基于AVR單片機和GPRS的礦區(qū)鐵路道口監(jiān)測系統(tǒng)

1 引言

　　礦區(qū)鐵路是銜接國家鐵路與礦區(qū)的中間環(huán)節(jié)，是鐵路運輸網(wǎng)的重要組成部分。據(jù)有關資料統(tǒng)計，目前國內礦區(qū)鐵路超過2萬公里且其沿線附近通常分布著多個道口。由于道口大多分布在遠離市區(qū)的礦山企業(yè)內部，并且其數(shù)量多、分散以及道口之間的距離長，加上礦區(qū)內各種運輸工具的交叉作業(yè)及車輛、人員的不固定的流動，使礦區(qū)鐵路道口的安全管理成為十分突出的問題。為使各級礦區(qū)管理部門能及時、準確掌握各個道口的的安全情況，本文以 Atmega128和MC55為核心，設計一套鐵路道口監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對鐵路道口監(jiān)測管理的自動化、數(shù)字化和網(wǎng)絡化。這對保證礦區(qū)正常生產(chǎn)、提高礦山企業(yè)經(jīng)濟效益和通過道口車輛、行人安全具有重要意義。

　　2 系統(tǒng)組成

　　整個系統(tǒng)由道口監(jiān)控中心組成。從功能上分，該系統(tǒng)可分為信號采集部分、道口部分、信號傳輸和發(fā)送部分以及道口監(jiān)控中心５個部分。圖１以其中的一個道口為例，給出簡化后的系統(tǒng)總體框圖。

　2.1 信號采集部分

　　信號采集部分主要用于采集列車接近及離去信號，為自動實現(xiàn)收放護欄提供決策信號。目前道口系統(tǒng)中有采用振動傳感器、射頻傳感器,GPS+ ARM+GPRS、視頻監(jiān)控設備或踏板開關等幾種方式檢測來車信號，它們各有優(yōu)缺點。本系統(tǒng)中信號采集部分由4個磁電傳感器組成，分別成對的放置在道口兩側的鋼軌內側。 當有列車經(jīng)過該置時，磁電傳感器可檢測到來車信號，經(jīng)放大電路和A/D轉換電路后，直接發(fā)送到單片機 Atmega128。

　　2.2 道口部分

　　道口部分設道口信號機、聲光報警器和欄木裝置各2套，分別用來指示火車即將到達信號、聲光報警和執(zhí)行放桿操作。在道口設置自動控制箱，既可由礦區(qū)道口監(jiān)控室中心的PC機遠程控制各裝置動作，也可由操作人員在現(xiàn)場手動操作。報警器由音響電路板、筒式揚聲器及回轉警示燈組成，用來提醒來往車輛司機及過往行人注意安全不要搶道。

　　2.3 信號傳輸和發(fā)送部分

　　磁電傳感器安裝在距道口500 m左右處，當它檢測到來車信號后，通過銅軸電纜將信號傳送至道口自動控制箱內的單片機Atmega128。MC55是信號發(fā)送的主要設備，它將單片機采集到的數(shù)據(jù)打包后通過GＰRS網(wǎng)絡傳輸?shù)降V區(qū)道口監(jiān)控中心，由道口監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)做進一步的分析處理。

　　2.４　礦區(qū)道口監(jiān)控中心部分

　　礦區(qū)道口監(jiān)控中心設ＰＣ機1臺，主要用于接收各道口列車運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。該監(jiān)控中心采用動態(tài)IP結合DNS域名解析組網(wǎng)方式來實現(xiàn)對道口的遠程監(jiān)測。這種方式首先需要聯(lián)系DNS服務商，為監(jiān)控中心申請1個域名，把這個域名寫入單片機Atmega128中。監(jiān)控中心接入Internet后，與DNS服務器進行連接，將當前獲得的動態(tài)IP報告給DNS服務器，再由DNS服務器找到監(jiān)控中心公網(wǎng)動態(tài)IP，這樣就可以在兩者之間建立通訊連接。

　　3 系統(tǒng)硬件設計

　　系統(tǒng)硬件設計主要是指道口控制部分硬件設計，按照信號流程大體可以分為三個硬件模塊，即傳感器信號放大和Ａ/Ｄ轉換電路設計、單片機Atmega128與MC55接口設計以及驅動現(xiàn)場各種設備接口電路設計，其中Atmega128與MC55接口電路是該監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計的重點和特色。圖２給出以該接口電路為核心的監(jiān)測站硬件系統(tǒng)電路圖。ATmega128L和MC55都有標準的RS232接口，因此硬件設計相對比較簡單，只需把Atmega128L的PE5與MC55的 IGT相連，用于啟動MC55模塊，Atmega128L的TX0/RX0與MC55的TX0/RX0相連，進行數(shù)據(jù)的輸入輸出；MC55的RING0接從ATmega128L的中斷線，作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛嘈盘?。Atmega128是Atmel公司推出的８位高性能單片機，片內具有128KＢ的程序存儲器, 4KB的數(shù)據(jù)存儲器，4KB的EEPROM，有8個10位ADC通道、2個8位和2個16位硬件定時J計數(shù)器,8個PWM通道，具有可編程看門狗定時器和片上振蕩器、片上模擬比較器、JTAG、UART、SPI,和I2C總線等接口以及六種可以通過軟件選擇的省電模式。本設計中，ATmega128L是整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)核心，主要完成信號的傳感器信號采集、軟件濾波、數(shù)據(jù)運算及各種控制功能。M C55是西門子公司生產(chǎn)的GPRS二頻模塊，它除了具有GSM模塊原有的功能外還支持分組業(yè)務功能，內嵌了TCP/IP協(xié)議；它的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合RS232接口標準，且有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位。它與 Atmega128協(xié)同工作，共同完成數(shù)據(jù)的遠程傳輸。