铁道大风监测装置问题诊断警示体系

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本文作者：闫宏凯1李敏2作者单位：1.乌鲁木齐铁路局科学技术研究所2.中国联通新疆分公司运行维护部

通过对大风监测系统风力监测信息信号流图的分析，对风力监测点至就近车站的信号传输进行监测，或者对主机房大风监测主服务器进行监测，就能够在第一时间发现数据是否正常传输。为了实现对设备运行状态的自动监测，提出基于GSM无线通讯模块的故障自动诊断远程报警系统来保证第一时间发现故障，从而快捷高效地完成设备维护任务。

系统的设计思路

铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统实时接收大风监测主服务器（或测风点）发送的有效数据，对接收到的数据进行分析，发现有报警信息时提取合并，由GSM无线通讯模块进行拨打电话，电话接通后交由语音合成芯片进行语音合成，语音播放报警信息内容，短信发送报警信息内容，系统生成报警日志并存储系统设计原理如图4所示。

系统的技术实现

1系统构成

铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统从功能上可以划分为系统主控部分、语音合成部分、GSM通讯部分3大部分，如图5所示。系统主控部分通过Com1接受外部有效数据，进行分析判断，确认报文含有报警内容时通过Com2向语音合成部分发送需要合成的内容及命令，通过Com3向GSM通讯部分发送命令拨打电话。系统主控部分判断电话接通状态，控制语音合成部分向GSM通讯部分播放语音内容，系统主控部分生成报警日志并存储。

（1）系统主控部分硬件构成

系统主控部分核心部件选取SOM-2387模块。SOM-2387模块是一款性价比极高、尺寸极为紧凑的嵌入式控制模块，具有体积小、功能多等优点。SOM-2387采用嵌入式高性能16位处理器，该处理器内部为32位RISC架构且与80C186处理器兼容，具有极高的性能，主频为100M。可以通过16C550扩展2路串口，另外还有2路CPU串口可以使用。

（2）语音合成部分硬件构成

XF-S4240中文语音合成模块，是安徽某信息科技公司基于其在嵌入式中文语音合成领域的最新成果而设计的一款中文语音合成模块。该模块可以通过异步串口（UART）、SPI接口及I2C总线3种方式接收待合成的文本，直接合成为语音输出。XF-S4240中文语音合成模块是一款针对嵌入式应用领域而设计，具有合成任意中文文本的能力及英文字母合成的语音合成模块。该模块的主要特点是合成语音自然度高，控制接口简单方便，功能强大。

（3）GSM通讯模块硬件构成

GSM通讯模块选取TC35i。TC35i是Siemens公司推出的无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务（ShortMessageService）和传真。模块的工作电压为3.3～5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz2个频段，所在频段功耗分别为2W（900M）和1W（1800M）。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。在电路设计中，预留了JLINE和JEARPHONE2个音频调试插孔与GSM通讯模块相连，具有通话语音监听的功能，在系统调试中使用。

（4）供电部分硬件构成

SOM-2387模块工作电压为DC5V，工作电流330mA@+5V；XF-S4240中文语音合成模块工作电压为DC3.3V；GSM模块的工作电压为DC3.3～5.5V，模块的供电电压如果低于DC3.3V会自动关机。同时模块在在发射时，电流峰值可高达2A。同时在此电流峰值时，电源电压（送入模块的电压）下降值不能超过DC0.4V。因该模块对电源的要求较高，电源的内阻+FFC联接线的电阻必须小于200mΩ；考虑到上述因素，选取12V30W的AC/DC电源变换器作为系统总供电电源。选取LM317K、LM317T加以外围电路分别作为系统总控部分、语音合成部分、GSM通讯部分的供电电路。在设计时采用的AC/DC变换器是通过国际电工委员会（IECEE）CB认证和欧盟CE认证的电源模块，具有完善的过压过流自动保护、故障解除自动恢复功能。AC/DC变换器输入范围为85～264VAC，温度适应范围均为－40～85℃，湿度适应范围均为10％～95％RH，过载能力可达150％。LM317K、LM317T是高性能电压调节器，其电压输入可达DC40V，电压输出在DC1.2～37V内可调，具有大电流输出的能力，内部提供DC1.25V的基准电压VREF。

2系统软件流程

（1）系统主程序流程系统主程序流程如图6所示。

（2）数据接收超时处理流程

数据接收超时处理流程如图7所示。

（3）报警处理流程

报警处理流程如图8所示。

3系统接口协议

（1）SOM2387电子盘预存配置文件

铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统电子盘中预存station.txt、dhhm.txt、dxhm.txt和yy－bj.ini4个文件，程序运行时从文件中获取相关配置信息才能正常工作。station.txt文件是大风监测设备区站码及对应中文名称，其中标点符号均为西文半角字符，如图9所示。dhhm.txt文件是铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统需要拨打的电话号码表，最大预存10组电话号码，其中标点符号均为西文半角字符。dxhm.txt文件是铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统需要发送短信的电话号码表，最大预存10组电话号码，其中标点符号均为西文半角字符。yybj.ini文件是系统配置文件，由11位编码组成。前5位代表报警系统监测的设备区站码，后6位是Com1端口通讯速率。

（2）接收报文格式

上位机与远程报警系统通讯报文采用内容便于扩充，带有CRC-16校验的协议。该通讯协议有很高的可靠性，良好的扩充性，即随着要素的变化，报文的既有结构可以保持稳定。接收上位机有报警信息报文格式见表1。目前，采用服务器端每5min发送心跳包、每15min1次报警信息的运行方式，时间间隔可由服务器端自行设置。接收上位机（计算机、服务器）有报警信息报文示例：AEO，BJT，201201281830，YHC，大风监测远程报警系统通话测试，红山渠车站与18：15信号中断，请检查原因，43517。

（3）心跳包格式

心跳包格式见表2。接收上位机（计算机、服务器）无报警信息报文示例：AEO，BJT，201201281830，HBT，63435。

4日志文件格式

铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统在每次报警时都会形成日志文件，内容包括报警内容、拨打的电话号码、成功接听及接听时间（系统接收到报文后会自动更新时间）。日志文件格式见表3。

系统的应用与推广价值

铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统在铁路大风监测中的应用可以在第一时间将设备故障信息发送到设备维护人员手中，压缩设备维护时间，提高大风监测设备正常使用时间，对铁路大风监测设备产生的社会和经济效益有进一步的提升。铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统涵盖的技术性能也可满足无人值守设备的状态监测。通过对不同状态监测量的分析和程序修改，远程报警系统可以适用于野外无人值守且无远程监控手段的各种自动设备。