基于单片机和GPRS的矿区铁路道口监测系统
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针对矿区铁路道口安全管理的需求,设计了一套基于atmega128和gprs的矿区铁路道口监测系统,并给出其总体结构框图。 在介绍系统组成的基础上,对其硬件结构和软件实现流程做了详细阐述。实际运行证明该系统具有较强的可靠性和抗干扰性,能更好地监控矿区铁路道口的运行状态,从而为我国铁路运输业提供一个良好的解决方案。 1 引言 矿区铁路是衔接国家铁路与矿区的中间环节,是铁路运输网的重要组成部分。据有关资料统计,目前国内矿区铁路超过2万公里且其沿线附近通常分布着多个道口。由于道口大多分布在远离市区的矿山企业内部,并且其数量多、分散以及道口之间的距离长,加上矿区内各种运输工具的交叉作业及车辆、人员的不固定的流动,使矿区铁路道口的安全管理成为十分突出的问题。为使各级矿区管理部门能及时、准确掌握各个道口的的安全情况,本文以 atmega128和mc55为核心,设计一套铁路道口监测系统,实现对铁路道口监测管理的自动化、数字化和网络化。这对保证矿区正常生产、提高矿山企业经济效益和通过道口车辆、行人安全具有重要意义。 2 系统组成 整个系统由道口监控中心组成。从功能上分,该系统可分为信号采集部分、道口部分、信号传输和发送部分以及道口监控中心5个部分。图1以其中的一个道口为例,给出简化后的系统总体框图。 2.1 信号采集部分 信号采集部分主要用于采集列车接近及离去信号,为自动实现收放护栏提供决策信号。目前道口系统中有采用振动传感器、射频传感器,gps+ arm+gprs、视频监控设备或踏板开关等几种方式检测来车信号,它们各有优缺点。本系统中信号采集部分由4个磁电传感器组成,分别成对的放置在道口两侧的钢轨内侧。 当有列车经过该置时,磁电传感器可检测到来车信号,经放大电路和a/d转换电路后,直接发送到单片机 atmega128。 2.2 道口部分 道口部分设道口信号机、声光报警器和栏木装置各2套,分别用来指示火车即将到达信号、声光报警和执行放杆操作。在道口设置自动控制箱,既可由矿区道口监控室中心的pc机远程控制各装置动作,也可由操作人员在现场手动操作。报警器由音响电路板、筒式扬声器及回转警示灯组成,用来提醒来往车辆司机及过往行人注意安全不要抢道。 2.3 信号传输和发送部分 磁电传感器安装在距道口500 m左右处,当它检测到来车信号后,通过铜轴电缆将信号传送至道口自动控制箱内的单片机atmega128。mc55是信号发送的主要设备,它将单片机采集到的数据打包后通过gprs网络传输到矿区道口监控中心,由道口监控中心对数据做进一步的分析处理。 2.4 矿区道口监控中心部分 矿区道口监控中心设pc机1台,主要用于接收各道口列车运行状态的数据。该监控中心采用动态ip结合dns域名解析组网方式来实现对道口的远程监测。这种方式首先需要联系dns服务商,为监控中心申请1个域名,把这个域名写入单片机atmega128中。监控中心接入internet后,与dns服务器进行连接,将当前获得的动态ip报告给dns服务器,再由dns服务器找到监控中心公网动态ip,这样就可以在两者之间建立通讯连接。 3 系统硬件设计 系统硬件设计主要是指道口控制部分硬件设计,按照信号流程大体可以分为三个硬件模块,即传感器信号放大和a/d转换电路设计、单片机atmega128与mc55接口设计以及驱动。 现场各种设备接口电路设计,其中atmega128与mc55接口电路是该监测系统硬件设计的重点和特色。图2给出以该接口电路为核心的监测站硬件系统电路图。atmega128l和mc55都有标准的rs232接口,因此硬件设计相对比较简单,只需把atmega128l的pe5与mc55的 igt相连,用于启动mc55模块,atmega128l的tx0/rx0与mc55的tx0/rx0相连,进行数据的输入输出;mc55的ring0接从atmega128l的中断线,作为数据传输的中断信号。atmega128是atmel公司推出的8位高性能单片机,片内具有128kb的程序存储器, 4kb的数据存储器,4kb的eeprom,有8个10位adc通道、2个8位和2个16位硬件定时j计数器,8个pwm通道,具有可编程看门狗定时器和片上振荡器、片上模拟比较器、jtag、uart、spi,和i2c总线等接口以及六种可以通过软件选择的省电模式。 本设计中,atmega128l是整个数据采集系统核心,主要完成信号的传感器信号采集、软件滤波、数据运