铁路区间施工防护报警系统的设计

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摘 要：针对当前铁路区间施工时的防护报警问题，文章提出一种铁路区间施工防护报警系统，用于实现铁路工人在铁路区间进行线路施工时的防护报警，为施工安全提供设备保障。该报警系统通过嵌入式技术、ZigBee无线传感器网络技术等，实现列车到达时的检测与传输，并通过振动和蜂鸣两种方式实现报警。系统具有检测灵敏度高、可靠性好、语音报警等诸多优点，能够大大减少人工成本，提高铁路运行的安全性，能够在铁路车站推广应用，具有很强的经济和社会效益。
关键词：铁路施工；防护报警；ZigBee；ARM处理器
1 概述
铁路区间施工的形式有很多，包括工务施工、电务施工和接触网施工等，但是施工区间的防护问题，一直是沿用人工防护的老办法，既浪费了区间通过能力，增加了作业人员，又容易防护失败，酿成事故，直接关系着列车的行车安全和施工人员的生命安全，因此成为困扰铁路施工防护的老大难问题。随着铁路提速及列车密度的增加，对区间线路施工防护水平的有效性和准确性提出了更高的要求。
针对上述问题，本文提出并设计了一种铁路区间施工防护报警系统，通过传感器技术实现列车检测，通过无线网络传输技术将信息传输给监控系统，实现报警，从而为施工安全提供设备保障，系统原理框图如图1所示。
铁路区间防护报警系統整体包括四大部分：列车车体检测部分、无线通信网络和与该网络相连的终端报警器、充电电池和充放电控制单元。（1）为了提高检测的可靠性和装置的可靠性，列车车体检测部分的传感器拟采用列车振动传感器和车轮电磁感应传感器。（2）无线通信网络，采用远距离无线模块进行数据传输，在终端设备之间可根据实际情况设置多个中间节点，每个节点可与其他任一端接点进行数据交换。（3）终端报警器采用常规的蜂鸣器和报警指示灯，工作人员随身穿戴或携带的报警设备。（4）充放电控制单元，每个设备都采用安全可靠的锂电池进行供电，相比传统铅酸电池来说更加便于携带，每个电池模块采用独立的充放电控制单元，大大地提高了电池的使用寿命及安全性。
2 系统硬件设计
本系统的硬件设计包括列车检测终端以及便携式报警终端两部分：列车车体检测终端通过自身携带的传感器检测是否存在列车到来，然后将检测信息通过ZigBee无线网络发送出去；便携式报警终端用于接收列车到来时的报警信号，利用微型振动开关以及语音实现报警，其系统硬件设计原理图如图2所示。
2.1 控制模块
本系统的列车检测终端和便携式报警终端的核心控制模块均采用嵌入式ARM处理器STM32F103VE，该处理器内设多个I/O端口、多种通信方式，具有高性能、低成本、低功耗的特点。
2.2 列车检测模块
列车检测模块主要包括列车振动传感器和车轮磁钢传感器两种传感器模块。
（1）振动传感器采用压电式振动传感器，信号经过集成电路处理后输出与振动速度成比例的电压信号；具有频率范围宽、动态范围大、坚固耐用、可靠性强、稳定性好、安装方便以及抗干扰能力强等优点。（2）车轮磁钢传感器采用有源磁钢传感器，能够感应磁场的变化，当列车接近有源磁钢时，传感器输出正脉冲；当列车远离时，传感器输出电压为0V，从而能够实现列车的检测。
2.3 ZigBee无线通信模块
为了实现报警信号的远距离通信传输，本文采用ZigBee无线模块CC2530构成无线通信网络，用于列车检测信息的传输与接收。系统部署多个CC2530无线通信模块，实现了远距离的通信，具有通信稳定、成本低、功耗低等优势。
3 系统软件设计
系统的软件设计主要实现铁路区间施工防护报警系统的信息采集、传输和报警功能，通过列车检测终端实现对列车的检测，采用ZigBee无线通信网络实现信息的传输，最后利用便携式报警终端实现报警，整个系统软件功能流程如图3所示：
4 结束语
本文提出一种铁路区间施工防护报警系统，综合运用嵌入式、传感器、无线传感器网络等技术实现铁路区间内施工时的报警防护。
本系统的设计结构合理，充分利用ZigBee无线通信技术实现铁路区间报警施工防护报警的应用需求，拓展能力好，可以有效地节约能源，具有实际推广和应用价值，拥有极大的市场前景。
参考文献
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