鐵路區(qū)間施工防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李博緒+++田立國(guó)+++李智+++熊金婷

摘 要：針對(duì)當(dāng)前鐵路區(qū)間施工時(shí)的防護(hù)報(bào)警問(wèn)題，文章提出一種鐵路區(qū)間施工防護(hù)報(bào)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(shí)的防護(hù)報(bào)警，為施工安全提供設(shè)備保障。該報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)嵌入式技術(shù)、ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)列車到達(dá)時(shí)的檢測(cè)與傳輸，并通過(guò)振動(dòng)和蜂鳴兩種方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警。系統(tǒng)具有檢測(cè)靈敏度高、可靠性好、語(yǔ)音報(bào)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(huì)效益。

關(guān)鍵詞：鐵路施工；防護(hù)報(bào)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(wèn)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(guò)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(wèn)題。隨著鐵路提速及列車密度的增加，對(duì)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(duì)上述問(wèn)題，本文提出并設(shè)計(jì)了一種鐵路區(qū)間施工防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車檢測(cè)，通過(guò)無(wú)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(bào)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(bào)警系統(tǒng)整體包括四大部分：列車車體檢測(cè)部分、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和與該網(wǎng)絡(luò)相連的終端報(bào)警器、充電電池和充放電控制單元。（1）為了提高檢測(cè)的可靠性和裝置的可靠性，列車車體檢測(cè)部分的傳感器擬采用列車振動(dòng)傳感器和車輪電磁感應(yīng)傳感器。（2）無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，采用遠(yuǎn)距離無(wú)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(gè)中間節(jié)點(diǎn)，每個(gè)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(bào)警器采用常規(guī)的蜂鳴器和報(bào)警指示燈，工作人員隨身穿戴或攜帶的報(bào)警設(shè)備。（4）充放電控制單元，每個(gè)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(lái)說(shuō)更加便于攜帶，每個(gè)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(jì)

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括列車檢測(cè)終端以及便攜式報(bào)警終端兩部分：列車車體檢測(cè)終端通過(guò)自身攜帶的傳感器檢測(cè)是否存在列車到來(lái)，然后將檢測(cè)信息通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去；便攜式報(bào)警終端用于接收列車到來(lái)時(shí)的報(bào)警信號(hào)，利用微型振動(dòng)開(kāi)關(guān)以及語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)報(bào)警，其系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

2.1 控制模塊

本系統(tǒng)的列車檢測(cè)終端和便攜式報(bào)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(gè)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(cè)模塊

列車檢測(cè)模塊主要包括列車振動(dòng)傳感器和車輪磁鋼傳感器兩種傳感器模塊。

（1）振動(dòng)傳感器采用壓電式振動(dòng)傳感器，信號(hào)經(jīng)過(guò)集成電路處理后輸出與振動(dòng)速度成比例的電壓信號(hào)；具有頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、堅(jiān)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(chǎng)的變化，當(dāng)列車接近有源磁鋼時(shí)，傳感器輸出正脈沖；當(dāng)列車遠(yuǎn)離時(shí)，傳感器輸出電壓為0V，從而能夠?qū)崿F(xiàn)列車的檢測(cè)。

2.3 ZigBee無(wú)線通信模塊

為了實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的遠(yuǎn)距離通信傳輸，本文采用ZigBee無(wú)線模塊CC2530構(gòu)成無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，用于列車檢測(cè)信息的傳輸與接收。系統(tǒng)部署多個(gè)CC2530無(wú)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(shì)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)鐵路區(qū)間施工防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)的信息采集、傳輸和報(bào)警功能，通過(guò)列車檢測(cè)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的檢測(cè)，采用ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，最后利用便攜式報(bào)警終端實(shí)現(xiàn)報(bào)警，整個(gè)系統(tǒng)軟件功能流程如圖3所示：

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種鐵路區(qū)間施工防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)，綜合運(yùn)用嵌入式、傳感器、無(wú)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(shí)的報(bào)警防護(hù)。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，充分利用ZigBee無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路區(qū)間報(bào)警施工防護(hù)報(bào)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(jià)值，擁有極大的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]秦武.列車接近無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（9）：117-120.

[2]劉科.基于ZigBee的列車到達(dá)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都理工大學(xué)，2011，05.

[3]劉建震.鐵路施工安全防護(hù)應(yīng)用無(wú)線傳輸報(bào)警的研究及應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2010，2：8-9.

[4]高兵權(quán)，肖學(xué)福，湯麗，等.基于STM8S單片機(jī)的貨場(chǎng)鐵路道口自動(dòng)報(bào)警裝置設(shè)計(jì)[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（10）：35-37.