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高速鐵路防風(fēng)防雨安全監測報警系統
摘要：介紹一種基于單片機與上位機有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信的防風(fēng)、防雨安全監測報警及信息傳輸系統；分析數據采集和處理方法；利用軟件和硬件抗干擾技術(shù)，闡述通信高級語(yǔ)言實(shí)現多機通信的途徑。該系統無(wú)線(xiàn)通信距離遠，可方便地構成鐵路防風(fēng)、防雨信息子系統并接入鐵路信息網(wǎng)。引言
高速列車(chē)運營(yíng)的安全性，是全世界鐵路部門(mén)均予以重視的問(wèn)題。1981年6月印度馬特那附近的鐵橋和1986年12月日本山陰線(xiàn)余部橋梁上發(fā)生的列車(chē)災害事故都說(shuō)明：一個(gè)及時(shí)、準確、可靠的報警系統，對于避免這些事故的發(fā)生至關(guān)重要。本文針對高速鐵路中高架橋和高路堤上列車(chē)運行的安全性，提出了安全監測系統方案：報警裝置對與列車(chē)安全行使有關(guān)的參數進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，根據專(zhuān)家系統綜合處理采集的數據發(fā)出報警與限速信息，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信將這些信息傳輸給列車(chē)上的調度中心。
一、系統總體設計
本系統分為兩大部分：一是對風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、環(huán)境溫度和軌道振動(dòng)信號的監測裝置（裝于需監測的高路堤或高架橋上），主要包括以AT89C52單片機為核心的基本數據采集處理模塊，以RS-232-C標準接口芯片MAX202CPE為主的有線(xiàn)通信接口模塊及以FC-202BN為主的無(wú)線(xiàn)通信模塊；二是監控報警信息傳輸系統，利用有線(xiàn)通信或無(wú)線(xiàn)通信方式，實(shí)現該裝置同調度所的上位計算機（PC）進(jìn)行報警信息傳輸，或者直接同列車(chē)上的電臺通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信傳輸報警信息。有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信采用開(kāi)放式的二級通信網(wǎng)絡(luò )結構，其結構框圖如圖1所示。
1.硬件設計
監測裝置主要由數據采集處理模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、硬件抗干擾模塊、數據存儲模塊等組成。監視裝置硬件結構框圖如圖2所示。
（1）單片機數據采集處理模塊
數據采集主要由AT89C52單片機、AT28C64存儲器、8279鍵盤(pán)顯示接口芯片、8155、ADC0809等組成。鑒于A(yíng)T89C52的寬工作電壓范圍，高容量的Flash程序存儲器、可靠的加密方式、較好的兼容性，我們采用該芯片。同時(shí)利用AT28C64存儲歷史參數值及可修改常數、報警值設定等。Intel公司的8279具有鍵盤(pán)顯示接口的強大功能，擴展4×4的鍵盤(pán)和外接5位LED顯示器，使之具有良好的人機界面。8155主要完成風(fēng)向格雷碼信號的并行采集。ADC0808用于處理雨量和加速度傳感器的模擬信號。
（2）無(wú)線(xiàn)通信模塊
電平轉換器由RS-232-C標準接口芯片MAX202CPE構成。利用RS-232-C接口進(jìn)行有線(xiàn)通信，雖然相對于TTL電平抗干擾能力大大提高，但由于受回路電容負載限制，同時(shí)它屬于單端信號，傳送存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，其通信距離僅在20m內，這遠遠不能滿(mǎn)足實(shí)際要求。若采用RS-485接口，通信可達數km，但由于回路電容大而可靠性不高，為此采用無(wú)線(xiàn)通信方式。
FC-202無(wú)線(xiàn)通信模塊由發(fā)射機、接收機、鎖相環(huán)、基帶處理及調制解調器、CPU（AT89C2051）、RS-232-C接口組成，如圖3所示。其通信原理為：采用MSK調制方式，將基帶信號調制并將功率放大成射頻信號，再利用VHF/UHF頻段發(fā)送和接收，然后解調、放大還原成相應的基帶信號，完成數據無(wú)線(xiàn)傳輸。FC-202無(wú)線(xiàn)數傳模塊內含VHF/UHF頻段范圍的無(wú)線(xiàn)收發(fā)機。收發(fā)采用雙鎖相環(huán)及雙VCO技術(shù)，收發(fā)轉換速度快，其接口為RS-232-C標準接口，可直接連接計算機或帶有串口的設備。FC-202無(wú)線(xiàn)數傳模塊可存儲16個(gè)通信信道，空中傳輸率兼容1200b/s或2400b/s，模塊功率為5W，可方便完成15km以?xún)鹊倪h距離無(wú)線(xiàn)數據傳輸。
（3）硬件抗干擾
單片機系統包括較大功率的電源電路、高速數字電路、小信號模擬電路。為避免各部分信號的相互耦合，對硬件抗干擾采取了電源去耦、模擬信號濾波、分離布局不同類(lèi)型的電路、加大電源和地線(xiàn)的走線(xiàn)面積等措施。
2.軟件設計
（1）單片機多機通信程序設計
AT89C52單片機本身具有全雙工串行數據通信功能，其實(shí)現由SCON和PCON兩個(gè)特殊寄存器控制。本系統選用方式3的9位數據異步通信方式，無(wú)奇偶校驗。通信時(shí)各單片機裝置中SCON的SM2均設置為1，上位機發(fā)送某一地址碼并置R1，則所有的單片機均發(fā)生接收中斷，此時(shí)表明上位機發(fā)來(lái)的信息是1幀地址信息。當某一單片機發(fā)現其接收的地址信息與本機地址相符時(shí)，SM2=0，并把本機地址作為應答信號返回給上位機，準備接收上位機發(fā)來(lái)的命令或數據。地址相符的單片機收第9位為0的數據或命令；而地址不符的單片機則保持SM2=1，不能產(chǎn)生中斷標志，信息將拋棄，從而實(shí)現了上位機與單片機的一對一通信。通信初始化為
MOV SCON，#0F0H
MOV PCON，#00H
MOV TMOD，#20H
MOV TH1，#0F3H
MOV TL1，#0F3H
（2）PC機軟件設計
在串行通信中調用Windows的API接口方法，是實(shí)現VB直接控制串行口硬件的有效方案。VB提供了一個(gè)名為Mscomm的控件（或Winsock控件），能為應用程序提供串行通信功能。初始化和定時(shí)數據通信程序如下：
Dim Cindata As Variant
Dim Coutdata(0) As Byte
Private Sub Form_Load()
MSComm1.CommPort=2 '端口設置為2
MSComm1.PortOpen=True '打開(kāi)端口
MSComm1.Settings="2400，n,8,1" '通信方式設置
MSConn1.InputMode=comlipu
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