高速鐵路防風(fēng)防雨安全監(jiān)測報警系統(tǒng)

時間：2024-07-05 14:30:48 理工畢業(yè)論文我要投稿

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摘要：介紹一種基于單片機與上位機有線或無線通信的防風(fēng)、防雨安全監(jiān)測報警及信息傳輸系統(tǒng)；分析數(shù)據(jù)采集和處理方法；利用軟件和硬件抗干擾技術(shù)，闡述通信高級語言實現(xiàn)多機通信的途徑。該系統(tǒng)無線通信距離遠(yuǎn)，可方便地構(gòu)成鐵路防風(fēng)、防雨信息子系統(tǒng)并接入鐵路信息網(wǎng)。

引言

高速列車運營的安全性，是全世界鐵路部門均予以重視的問題。1981年6月印度馬特那附近的鐵橋和1986年12月日本山陰線余部橋梁上發(fā)生的列車災(zāi)害事故都說明：一個及時、準(zhǔn)確、可靠的報警系統(tǒng)，對于避免這些事故的發(fā)生至關(guān)重要。本文針對高速鐵路中高架橋和高路堤上列車運行的安全性，提出了安全監(jiān)測系統(tǒng)方案：報警裝置對與列車安全行使有關(guān)的參數(shù)進行實時采集和處理，根據(jù)專家系統(tǒng)綜合處理采集的數(shù)據(jù)發(fā)出報警與限速信息，并通過無線通信將這些信息傳輸給列車上的調(diào)度中心。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)分為兩大部分：一是對風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、環(huán)境溫度和軌道振動信號的監(jiān)測裝置（裝于需監(jiān)測的高路堤或高架橋上），主要包括以AT89C52單片機為核心的基本數(shù)據(jù)采集處理模塊，以RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)接口芯片MAX202CPE為主的有線通信接口模塊及以FC-202BN為主的無線通信模塊；二是監(jiān)控報警信息傳輸系統(tǒng)，利用有線通信或無線通信方式，實現(xiàn)該裝置同調(diào)度所的上位計算機（PC）進行報警信息傳輸，或者直接同列車上的電臺通過無線通信傳輸報警信息。有線或無線通信采用開放式的二級通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.硬件設(shè)計

監(jiān)測裝置主要由數(shù)據(jù)采集處理模塊、無線通信模塊、硬件抗干擾模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等組成。監(jiān)視裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

（1）單片機數(shù)據(jù)采集處理模塊

數(shù)據(jù)采集主要由AT89C52單片機、AT28C64存儲器、8279鍵盤顯示接口芯片、8155、ADC0809等組成。鑒于AT89C52的寬工作電壓范圍，高容量的Flash程序存儲器、可靠的加密方式、較好的兼容性，我們采用該芯片。同時利用AT28C64存儲歷史參數(shù)值及可修改常數(shù)、報警值設(shè)定等。Intel公司的8279具有鍵盤顯示接口的強大功能，擴展4×4的鍵盤和外接5位LED顯示器，使之具有良好的人機界面。8155主要完成風(fēng)向格雷碼信號的并行采集。ADC0808用于處理雨量和加速度傳感器的模擬信號。

（2）無線通信模塊

電平轉(zhuǎn)換器由RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)接口芯片MAX202CPE構(gòu)成。利用RS-232-C接口進行有線通信，雖然相對于TTL電平抗干擾能力大大提高，但由于受回路電容負(fù)載限制，同時它屬于單端信號，傳送存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，其通信距離僅在20m內(nèi)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際要求。若采用RS-485接口，通信可達數(shù)km，但由于回路電容大而可靠性不高，為此采用無線通信方式。

FC-202無線通信模塊由發(fā)射機、接收機、鎖相環(huán)、基帶處理及調(diào)制解調(diào)器、CPU（AT89C2051）、RS-232-C接口組成，如圖3所示。其通信原理為：采用MSK調(diào)制方式，將基帶信號調(diào)制并將功率放大成射頻信號，再利用VHF/UHF頻段發(fā)送和接收，然后解調(diào)、放大還原成相應(yīng)的基帶信號，完成數(shù)據(jù)無線傳輸。FC-202無線數(shù)傳模塊內(nèi)含VHF/UHF頻段范圍的無線收發(fā)機。收發(fā)采用雙鎖相環(huán)及雙VCO技術(shù)，收發(fā)轉(zhuǎn)換速度快，其接口為RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)接口，可直接連接計算機或帶有串口的設(shè)備。FC-202無線數(shù)傳模塊可存儲16個通信信道，空中傳輸率兼容1200b/s或2400b/s，模塊功率為5W，可方便完成15km以內(nèi)的遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳輸。

（3）硬件抗干擾

單片機系統(tǒng)包括較大功率的電源電路、高速數(shù)字電路、小信號模擬電路。為避免各部分信號的相互耦合，對硬件抗干擾采取了電源去耦、模擬信號濾波、分離布局不同類型的電路、加大電源和地線的走線面積等措施。

2.軟件設(shè)計

（1）單片機多機通信程序設(shè)計

AT89C52單片機本身具有全雙工串行數(shù)據(jù)通信功能，其實現(xiàn)由SCON和PCON兩個特殊寄存器控制。本系統(tǒng)選用方式3的9位數(shù)據(jù)異步通信方式，無奇偶校驗。通信時各單片機裝置中SCON的SM2均設(shè)置為1，上位機發(fā)送某一地址碼并置R1，則所有的單片機均發(fā)生接收中斷，此時表明上位機發(fā)來的信息是1幀地址信息。當(dāng)某一單片機發(fā)現(xiàn)其接收的地址信息與本機地址相符時，SM2=0，并把本機地址作為應(yīng)答信號返回給上位機，準(zhǔn)備接收上位機發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)。地址相符的單片機收第9位為0的數(shù)據(jù)或命令；而地址不符的單片機則保持SM2=1，不能產(chǎn)生中斷標(biāo)志，信息將拋棄，從而實現(xiàn)了上位機與單片機的一對一通信。通信初始化為

MOV SCON，#0F0H

MOV PCON，#00H

MOV TMOD，#20H

MOV TH1，#0F3H

MOV TL1，#0F3H

（2）PC機軟件設(shè)計

在串行通信中調(diào)用Windows的API接口方法，是實現(xiàn)VB直接控制串行口硬件的有效方案。VB提供了一個名為Mscomm的控件（或Winsock控件），能為應(yīng)用程序提供串行通信功能。初始化和定時數(shù)據(jù)通信程序如下：

Dim Cindata As Variant

Dim Coutdata(0) As Byte

Private Sub Form_Load()

MSComm1.CommPort=2 '端口設(shè)置為2

MSComm1.PortOpen=True '打開端口