專利名稱：紅外線軸溫探測通道在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種采用計算機技術(shù)及網(wǎng)絡技術(shù)的紅外線通道在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)。
技術(shù)背景熱軸、切軸是危及鐵路運輸安全的重大事故因素之一，輕則脫軌，重則可導致列車顛覆。采用計算機技術(shù)及網(wǎng)絡技術(shù)的第二代紅外軸溫探測系統(tǒng)具有自動識別客貨車，自動測速，自動計軸計輛，滾滑識別和熱軸識別，熱軸動態(tài)跟蹤預報等功能。但是，第二代紅外軸溫探測系統(tǒng)的設(shè)備技術(shù)、通訊環(huán)節(jié)、組網(wǎng)方式復雜，這就增加了技術(shù)人員對該系統(tǒng)定期進行檢測、維修、保養(yǎng)的難度；不僅如此，紅外軸溫探測系統(tǒng)的探測站通常設(shè)置在離城市較遠的郊區(qū)，因此現(xiàn)場環(huán)境惡劣，尤其是在我國的東北地區(qū)，冬天時的溫度最低能達到零下四十攝氏度，再加上交通不便，技術(shù)人員到現(xiàn)場觀察故障的機會大大降低。即使到達了現(xiàn)場，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策變得難上加難；最后，探測設(shè)備和通訊線路分屬車輛和電務兩部門，在管理、監(jiān)測等各方面都會造成一定的不便?；谏鲜龇N種原因，第二代紅外軸溫探測系統(tǒng)的可靠性不能盡如人意。
目前，國內(nèi)已有單位研制出相關(guān)紅外線通道監(jiān)測設(shè)備。如鄭州鐵路局車輛安全檢測中心研制的HW-1紅外線軸溫探測系統(tǒng)通訊監(jiān)測儀由以80C196單片機為主控制器，片內(nèi)集成的10位AD作為系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，兩級運算放大器組成測量信號的調(diào)整電路，其中次級運放采用增益可編程運算放大器，記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)的非易失性RAM，同時擴展串行接口及液晶顯示器共同組成。16位單片機80C196在數(shù)字信號處理算法能力上略顯不足，因此很難對采集數(shù)據(jù)作進一步的分析；相對目前的高速數(shù)字信號處理器而言，其工作頻率較低，因而很難做到對通訊線路的實時在線監(jiān)測。采用非易失性RAM作為存儲設(shè)備，容量有限。無自檢功能，對于監(jiān)測設(shè)備，其自檢結(jié)果不能令人信服。由軟件控制次級運放的放大倍數(shù)，響應速度較慢。另外，其無法做到故障信息的實時遠距離傳輸，不能將各通訊監(jiān)測儀采集得到的故障信息進行集中管理。
安徽省阜達鐵道應用技術(shù)有限公司開發(fā)研制的二代紅外線探測網(wǎng)故障定位儀。故障定位儀可判斷三種故障類型停電、通信中斷及探測站故障，并可測試信道誤碼率。故障定位測試儀主機由通信管理機及誤碼測試儀組成，可最多測16個通道。該故障定位儀不具備分析及在線監(jiān)測功能，工作人員無法實現(xiàn)遠程監(jiān)視，操作復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型目的是公開一種紅外線軸溫探測通道在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)裝置。
本實用新型由紅外線通道在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)組成，通道監(jiān)測儀包括前端預處理電路2、專用移頻鍵控信號調(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、移動存儲器10、液晶顯示器11、鍵盤12、實時時鐘芯片13；通信協(xié)議定義了通道監(jiān)測儀與管理系統(tǒng)機之間數(shù)據(jù)的傳輸格式；通信方式指采用MODEM通過電話網(wǎng)絡實現(xiàn)雙方的通信；其特征是微處理器5是整個紅外線通道監(jiān)測儀的主處理器，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的計算分析及對外圍器件的邏輯控制等任務；通訊線路信號1、前端預處理電路2、專用移頻鍵控信號調(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)測儀的前向數(shù)據(jù)采集通道；前端預處理電路2為預處理電路，主要實現(xiàn)阻抗變換及電位隔離的作用；前端預處理電路2的輸出信號一路接入專用移頻鍵控信號調(diào)制解調(diào)芯片3，另一路接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器4；專用移頻鍵控信號調(diào)制解調(diào)芯片3的輸出信號為解調(diào)報文信息，主處理器讀入解調(diào)報文信息，并判斷其是否為有效報文信息，用于誤碼率的計算、通信中斷的判別等；模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的輸出信號為通信線路信號的離散采樣值，主處理器通過對有效報文信息的判斷，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，通過計算有效報文信息的有效值及進行頻譜分析，計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實現(xiàn)紅外線通道監(jiān)測儀與管理系統(tǒng)機之間的雙向數(shù)據(jù)通信；微處理器5、嵌入式USB主控制器9、移動存儲器10共同實現(xiàn)嵌入式USB主機系統(tǒng)，完成故障信息的寫入及讀出；液晶顯示器11、鍵盤12完成紅外線通道監(jiān)測儀的人機交互界面功能；實時時鐘芯片13為系統(tǒng)提供時間基準。
本實用新型針對目前現(xiàn)有紅外通道監(jiān)測手段及方法的不足，提出的紅外線通道在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)，由通道監(jiān)測儀及管理系統(tǒng)機兩部分組成。通道監(jiān)測儀采用高速數(shù)字信號處理器作為主處理器，完成通訊線路信號的實時采集及分析計算，報文信息的解調(diào)等工作；并實現(xiàn)嵌入式USB主機系統(tǒng)，利用大容量FLASH存儲器記錄故障信息；采用外置MODEM完成與系統(tǒng)管理機之間的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)管理機負責定時輪詢各探測站點的通道監(jiān)測儀的工作情況，并集中分類管理不同種類的故障信息。實現(xiàn)了對采集數(shù)據(jù)的分析計算，故障信息的記錄及實時數(shù)據(jù)傳輸，通道監(jiān)測儀與管理系統(tǒng)機之間的組合方式簡單靈活，通道監(jiān)測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)場使用。


圖1為本實用新型的監(jiān)測與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型紅外線通道監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型前端預處理電路原理圖；圖4為本實用新型專用移頻鍵控信號調(diào)制解調(diào)芯片電路原理圖；圖5為本實用新型模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路原理圖；圖6為本實用新型通道監(jiān)測儀與管理系統(tǒng)機之間的雙向數(shù)據(jù)通信電路原理圖；圖7為本實用新型嵌入式USB主控制器電路原理圖；圖8為本實用新型時鐘電路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，紅外線軸溫探測通道在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)裝置的組成包括鐵路33沿線設(shè)置的探測站29、30、31、32，多組通道監(jiān)測儀25、27，系統(tǒng)管理機23，通道監(jiān)測儀與系統(tǒng)管理機通信用的調(diào)制解調(diào)器26、28、24，連接中央機21與通道監(jiān)測儀的中繼器22。
如圖2所示，道監(jiān)測儀的組成包括前端預處理電路2、專用移頻鍵控信號調(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、移動存儲器10、液晶顯示器11、鍵盤12、實時時鐘芯片13；通信協(xié)議定義了通道監(jiān)測儀與管理系統(tǒng)機之間數(shù)據(jù)的傳輸格式；如圖6所示，通信方式指采用MODEM通過電話網(wǎng)絡實現(xiàn)雙方的通信；微處理器5是整個紅外線通道監(jiān)測儀的主處理器，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的計算分析及對外圍器件的邏輯控制等任務；如圖2所示，通訊線路信號1、前端預處理電路2、專用移頻鍵控信號調(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)測儀的前向數(shù)據(jù)采集通道；如圖3所示，前端預處理電路2為預處理電路，主要實現(xiàn)阻抗變換及電位隔離的作用；前端預處理電路2的輸出信號一路接入專用移頻鍵控信號調(diào)制解調(diào)芯片3，另一路接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器4；專用移頻鍵控信號調(diào)制解調(diào)芯片3的輸出信號為解調(diào)報文信息，主處理器讀入解調(diào)報文信息，并判斷其是否為有效報文信息，用于誤碼率的計算、通信中斷的判別等；如圖5所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的輸出信號為通信線路信號的離散采樣值，主處理器通過對有效報文信息的判斷，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，通過計算有效報文信息的有效值及進行頻譜分析，計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實現(xiàn)紅外線通道監(jiān)測儀與管理系統(tǒng)機之間的雙向數(shù)據(jù)通信；微處理器5、嵌入式USB主控制器9、移動存儲器10共同實現(xiàn)嵌入式USB主機系統(tǒng)，完成故障信息的寫入及讀出；液晶顯示器11、鍵盤12完成紅外線通道監(jiān)測儀的人機交互界面功能；實時時鐘芯片13為系統(tǒng)提供時間基準。
本實用新型管理系統(tǒng)機采用VC++編制的軟件實現(xiàn)。通道監(jiān)測儀采用高速浮點數(shù)字信號處理器，通過外置MODEM與管理系統(tǒng)機建立連接，嵌入式USB主機系統(tǒng)中USB協(xié)議的實現(xiàn)通過USB主機控制器芯片實現(xiàn)。
本實用新型將現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集、分析計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的了解通訊線路的實時運行情況；采集得到的通訊線路信號經(jīng)預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，通過對有效報文信息的判斷，觸發(fā)A/D采集；數(shù)據(jù)采集完成后，分別進行通訊電平、報文信息誤碼率的計算，通過快速傅利葉變換對離散采樣信號作頻譜分析，完成信號傳輸過程中信號失真情況的分析；如果發(fā)現(xiàn)有異常情況，則通過電話網(wǎng)絡向管理機報警，同時，將故障數(shù)據(jù)、發(fā)生時間等相關(guān)信息存入FLASH移動存儲器，存儲的故障信息還可以在通道監(jiān)測儀處在液晶顯示器上顯示，通過按鍵可以選擇查看不同的故障信息種類。
主要技術(shù)指標[1]測量誤差(以1kHz正弦波為基準)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)方式符合國際電報電話咨詢委員會(CCITT)規(guī)定的V.23協(xié)議。
本實用新型主要性能[1]測量并區(qū)分發(fā)送、接收電平；[2]接收查詢報文，計算誤碼率；[3]記錄通訊線路異常及恢復時間；[4]對通訊信號進行頻譜分析，通過電話線實時遠距離傳輸故障信息；[5]利用FLASH移動存儲器記錄故障信息及故障發(fā)生時的信號的波形；[6]監(jiān)測儀具有自檢功能；[7]可同時管理多臺探測站，并具有自動獲取探測站站名的功能；具有自動校時功能； 管理機具有自動輪詢與手動輪詢的功能，能從FLASH移動存儲器導入故障信息，并能對所有數(shù)據(jù)進行篩選，按照需要對各種類型的故障、各個時間段內(nèi)發(fā)生的故障進行統(tǒng)計分析。
相關(guān)量的計算公式及定義誤碼率的計算通過校驗每條接收報文中是否有誤碼出現(xiàn)來判斷這一條報文是否出現(xiàn)誤碼。實際使用的公式如下P=nN]]>n-出現(xiàn)誤碼的報文數(shù)；N-接收報文總數(shù)。
通訊電平值的計算公式Bu＝201g(Ux/0.775V)(dB)對信號電壓u(t)、采樣u(k)，k＝1，2，L，N，根據(jù)定義，電壓有效值Ux的計算公式為UX=1NΣk=1Nu(k)2]]>諧波畸變率的定義可以通過如下公式計算得到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)測與管理系統(tǒng)
權(quán)利要求1.一種紅外線軸溫探測通道在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)裝置，由通道監(jiān)測儀及管理系統(tǒng)機兩部分組成，通道監(jiān)測儀包括前端預處理電路(2)、專用移頻鍵控信號調(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)、移動存儲器(10)、液晶顯示器(11)、鍵盤(12)、實時時鐘芯片(13)；通信協(xié)議定義通道監(jiān)測儀與管理系統(tǒng)機之間數(shù)據(jù)的傳輸格式；通信方式指采用MODEM通過電話網(wǎng)絡實現(xiàn)雙方的通信；其特征是微處理器(5)是整個紅外線通道監(jiān)測儀的主處理器，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的計算分析及對外圍器件的邏輯控制；通訊線路信號(1)、前端預處理電路(2)、專用移頻鍵控信號調(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)測儀的前向數(shù)據(jù)采集通道；前端預處理電路(2)實現(xiàn)阻抗變換及電位隔離；前端預處理電路(2)的輸出信號一路接入專用移頻鍵控信號調(diào)制解調(diào)芯片(3)，另一路接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)；專用移頻鍵控信號調(diào)制解調(diào)芯片(3)的輸出解調(diào)報文信息，主處理器讀入解調(diào)報文信息，并判斷其是否為有效報文信息，計算誤碼率、判別通信中斷；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)的輸出信號為通信線路信號的離散采樣值，主處理器對有效報文信息的判斷，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，計算有效報文信息的離散采樣值及頻譜分析，計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)實現(xiàn)紅外線通道監(jiān)測儀與管理系統(tǒng)機之間的雙向數(shù)據(jù)通信；微處理器(5)、嵌入式USB主控制器(9)、移動存儲器(10)組成嵌入式USB主機系統(tǒng)，對故障信息的寫入及讀出；液晶顯示器(11)是紅外線通道監(jiān)測儀的人機交互界面；鍵盤(12)和實時時鐘芯片(13)提供系統(tǒng)時間基準。
專利摘要本實用新型公開一種紅外線軸溫探測通道在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)裝置。由紅外線通道在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)組成，主要構(gòu)成包括前端預處理電路2、專用移頻鍵控信號調(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、移動存儲器10、液晶顯示器11、鍵盤12和實時時鐘芯片13。本實用新型實現(xiàn)了對采集數(shù)據(jù)的分析計算，故障信息的記錄及實時數(shù)據(jù)傳輸。通道監(jiān)測儀與管理系統(tǒng)機之間的組合方式簡單靈活，通道監(jiān)測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)場使用。
文檔編號G01J5/00GK2876928SQ20042006361
公開日2007年3月7日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者翟國富, 王淑娟, 馬大維, 孫貴義, 王魁, 肖偉耀 申請人:翟國富