專利名稱：紅外線軸溫探測(cè)通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種采用計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的紅外線通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)。
技術(shù)背景熱軸、切軸是危及鐵路運(yùn)輸安全的重大事故因素之一，輕則脫軌，重則可導(dǎo)致列車顛覆。采用計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的第二代紅外軸溫探測(cè)系統(tǒng)具有自動(dòng)識(shí)別客貨車，自動(dòng)測(cè)速，自動(dòng)計(jì)軸計(jì)輛，滾滑識(shí)別和熱軸識(shí)別，熱軸動(dòng)態(tài)跟蹤預(yù)報(bào)等功能。但是，第二代紅外軸溫探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備技術(shù)、通訊環(huán)節(jié)、組網(wǎng)方式復(fù)雜，這就增加了技術(shù)人員對(duì)該系統(tǒng)定期進(jìn)行檢測(cè)、維修、保養(yǎng)的難度；不僅如此，紅外軸溫探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)站通常設(shè)置在離城市較遠(yuǎn)的郊區(qū)，因此現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，尤其是在我國(guó)的東北地區(qū)，冬天時(shí)的溫度最低能達(dá)到零下四十?dāng)z氏度，再加上交通不便，技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)觀察故障的機(jī)會(huì)大大降低。即使到達(dá)了現(xiàn)場(chǎng)，不定期發(fā)生的故障也令人難以捕捉。這樣，要了解故障發(fā)生的規(guī)律從而做出正確的對(duì)策變得難上加難；最后，探測(cè)設(shè)備和通訊線路分屬車輛和電務(wù)兩部門，在管理、監(jiān)測(cè)等各方面都會(huì)造成一定的不便。基于上述種種原因，第二代紅外軸溫探測(cè)系統(tǒng)的可靠性不能盡如人意。
目前，國(guó)內(nèi)已有單位研制出相關(guān)紅外線通道監(jiān)測(cè)設(shè)備。如鄭州鐵路局車輛安全檢測(cè)中心研制的HW-1紅外線軸溫探測(cè)系統(tǒng)通訊監(jiān)測(cè)儀由以80C196單片機(jī)為主控制器，片內(nèi)集成的10位AD作為系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，兩級(jí)運(yùn)算放大器組成測(cè)量信號(hào)的調(diào)整電路，其中次級(jí)運(yùn)放采用增益可編程運(yùn)算放大器，記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的非易失性RAM，同時(shí)擴(kuò)展串行接口及液晶顯示器共同組成。16位單片機(jī)80C196在數(shù)字信號(hào)處理算法能力上略顯不足，因此很難對(duì)采集數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的分析；相對(duì)目前的高速數(shù)字信號(hào)處理器而言，其工作頻率較低，因而很難做到對(duì)通訊線路的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。采用非易失性RAM作為存儲(chǔ)設(shè)備，容量有限。無(wú)自檢功能，對(duì)于監(jiān)測(cè)設(shè)備，其自檢結(jié)果不能令人信服。由軟件控制次級(jí)運(yùn)放的放大倍數(shù)，響應(yīng)速度較慢。另外，其無(wú)法做到故障信息的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離傳輸，不能將各通訊監(jiān)測(cè)儀采集得到的故障信息進(jìn)行集中管理。
安徽省阜達(dá)鐵道應(yīng)用技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)研制的二代紅外線探測(cè)網(wǎng)故障定位儀。故障定位儀可判斷三種故障類型停電、通信中斷及探測(cè)站故障，并可測(cè)試信道誤碼率。故障定位測(cè)試儀主機(jī)由通信管理機(jī)及誤碼測(cè)試儀組成，可最多測(cè)16個(gè)通道。該故障定位儀不具備分析及在線監(jiān)測(cè)功能，工作人員無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，操作復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是公開(kāi)一種紅外線軸溫探測(cè)通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)裝置。
本實(shí)用新型由紅外線通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)組成，通道監(jiān)測(cè)儀包括前端預(yù)處理電路2、專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器4、微處理器5、通用異步收發(fā)器6、調(diào)制解調(diào)器7、嵌入式USB主控制器9、移動(dòng)存儲(chǔ)器10、液晶顯示器11、鍵盤12、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片13；通信協(xié)議定義了通道監(jiān)測(cè)儀與管理系統(tǒng)機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸格式；通信方式指采用MODEM通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙方的通信；其特征是微處理器5是整個(gè)紅外線通道監(jiān)測(cè)儀的主處理器，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析及對(duì)外圍器件的邏輯控制等任務(wù)；通訊線路信號(hào)1、前端預(yù)處理電路2、專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器4、組成紅外線通道監(jiān)測(cè)儀的前向數(shù)據(jù)采集通道；前端預(yù)處理電路2為預(yù)處理電路，主要實(shí)現(xiàn)阻抗變換及電位隔離的作用；前端預(yù)處理電路2的輸出信號(hào)一路接入專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片3，另一路接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器4；專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片3的輸出信號(hào)為解調(diào)報(bào)文信息，主處理器讀入解調(diào)報(bào)文信息，并判斷其是否為有效報(bào)文信息，用于誤碼率的計(jì)算、通信中斷的判別等；模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的輸出信號(hào)為通信線路信號(hào)的離散采樣值，主處理器通過(guò)對(duì)有效報(bào)文信息的判斷，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)計(jì)算有效報(bào)文信息的有效值及進(jìn)行頻譜分析，計(jì)算通訊電平值及諧波畸變率；通用異步收發(fā)器6、調(diào)制解調(diào)器7、電話線路8實(shí)現(xiàn)紅外線通道監(jiān)測(cè)儀與管理系統(tǒng)機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)通信；微處理器5、嵌入式USB主控制器9、移動(dòng)存儲(chǔ)器10共同實(shí)現(xiàn)嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)，完成故障信息的寫(xiě)入及讀出；液晶顯示器11、鍵盤12完成紅外線通道監(jiān)測(cè)儀的人機(jī)交互界面功能；實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片13為系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)。
本實(shí)用新型針對(duì)目前現(xiàn)有紅外通道監(jiān)測(cè)手段及方法的不足，提出的紅外線通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，由通道監(jiān)測(cè)儀及管理系統(tǒng)機(jī)兩部分組成。通道監(jiān)測(cè)儀采用高速數(shù)字信號(hào)處理器作為主處理器，完成通訊線路信號(hào)的實(shí)時(shí)采集及分析計(jì)算，報(bào)文信息的解調(diào)等工作；并實(shí)現(xiàn)嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)，利用大容量FLASH存儲(chǔ)器記錄故障信息；采用外置MODEM完成與系統(tǒng)管理機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)管理機(jī)負(fù)責(zé)定時(shí)輪詢各探測(cè)站點(diǎn)的通道監(jiān)測(cè)儀的工作情況，并集中分類管理不同種類的故障信息。實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，故障信息的記錄及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，通道監(jiān)測(cè)儀與管理系統(tǒng)機(jī)之間的組合方式簡(jiǎn)單靈活，通道監(jiān)測(cè)儀的電子電路部分可正常工作的溫度范圍較寬，可適合不同情況的現(xiàn)場(chǎng)使用。


圖1為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型紅外線通道監(jiān)測(cè)儀結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實(shí)用新型前端預(yù)處理電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型通道監(jiān)測(cè)儀與管理系統(tǒng)機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)通信電路原理圖；圖7為本實(shí)用新型嵌入式USB主控制器電路原理圖；圖8為本實(shí)用新型時(shí)鐘電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，紅外線軸溫探測(cè)通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)裝置的組成包括鐵路33沿線設(shè)置的探測(cè)站29、30、31、32，多組通道監(jiān)測(cè)儀25、27，系統(tǒng)管理機(jī)23，通道監(jiān)測(cè)儀與系統(tǒng)管理機(jī)通信用的調(diào)制解調(diào)器26、28、24，連接中央機(jī)21與通道監(jiān)測(cè)儀的中繼器22。
如圖2所示，道監(jiān)測(cè)儀的組成包括前端預(yù)處理電路2、專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器4、微處理器5、通用異步收發(fā)器6、調(diào)制解調(diào)器7、嵌入式USB主控制器9、移動(dòng)存儲(chǔ)器10、液晶顯示器11、鍵盤12、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片13；通信協(xié)議定義了通道監(jiān)測(cè)儀與管理系統(tǒng)機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸格式；如圖6所示，通信方式指采用MODEM通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙方的通信；微處理器5是整個(gè)紅外線通道監(jiān)測(cè)儀的主處理器，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析及對(duì)外圍器件的邏輯控制等任務(wù)；如圖2所示，通訊線路信號(hào)1、前端預(yù)處理電路2、專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器4、組成紅外線通道監(jiān)測(cè)儀的前向數(shù)據(jù)采集通道；如圖3所示，前端預(yù)處理電路2為預(yù)處理電路，主要實(shí)現(xiàn)阻抗變換及電位隔離的作用；前端預(yù)處理電路2的輸出信號(hào)一路接入專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片3，另一路接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器4；專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片3的輸出信號(hào)為解調(diào)報(bào)文信息，主處理器讀入解調(diào)報(bào)文信息，并判斷其是否為有效報(bào)文信息，用于誤碼率的計(jì)算、通信中斷的判別等；如圖5所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的輸出信號(hào)為通信線路信號(hào)的離散采樣值，主處理器通過(guò)對(duì)有效報(bào)文信息的判斷，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)計(jì)算有效報(bào)文信息的有效值及進(jìn)行頻譜分析，計(jì)算通訊電平值及諧波畸變率；如圖6所示，通用異步收發(fā)器6、調(diào)制解調(diào)器7、電話線路8實(shí)現(xiàn)紅外線通道監(jiān)測(cè)儀與管理系統(tǒng)機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)通信；微處理器5、嵌入式USB主控制器9、移動(dòng)存儲(chǔ)器10共同實(shí)現(xiàn)嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)，完成故障信息的寫(xiě)入及讀出；液晶顯示器11、鍵盤12完成紅外線通道監(jiān)測(cè)儀的人機(jī)交互界面功能；實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片13為系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)。
本實(shí)用新型管理系統(tǒng)機(jī)采用VC++編制的軟件實(shí)現(xiàn)。通道監(jiān)測(cè)儀采用高速浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，通過(guò)外置MODEM與管理系統(tǒng)機(jī)建立連接，嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)中USB協(xié)議的實(shí)現(xiàn)通過(guò)USB主機(jī)控制器芯片實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析計(jì)算與故障信息的集中統(tǒng)一管理接合在一起，可以使工作人員及時(shí)的了解通訊線路的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況；采集得到的通訊線路信號(hào)經(jīng)預(yù)處理電路后分別接入專用移頻鍵控調(diào)制解調(diào)芯片及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過(guò)對(duì)有效報(bào)文信息的判斷，觸發(fā)A/D采集；數(shù)據(jù)采集完成后，分別進(jìn)行通訊電平、報(bào)文信息誤碼率的計(jì)算，通過(guò)快速傅利葉變換對(duì)離散采樣信號(hào)作頻譜分析，完成信號(hào)傳輸過(guò)程中信號(hào)失真情況的分析；如果發(fā)現(xiàn)有異常情況，則通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)向管理機(jī)報(bào)警，同時(shí)，將故障數(shù)據(jù)、發(fā)生時(shí)間等相關(guān)信息存入FLASH移動(dòng)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)的故障信息還可以在通道監(jiān)測(cè)儀處在液晶顯示器上顯示，通過(guò)按鍵可以選擇查看不同的故障信息種類。
主要技術(shù)指標(biāo)[1]測(cè)量誤差(以1kHz正弦波為基準(zhǔn))輸入有效值的±5％；[2]帶寬200Hz～50kHz；[3]輸入阻抗1MΩ±10％；[4]通訊電平測(cè)量誤差≤±1dB；[5]工作溫度范圍-40℃~45℃；[6]工作電壓AC 220V±20％；[7]頻率50Hz～60Hz；[8]設(shè)備功率＜20W；調(diào)制解調(diào)方式符合國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT)規(guī)定的V.23協(xié)議。
本實(shí)用新型主要性能[1]測(cè)量并區(qū)分發(fā)送、接收電平；[2]接收查詢報(bào)文，計(jì)算誤碼率；[3]記錄通訊線路異常及恢復(fù)時(shí)間；[4]對(duì)通訊信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，通過(guò)電話線實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離傳輸故障信息；[5]利用FLASH移動(dòng)存儲(chǔ)器記錄故障信息及故障發(fā)生時(shí)的信號(hào)的波形；[6]監(jiān)測(cè)儀具有自檢功能；[7]可同時(shí)管理多臺(tái)探測(cè)站，并具有自動(dòng)獲取探測(cè)站站名的功能；具有自動(dòng)校時(shí)功能； 管理機(jī)具有自動(dòng)輪詢與手動(dòng)輪詢的功能，能從FLASH移動(dòng)存儲(chǔ)器導(dǎo)入故障信息，并能對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，按照需要對(duì)各種類型的故障、各個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
相關(guān)量的計(jì)算公式及定義誤碼率的計(jì)算通過(guò)校驗(yàn)每條接收?qǐng)?bào)文中是否有誤碼出現(xiàn)來(lái)判斷這一條報(bào)文是否出現(xiàn)誤碼。實(shí)際使用的公式如下P=nN]]>n-出現(xiàn)誤碼的報(bào)文數(shù)；N-接收?qǐng)?bào)文總數(shù)。
通訊電平值的計(jì)算公式Bu＝201g(Ux/0.775V)(dB)對(duì)信號(hào)電壓u(t)、采樣u(k)，k＝1，2，L，N，根據(jù)定義，電壓有效值Ux的計(jì)算公式為UX=1NΣk=1Nu(k)2]]>諧波畸變率的定義可以通過(guò)如下公式計(jì)算得到K=u2+u3+···+uku1×100%]]>其中，ui為各次諧波有效值。
紅外線通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)
權(quán)利要求1.一種紅外線軸溫探測(cè)通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)裝置，由通道監(jiān)測(cè)儀及管理系統(tǒng)機(jī)兩部分組成，通道監(jiān)測(cè)儀包括前端預(yù)處理電路(2)、專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)、微處理器(5)、通用異步收發(fā)器(6)、調(diào)制解調(diào)器(7)、嵌入式USB主控制器(9)、移動(dòng)存儲(chǔ)器(10)、液晶顯示器(11)、鍵盤(12)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片(13)；通信協(xié)議定義通道監(jiān)測(cè)儀與管理系統(tǒng)機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸格式；通信方式指采用MODEM通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙方的通信；其特征是微處理器(5)是整個(gè)紅外線通道監(jiān)測(cè)儀的主處理器，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析及對(duì)外圍器件的邏輯控制；通訊線路信號(hào)(1)、前端預(yù)處理電路(2)、專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)組成紅外線通道監(jiān)測(cè)儀的前向數(shù)據(jù)采集通道；前端預(yù)處理電路(2)實(shí)現(xiàn)阻抗變換及電位隔離；前端預(yù)處理電路(2)的輸出信號(hào)一路接入專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片(3)，另一路接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)；專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片(3)的輸出解調(diào)報(bào)文信息，主處理器讀入解調(diào)報(bào)文信息，并判斷其是否為有效報(bào)文信息，計(jì)算誤碼率、判別通信中斷；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)的輸出信號(hào)為通信線路信號(hào)的離散采樣值，主處理器對(duì)有效報(bào)文信息的判斷，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，計(jì)算有效報(bào)文信息的離散采樣值及頻譜分析，計(jì)算通訊電平值及諧波畸變率；通用異步收發(fā)器(6)、調(diào)制解調(diào)器(7)、電話線路(8)實(shí)現(xiàn)紅外線通道監(jiān)測(cè)儀與管理系統(tǒng)機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)通信；微處理器(5)、嵌入式USB主控制器(9)、移動(dòng)存儲(chǔ)器(10)組成嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)，對(duì)故障信息的寫(xiě)入及讀出；液晶顯示器(11)是紅外線通道監(jiān)測(cè)儀的人機(jī)交互界面；鍵盤(12)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片(13)提供系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種紅外線軸溫探測(cè)通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)裝置。由紅外線通道在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)組成，主要構(gòu)成包括前端預(yù)處理電路2、專用移頻鍵控信號(hào)調(diào)制解調(diào)芯片3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器4、微處理器5、通用異步收發(fā)器6、調(diào)制解調(diào)器7、嵌入式USB主控制器9、移動(dòng)存儲(chǔ)器10、液晶顯示器11、鍵盤12和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片13。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，故障信息的記錄及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。通道監(jiān)測(cè)儀與管理系統(tǒng)機(jī)之間的組合方式簡(jiǎn)單靈活，通道監(jiān)測(cè)儀的電子電路部分可正常工作的溫度范圍較寬，可適合不同情況的現(xiàn)場(chǎng)使用。
文檔編號(hào)G01J5/00GK2876928SQ20042006361
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者翟國(guó)富, 王淑娟, 馬大維, 孫貴義, 王魁, 肖偉耀 申請(qǐng)人:翟國(guó)富