鐵路區間施工防護報警系統的設計

李博緒+++田立國+++李智+++熊金婷

摘 要：針對當前鐵路區間施工時的防護報警問題，文章提出一種鐵路區間施工防護報警系統，用于實現鐵路工人在鐵路區間進行線路施工時的防護報警，為施工安全提供設備保障。該報警系統通過嵌入式技術、ZigBee無線傳感器網絡技術等，實現列車到達時的檢測與傳輸，并通過振動和蜂鳴兩種方式實現報警。系統具有檢測靈敏度高、可靠性好、語音報警等諸多優點，能夠大大減少人工成本，提高鐵路運行的安全性，能夠在鐵路車站推廣應用，具有很強的經濟和社會效益。

關鍵詞：鐵路施工；防護報警；ZigBee；ARM處理器

1 概述

鐵路區間施工的形式有很多，包括工務施工、電務施工和接觸網施工等，但是施工區間的防護問題，一直是沿用人工防護的老辦法，既浪費了區間通過能力，增加了作業人員，又容易防護失敗，釀成事故，直接關系著列車的行車安全和施工人員的生命安全，因此成為困擾鐵路施工防護的老大難問題。隨著鐵路提速及列車密度的增加，對區間線路施工防護水平的有效性和準確性提出了更高的要求。

針對上述問題，本文提出并設計了一種鐵路區間施工防護報警系統，通過傳感器技術實現列車檢測，通過無線網絡傳輸技術將信息傳輸給監控系統，實現報警，從而為施工安全提供設備保障，系統原理框圖如圖1所示。

鐵路區間防護報警系統整體包括四大部分：列車車體檢測部分、無線通信網絡和與該網絡相連的終端報警器、充電電池和充放電控制單元。（1）為了提高檢測的可靠性和裝置的可靠性，列車車體檢測部分的傳感器擬采用列車振動傳感器和車輪電磁感應傳感器。（2）無線通信網絡，采用遠距離無線模塊進行數據傳輸，在終端設備之間可根據實際情況設置多個中間節點，每個節點可與其他任一端接點進行數據交換。（3）終端報警器采用常規的蜂鳴器和報警指示燈，工作人員隨身穿戴或攜帶的報警設備。（4）充放電控制單元，每個設備都采用安全可靠的鋰電池進行供電，相比傳統鉛酸電池來說更加便于攜帶，每個電池模塊采用獨立的充放電控制單元，大大地提高了電池的使用壽命及安全性。

2 系統硬件設計

本系統的硬件設計包括列車檢測終端以及便攜式報警終端兩部分：列車車體檢測終端通過自身攜帶的傳感器檢測是否存在列車到來，然后將檢測信息通過ZigBee無線網絡發送出去；便攜式報警終端用于接收列車到來時的報警信號，利用微型振動開關以及語音實現報警，其系統硬件設計原理圖如圖2所示。

2.1 控制模塊

本系統的列車檢測終端和便攜式報警終端的核心控制模塊均采用嵌入式ARM處理器STM32F103VE，該處理器內設多個I/O端口、多種通信方式，具有高性能、低成本、低功耗的特點。

2.2 列車檢測模塊

列車檢測模塊主要包括列車振動傳感器和車輪磁鋼傳感器兩種傳感器模塊。

（1）振動傳感器采用壓電式振動傳感器，信號經過集成電路處理后輸出與振動速度成比例的電壓信號；具有頻率范圍寬、動態范圍大、堅固耐用、可靠性強、穩定性好、安裝方便以及抗干擾能力強等優點。（2）車輪磁鋼傳感器采用有源磁鋼傳感器，能夠感應磁場的變化，當列車接近有源磁鋼時，傳感器輸出正脈沖；當列車遠離時，傳感器輸出電壓為0V，從而能夠實現列車的檢測。

2.3 ZigBee無線通信模塊

為了實現報警信號的遠距離通信傳輸，本文采用ZigBee無線模塊CC2530構成無線通信網絡，用于列車檢測信息的傳輸與接收。系統部署多個CC2530無線通信模塊，實現了遠距離的通信，具有通信穩定、成本低、功耗低等優勢。

3 系統軟件設計

系統的軟件設計主要實現鐵路區間施工防護報警系統的信息采集、傳輸和報警功能，通過列車檢測終端實現對列車的檢測，采用ZigBee無線通信網絡實現信息的傳輸，最后利用便攜式報警終端實現報警，整個系統軟件功能流程如圖3所示：

4 結束語

本文提出一種鐵路區間施工防護報警系統，綜合運用嵌入式、傳感器、無線傳感器網絡等技術實現鐵路區間內施工時的報警防護。

本系統的設計結構合理，充分利用ZigBee無線通信技術實現鐵路區間報警施工防護報警的應用需求，拓展能力好，可以有效地節約能源，具有實際推廣和應用價值，擁有極大的市場前景。

參考文獻

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