高速铁路防风防雨安全监测报警系统

    关键词：防风防雨 安全监测 无线通信网 信息传输方式 抗干扰

引言

高速列车运营的安全性，是全世界铁路部门均予以重视的问题。1981年6月印度马特那附近的铁桥和1986年12月日本山阴线余部桥梁上发生的列车灾害事故都说明：一个及时、准确、可靠的报警系统，对于避免这些事故的发生至关重要。本文针对高速铁路中高架桥和高路堤上列车运行的安全性，提出了安全监测系统方案：报警装置对与列车安全行使有关的参数进行实时采集和处理，根据专家系统综合处理采集的数据发出报警与限速信息，并通过无线通信将这些信息传输给列车上的调度中心。

一、系统总体设计

本系统分为两大部分：一是对风速、风向、降雨量、环境温度和轨道振动信号的监测装置（装于需监测的高路堤或高架桥上），主要包括以AT89C52单片机为核心的基本数据采集处理模块，以RS-232-C标准接口芯片MAX202CPE为主的有线通信接口模块及以FC-202BN为主的无线通信模块；二是监控报警信息传输系统，利用有线通信或无线通信方式，实现该装置同调度所的上位计算机（PC）进行报警信息传输，或者直接同列车上的电台通过无线通信传输报警信息。有线或无线通信采用开放式的二级通信网络结构，其结构框图如图1所示。
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    1.硬件设计

监测装置主要由数据采集处理模块、无线通信模块、硬件抗干扰模块、数据存储模块等组成。监视装置硬件结构框图如图2所示。

（1）单片机数据采集处理模块

数据采集主要由AT89C52单片机、AT28C64存储器、8279键盘显示接口芯片、8155、ADC0809等组成。鉴于AT89C52的宽工作电压范围，高容量的Flash程序存储器、可靠的加密方式、较好的兼容性，我们采用该芯片。同时利用AT28C64存储历史参数值及可修改常数、报警值设定等。Intel公司的8279具有键盘显示接口的强大功能，扩展4×4的键盘和外接5位LED显示器，使之具有良好的人机界面。8155主要完成风向格雷码信号的并行采集。ADC0808用于处理雨量和加速度传感器的模拟信号。

（2）无线通信模块

电平转换器由RS-232-C标准接口芯片MAX202CPE构成。利用RS-232-C接口进行有线通信，虽然相对于TTL电平抗干扰能力大大提高，但由于受回路电容负载限制，同时它属于单端信号，传送存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，其通信距离仅在20m内，这远远不能满足实际要求。若采用RS-485接口，通信可达数km，但由于回路电容大而可靠性不高，为此采用无线通信方式。

    FC-202无线通信模块由发射机、接收机、锁相环、基带处理及调制解调器、CPU（AT89C2051）、RS-232-C接口组成，如图3所示。其通信原理为：采用MSK调制方式，将基带信号调制并将功率放大成射频信号，再利用VHF/UHF频段发送和接收，然后解调、放大还原成相应的基带信号，完成数据无线传输。FC-202无线数传模块内含VHF/UHF频段范围的无线收发机。收发采用双锁相环及双VCO技术，收发转换速度快，其接口为RS-232-C标准接口，可直接连接计算机或带有串口的设备。FC-202无线数传模块可存储16个通信信道，空中传输率兼容1200b/s或2400b/s，模块功率为5W，可方便完成15km以内的远距离无线数据传输。

（3）硬件抗干扰

单片机系统包括较大功率的电源电路、高速数字电路、小信号模拟电路。为避免各部分信号的相互耦合，对硬件抗干扰采取了电源去耦、模拟信号滤波、分离布局不同类型的电路、加大电源和地线的走线面积等措施。

2.软件设计

（1）单片机多机通信程序设计