| 摘 要： 介紹了鐵路光通信無人值守站遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案,給出了相關(guān)電量的檢測和環(huán)境監(jiān)測的設(shè)計與實現(xiàn),討論了通信的問題。 關(guān)鍵詞： 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng) 隔離放大 單片機(jī)系統(tǒng) 服務(wù)比特數(shù)據(jù)通道 光通信 隨著鐵路通信網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大,小型通信站采用了各種類型的現(xiàn)代化通信設(shè)備,由于設(shè)備復(fù)雜,可靠性較高,大部分已采取無人值守方式。 但由于缺乏完整的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng),產(chǎn)生了很多問題。諸如：交流停電或電源的損壞、使用電池供電長時間工作直到電池放光、盜竊、溫度過高、火災(zāi)、地面浸水等,都有可能造成通信設(shè)備的不正常工作而帶來不可估量的損失。因而有必要也必須在無人值守的情況下,及時了解小站的工作情況,實現(xiàn)在通信段進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測。針對用戶的要求和對小站通信機(jī)房的分析研究,提出如下相關(guān)的內(nèi)容： · 交流電源; · 直流48V電源的電壓和電流; · 單體蓄電池的電壓（共4節(jié)12V電池）; · 環(huán)境溫度; · 門窗狀態(tài); · 地面浸水; · 火災(zāi)。根據(jù)需要可以擴(kuò)展; · 玻璃破碎; · 紅外微波防盜監(jiān)測; · 電池均勻、浮充的狀態(tài)及相應(yīng)的電流等。 １ 系統(tǒng)的構(gòu)成和功能 要想實現(xiàn)這一分布式遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng),必須含有如下三個主要部分：中心處理機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸通道、小站監(jiān)測前置端機(jī)。 1.1 中心處理機(jī) 硬件由多媒體計算機(jī)、通信轉(zhuǎn)換器、打印機(jī)、UPS電源構(gòu)成。軟件為基于WINDOWS 98平臺,用Delphi編制的應(yīng)用程序,完成通信、數(shù)據(jù)采集、分析處理、顯示、聲光告警、記錄的存儲和查詢、打印以及系統(tǒng)維護(hù)等。 1.2 數(shù)據(jù)傳輸通道 主要功能是給中心處理機(jī)和小站監(jiān)測前置端機(jī)提供一個數(shù)據(jù)傳輸媒體。我們設(shè)計的區(qū)間上采用TTL電平傳輸相關(guān)命令和數(shù)據(jù),也有采用RS-485協(xié)議,音頻信號等其它方式,這取決于光通信設(shè)備。為此我們還專為不同的設(shè)備設(shè)計有多協(xié)議通信轉(zhuǎn)換接口板。 1.3小站監(jiān)測前置端機(jī) 該部分的主要任務(wù)是完成上述所要監(jiān)測的內(nèi)容。 ２ 小站監(jiān)測前置端機(jī)的設(shè)計 考慮到所要監(jiān)測的內(nèi)容及全天候工作的特點和通信的便利,設(shè)計時把重點放在如何使該裝置能穩(wěn)定可靠的工作,而沒有過分地追求性能價格比。 該裝置由80C31、74HC373、27C64、8255、ADC0809、AD586基準(zhǔn)源、看門狗、譯碼驅(qū)動電路、6位LED數(shù)碼顯示、鍵盤、DC-DC電源模塊等構(gòu)成系統(tǒng)。  2.1 輸入的開關(guān)量 包括功能鍵、告警解除鍵、門、窗、煙霧、浸水。還可接紅外微波、玻璃破碎。門、窗用干簧管式的磁開關(guān),其它的采用專用開關(guān)節(jié)點式傳感組件監(jiān)測相關(guān)狀態(tài)。連接見圖１。 2.2 輸出的數(shù)字量 采用擴(kuò)展8255接口電路經(jīng)譯碼驅(qū)動后完成正常工作指示、報警指示、解除報警指示LED、煙霧的電源控制（直流SSR）、警笛聲報警控制（交流SSR）,6位LED數(shù)碼管顯示。因無人值守,故采取了顯示保護(hù)措施,減少電耗并延長壽命。 2.3 模擬量的采集 為便于通信,每一模擬量都采用一個字節(jié)傳送,在設(shè)計時采用ADC0809作為 模數(shù)轉(zhuǎn)換器,避免由電源的變化引入大的測量誤差,其供電和參考電壓采用AD586基準(zhǔn)源供電并記為Vref ,連接示意圖見２。 2.3.1 48V光設(shè)備供電電源與４節(jié)單體12V蓄電池的檢測 根據(jù)光設(shè)備供電電源的種類不同,其電路結(jié)構(gòu)上也有所不同。有的設(shè)備供電電壓等于4節(jié)電池電壓之和,有的不相等。但不管怎樣,這五個電壓是關(guān)聯(lián)量,因為在用同一個A/D來采集時必須共地,所以采用隔離放大器。為減少供電電源的路數(shù),經(jīng)研究決定采用AD202JY作為隔離放大器,采用單15V供電方便可靠,共五路。電路如圖3。只需調(diào)節(jié) 電位器即可調(diào)節(jié)量程。 2.3.2 電流的檢測 直接采用電流型電量隔離傳感器,使輸出在檢測范圍內(nèi)滿足０～5V,經(jīng)RC濾波和電壓跟隨器后接入A/D,非常方便,也便于安裝。 2.3.3 交流電壓的檢測 在設(shè)計時考慮到應(yīng)讓前置端機(jī)與交流電隔離,采用變壓器降壓,應(yīng)用有效值變換電路ADF536,得到相應(yīng)的交流電的有效值。采用減法電路,提高檢測精度,認(rèn)為160V以下為無效提供電壓,真實的檢測范圍在160～255V,這樣精度由原來的１％提高到0.4%。實際電路見圖４。 2.3.4 溫度的檢測 根據(jù)實際環(huán)境情況選取的測量范圍為－10°Ｃ～+50°Ｃ。因已有A/D轉(zhuǎn)換器,選用AD590作為傳感器,電路配置基本同圖4,只需將圖5的輸出接圖4的Vi 處即可。調(diào)試的方法,采用計算法。 程序框圖如圖６所示。 2.3.5 可靠性措施 為了保證小站前置端機(jī)在無人值守時全天候可靠地 運行,采用了如下措施： · 看門狗技術(shù),確保微處理器在 有監(jiān)視的情況下可靠運行; · 數(shù)字濾波技術(shù),在A/D轉(zhuǎn)換程序中采用數(shù)字濾波技術(shù),提高模擬量采集的可靠性。在開關(guān)量的采集中為避免誤動作,采用延時多次采集并加以判斷等; · 直流電源的優(yōu)化設(shè)計,采用高可靠性隔離型DC-DC變換模塊將直流48V變成所需的直流電壓。 ３ 通信的問題 為了保證前置端機(jī)和中心處理機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換,在該系統(tǒng)中采用多點輪詢的異步通信方式。即中心處理機(jī)按地址呼叫,小站接收后,若該地址與小站地址相同,進(jìn)行響應(yīng),將小站的相關(guān)數(shù)據(jù)送至中心處理機(jī)。 3.1 數(shù)據(jù)格式 11bit字結(jié)構(gòu)：1bit起始位,8bit數(shù)據(jù),1bit校驗位（奇校驗）,1bit停止位。 3.2 地址和波特率的設(shè)置 小站前置端機(jī)中擴(kuò)展的8255I/O口中的Ｂ口,接８位撥碼開關(guān)。其中５位為地址設(shè)置（0～31）,３位為波特率設(shè)置�？蓪崿F(xiàn)600、1200、2400、4800、9600bit/s的選取。 3.3 幀格式 幀頭、信息字段、檢驗和幀尾。  3.4 通信通道 采用光通信設(shè)備的2～8復(fù)用板中的服務(wù)比特數(shù)據(jù)通道作為通信通道。采用TTL電平進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,通信鏈路示意見圖７。 小站通信連接說明：為保證在本站關(guān)機(jī)或斷電的情況下不影響其他站的通信正常進(jìn)行,充分考慮到一般電路不能線與,否則造成損壞。所以在噪聲容限允許的情況下,加一個3.6KΩ限流電阻,此時線與即可正常工作。同時在實驗時發(fā)現(xiàn),當(dāng)小站關(guān)機(jī)時,RXD輸入端等效的輸入電阻也影響通信的進(jìn)行,所以在真正應(yīng)用時加一個上電吸合的繼電器,斷電時,自動與小站通信脫離。這樣一來,小站開機(jī)與否都不影響整個系統(tǒng)的通信工作,效果很好,避免產(chǎn)生由于一個小站而影響整個通信鏈路的工作,也不必增加備分電源。 ４ 應(yīng)用 該系統(tǒng)已成功地在某鐵路局一區(qū)間17個站安裝使用。從目前運行的情況看,真正解決了在無人值守的情況下,中心站也能及時了解小站的工作情況,避免了事故的發(fā)生。 | 
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