基于ZIGBEE技術(shù)的鐵路信號器材檢測系統(tǒng)

【摘 要】使用ZIGBEE無線傳輸技術(shù)理論，結(jié)合智能儀表和CC2530芯片為核心，設(shè)計(jì)基于ZIGBEE技術(shù)的鐵路信號器材檢測系統(tǒng)，應(yīng)用到鐵路局中各種鐵路信號器材的檢測，提高鐵路檢修人員工作效率，達(dá)到科學(xué)化管理的要求。同時(shí)，介紹了系統(tǒng)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的方法。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)測量準(zhǔn)確、操作簡捷方便。

【關(guān)鍵詞】鐵路信號器材 ZIGBEE技術(shù) 智能儀表 Visual Basic

隨著鐵路的不斷發(fā)展和高鐵現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，鐵路需要引進(jìn)更多的信號設(shè)備。但是由于諸多因素，設(shè)備在使用過程中也會(huì)出現(xiàn)很多的問題，為了能保證鐵路正常的運(yùn)行，部分需要更新，但更多的設(shè)備需要不斷進(jìn)行維護(hù)和檢修。由于設(shè)備的更新導(dǎo)致原來的檢測設(shè)備無法完成新器材的測試。而且在測試過程中，需要搭建測試電路，檢測手段比較陳舊，造成部分參數(shù)無法測試或測試不準(zhǔn)確，工作效率低，甚至還存在有安全隱患。為了消除測試過程中出現(xiàn)的以上問題，考慮到ZIGBEE技術(shù)[1-3]具有低成本、低功耗和低復(fù)雜度等優(yōu)勢，設(shè)計(jì)了一種使用智能儀表和ZIGBEE無線傳輸技術(shù)，以CC2530[1-2]單片機(jī)為核心的鐵路信號檢測系統(tǒng)，以適應(yīng)鐵路局不斷發(fā)展的需要，提高工作效率。

一、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，整個(gè)系統(tǒng)由各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和個(gè)人PC機(jī)組成，其中終端節(jié)點(diǎn)由CC2530模塊和智能儀表等電路組成，協(xié)調(diào)器由CC2530模塊電路和串口模塊等組成。終端節(jié)點(diǎn)使用MODBUS協(xié)議[4-5]讀取相關(guān)的參數(shù)，然后發(fā)送出去，協(xié)調(diào)器在接收到數(shù)據(jù)后，通過串口發(fā)送到PC上，基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

系終終端節(jié)點(diǎn)可以采集鐵路信號器材的電壓、電流、絕緣電阻、相位和計(jì)時(shí)器等數(shù)據(jù)。

二、硬件接口的連接

由于系統(tǒng)中使用的智能儀表采用的都是標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口實(shí)現(xiàn)，智能儀表采用的是西安邁特儀表有限公司生產(chǎn)的自動(dòng)量程直流電壓表、自動(dòng)量程直流電流表、自動(dòng)量程交流電壓表、自動(dòng)量程交流電流表、自動(dòng)量程電阻表、相位表等，這些儀表的通訊協(xié)議遵照Modbus-RTU協(xié)議。因此使用單片機(jī)可以快速的讀取到相關(guān)數(shù)據(jù)。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

軟件設(shè)計(jì)主要由三個(gè)部份組成，分別是終端節(jié)點(diǎn)軟件、協(xié)調(diào)器軟件和PC機(jī)管理軟件。終端節(jié)點(diǎn)軟件、協(xié)調(diào)器軟件使用C語言進(jìn)行編程。上位機(jī)采用的是Visual Basic軟件實(shí)現(xiàn)。

（一）終端節(jié)點(diǎn)和控制器軟件實(shí)現(xiàn)

終端節(jié)點(diǎn)采用的是CC2530模塊，在編程的過程中，首先要設(shè)置相應(yīng)的的頻道、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)號、終端節(jié)點(diǎn)地址、控制器地址、測試參數(shù)的類型等參數(shù)，其中測試參數(shù)的類型中，0代表電壓值、1代表電流值、2代表電阻值、3代表相位值、4代表的計(jì)時(shí)器時(shí)間。當(dāng)采集到數(shù)據(jù)后向協(xié)調(diào)器發(fā)送，數(shù)據(jù)發(fā)送的格式設(shè)置成：發(fā)送標(biāo)識(shí)號+發(fā)送數(shù)據(jù)類型+數(shù)據(jù)長度+發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容+校驗(yàn)碼。協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信，因此協(xié)調(diào)器也要設(shè)置相應(yīng)的頻道、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)號、終端節(jié)點(diǎn)地址、控制器地址、測試參數(shù)的類型等參數(shù)，設(shè)置完成后就進(jìn)入數(shù)據(jù)通信狀態(tài)。具體的流程如圖2、圖3所示。

（二）上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)

PC上位機(jī)主要完成與協(xié)調(diào)器的通訊，將接收到的在系統(tǒng)軟件上實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)。由于上位機(jī)要采集的是多個(gè)數(shù)據(jù)，所以要周期地發(fā)出請求指令，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)采集數(shù)據(jù)，在獲取到數(shù)據(jù)后還要判斷是什么類型的數(shù)值。上位機(jī)軟件某一器材檢修界面如圖4所示。系統(tǒng)的報(bào)表功能、預(yù)覽功能則由VB中MSHFlexGrid、DataGrid、ListView等表格組件來完成，打印預(yù)覽的效果圖如圖5所示。

智能儀表在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛地應(yīng)用，ZIGBEE技術(shù)由于其諸多的優(yōu)點(diǎn)在近距離無線連接應(yīng)用場合也得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于ZIGBEE技術(shù)的鐵路信號器材檢測系統(tǒng)在鐵路局得到了很好地應(yīng)用，提高了工作效率。此系統(tǒng)對于其它類似系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的借鑒和參考價(jià)值。此系統(tǒng)稍加修改或擴(kuò)展就可以應(yīng)用到其它信號的采集和傳輸。該系統(tǒng)經(jīng)過較長時(shí)間的應(yīng)用，結(jié)果顯示：檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

參考文獻(xiàn)：

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南寧鐵路局科技項(xiàng)目（電10_3），柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院立項(xiàng)項(xiàng)目（2010-07）

作者簡介：

傅以盤：柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子學(xué)院教師，實(shí)驗(yàn)師，研究方向電工電子、電氣控制。

莫金海：桂林電子科技大學(xué)碩士生導(dǎo)師，高級工程師，研究方向電力電子及電氣傳動(dòng)、自動(dòng)控制。