系統進行提示并將信息反饋到調度組但不報警;撤離作業平臺時，首先查看進入人員數量是否與撤離人員數量相同，人數不相等時直接進行聲光報警謹防人員進行合閘操作，試圖從技術層面上剞劂人身安全問題。

2 硬件部分設計

2.1傳感器模塊設計

射頻卡模塊采用RC522，該芯片應用于13.56MHz非接觸式通訊的讀寫芯片，該模塊廣泛應用于圖書館管理、門禁系統等領域。該模塊采用SPI與ST2M32通訊，使用SPI通訊時，STM32僅使用4個普通I/O口即可實現數據寫入與讀取[4，5]，本文中使用端口為PA0、PA1、PA4及PA12。紅外傳感器其內部結構較為簡單，有一個紅外發射裝置和一個紅外接受裝置，當遇到障礙物時接受裝置反饋高電平信號，當無遮擋物時接受裝置反饋低電平信號，通過多組傳感器檢測人員的進出狀態，本文使用PA8、PA9、PA11、PA14端口的紅外檢測裝置作為人員進入檢測，使用PC11、PC12、PD2、PA15端口的紅外檢測裝置作為人員撤離檢測。

2.2 顯示模塊及報警模塊電路設計

顯示模塊采用2.8英寸TFTLCD屏幕，該塊屏幕同時具備電阻觸屏功能，能夠在原有界面中直接開發管理模式，無需增添按鍵模塊，為用戶的二次開發提供了硬件基礎，其數據傳輸采用并口方式，該方式能夠實現數據的實時刷新不存在延時現象，但占用STM32的I/O口較多。

2.3報警模塊

報警模塊的主體是有源蜂鳴器，通過聲音的方式進行報警提示，該模塊不能采用STM32的I/O口直接進行驅動，需要設計相應的外圍電路。本文中使用三極管開關電路進行驅動。報警時采用高亮LED進行配合，以此警示合閘人員不允許合閘（作業人員未撤離現場）。同時，利用作業人員進入區間和撤離區間的時差，完成作業時長統計。

3 軟件部分設計

3.1檢測及報警程序設計

系統采用STM32來進行設計，軟件部分采用Keil Uvision5進行開發，檢測模塊使用射頻卡及紅外傳感器，系統首先對各部分使用引腳進行初始化，后對人員身份進行認證，認證通過后允許人員通過，認證通過后對人員進出狀態進行判定，當撤離人員少于進入人員時系統自動進行提醒，其軟件流程圖如下圖2所示。

3.2顯示模塊程序設計

系統采用TFTLCD作為顯示模塊，該LCD驅動程序與普通LCD驅動程序基本相同，但由于TFTLCD包含紅、藍、綠、棕、灰等顏色種類，因而程序執行中首先對顏色進行設置，該模塊不具有漢字字庫，因而通過設計漢字字庫的方式顯示漢字顯示。

4 功能測試

完成硬件搭建和程序設計后，對裝置進行測試，首先模擬列車以掛好接地線（屏幕顯示接地桿已落下），對射頻卡身份識別和人員出入狀態分別進行測試，經測試射頻卡模塊能夠準確判斷出人員身份，紅外模塊能夠識別出人員進出狀態，符合預期的設計目標，實物測試如圖3所示。

參考文獻：

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[4]Rosenbaum B P. RFID in Health Card： Privacy and Security Concerns Limiting Adoption[J]. Journal of Medical Systems.2014，38（3）：197-209.

[5]劉燕紅，儲曉華. 基于STM32的智能門禁系統設計[J].科技經濟導刊，2018，26（7）：25-27.

[6]楊晶晶. 基于STM32的智能門禁系統的設計[D].唐山：華北理工大學，2019.

作者簡介：

孫騰飛（1985.11—），男，漢族，山東青島，學歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：檢測與監控技術。