列车巡检智能管理系统的设计

    铁路运输是我国各种运输方式中的主力，实现铁路列车在途信息实时管理是列车必然的发展方向．铁路信息化发展趋势是掌握列车运行中内部的各种信息，如列车车厢运行状态、列车温度、载重程度、列车湿度等．铁路运输具有分布地域广、实时性信息要求精确度高等特点．列车巡检智能管理系统的引入将大大提高在途列车信息的实时性、准确性，从而提高列车管理部门的管理水平和工作效率．

1 系统功能及组成 

    列车运行时无法与车站控制台实现实时通信，车站控制台不能得到列车运行时的信息，给车站管理人员带来了极大的不便．巡检管理系统采用巡更技术，可以记录列车运行时的信息，并通过GPRS网络传输，将信息发送至车站控制台，从而实现实时通信，提高控制台的管理能力．巡检智能管理系统的结构如图1，检测设备对列车进行定时检测，并将检测结果传输至巡更系统中的信息纽扣中，巡更员使用巡更棒获取信息，再发送至车站控制台．

图1 系统结构

2 系统硬件设计 

2．1 检测设备 

    检测设备由重量传感器、温度传感器、湿度传感器、测速传感器4部分组成． 

    2．1．1 重量传感器：将压力形变测重传感器安装在车体与行走部之间，传感器将重力转化为电压，经放大及过滤处理后，传输至信息钮扣． 
    2．1．2 温度传感器：温度传感器采用热电偶式设计．热电偶由2种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套，使用方便．将2种不同材料的导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路．当导体A和B的2个执着点I和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个电流，传输至信息钮扣． 
    2．1．3 湿度传感器：湿度传感器主要由湿敏电容和转换电路2部分组成．湿敏电容由玻璃底衬、下电极、湿敏材料、上电极4部分组成．2个下电极与湿敏材料、上电极构成2个电容串联连接．湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化：当环境相对湿度增大时，湿敏电容随之增大；反之减小．传感器转换电路把湿敏电容变化量转换成电压变化，对应于相对湿度0～100％RH的变化，传感器的输出呈0～1 V的线性变化，并传输至信息钮扣． 
    2．1．4 测速传感器：在机车车轴上安装激光发射及感应装置，在轮对相应的位置上安装反射镜，通过计算列车运行时车轮每秒转次W，从而根据V=W·2π·R 计算出列车运行速度，其中r为轮对半径．

2．2 巡更系统

    该系统由信息钮扣(iButton)、巡更棒、通信座、列车长专用PC(系统管理软件)4部分组成，如图1．在每个巡更点设置一个信息钮扣，信息钮扣中存储了该点的检测设备的检测信息；巡更员手持不锈钢巡更棒，到达巡更点时只需用巡更棒接触嵌在车上的信息钮扣，就可以把到达该巡更点的时间、检测信息等数据自动记录在巡更棒上．巡更员完成巡更后，把巡更棒插入通信座，将所有巡更记录传送到列车长专用PC，系统管理软件立即显示出该巡更员巡更的路线、到达每个巡更点的时间和名称及漏查的巡更点，并按照要求生成巡更报告．

    2．2．1 信息钮扣 

    信息钮扣是一个直径为16 mm左右的微型计算机晶片，具有双向通信功能，数据传输使用独特的单总线协议．信息钮扣一端通过数据线与检测设备连接，另一端接地．信息钮扣同巡更棒的信息传输仅需短暂接触即可完成，最高传输速率可达126 kb／s．在信息钮扣晶片上刻有8位数字，为其独一无二的编号，使用激光工艺，可永久保留，并加保护层，使其不可更改、伪造．信息钮扣的关键部件硅晶片被封装在不锈钢防护壳中，这使它具有超强的抗冲击、防腐蚀、防静电、防水、防磨擦、防干扰等性能，极大地提高数据的安全性，延长了信息钮扣的使用寿命．信息钮扣工作黄金温度为-o～+55℃．硅晶片内部使用先进的防静电电路，使其能承受6 000 V的静电而确保硬件本身及保存数据完好无损． 

    2．2、2 巡更棒 

    巡更棒是对巡更员及巡更过程进行记录和管理的工具．采用嵌入式技术，可存储2 000条巡更记录，内置实时时钟和个人身份信息．该巡更棒像普通手持电筒，在握把处设计了2个按钮，颜色分别为红、绿2种标准色．正常情况，按下绿色按钮，巡更棒处于休眠状态；按下红色按钮，读取巡更信息．巡更棒采用大容量充电电池供电，要求体积尽可能小，便于携带，所以要选择功耗小、体积小、集成度高的器件．巡更棒使用DS1302时钟芯片作为系统时钟．该芯片通过程序设定和提供年、月、日、时、分、秒、星期等时间参数，有2个电源，一主一备，备用电源可接锂电池，对电池进行充电．当主电源断开时，可自动切换备用电源而保证时间数据不丢失．巡更棒工作电压范围5～215 V，具有简单的总线串行接口，本系统采用9 V电池供电，通过LM293l稳压至5 V工作电压．当输入端LM降至513 V时，输出端仍有5 V，其性能远优于LM7805．巡更棒的信息最终要传给列车长专用PC进行管理．由于列车长专用PC采用RS232协议，在此设计了通讯座，将RS232电平转换成TrL电平，使用89C205l的串行通讯功能与列车长专用PC交换数据。