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本文作者：閆宏凱1李敏2作者單位：1.烏魯木齊鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所2.中國聯(lián)通新疆分公司運(yùn)行維護(hù)部

通過對(duì)大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)風(fēng)力監(jiān)測信息信號(hào)流圖的分析，對(duì)風(fēng)力監(jiān)測點(diǎn)至就近車站的信號(hào)傳輸進(jìn)行監(jiān)測，或者對(duì)主機(jī)房大風(fēng)監(jiān)測主服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)測，就能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是否正常傳輸。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測，提出基于GSM無線通訊模塊的故障自動(dòng)診斷遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)來保證第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，從而快捷高效地完成設(shè)備維護(hù)任務(wù)。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

鐵路大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備故障自動(dòng)診斷遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收大風(fēng)監(jiān)測主服務(wù)器（或測風(fēng)點(diǎn)）發(fā)送的有效數(shù)據(jù)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有報(bào)警信息時(shí)提取合并，由GSM無線通訊模塊進(jìn)行撥打電話，電話接通后交由語音合成芯片進(jìn)行語音合成，語音播放報(bào)警信息內(nèi)容，短信發(fā)送報(bào)警信息內(nèi)容，系統(tǒng)生成報(bào)警日志并存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖4所示。

系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1系統(tǒng)構(gòu)成

鐵路大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備故障自動(dòng)診斷遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)從功能上可以劃分為系統(tǒng)主控部分、語音合成部分、GSM通訊部分3大部分，如圖5所示。系統(tǒng)主控部分通過Com1接受外部有效數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析判斷，確認(rèn)報(bào)文含有報(bào)警內(nèi)容時(shí)通過Com2向語音合成部分發(fā)送需要合成的內(nèi)容及命令，通過Com3向GSM通訊部分發(fā)送命令撥打電話。系統(tǒng)主控部分判斷電話接通狀態(tài)，控制語音合成部分向GSM通訊部分播放語音內(nèi)容，系統(tǒng)主控部分生成報(bào)警日志并存儲(chǔ)。

（1）系統(tǒng)主控部分硬件構(gòu)成

系統(tǒng)主控部分核心部件選取SOM-2387模塊。SOM-2387模塊是一款性價(jià)比極高、尺寸極為緊湊的嵌入式控制模塊，具有體積小、功能多等優(yōu)點(diǎn)。SOM-2387采用嵌入式高性能16位處理器，該處理器內(nèi)部為32位RISC架構(gòu)且與80C186處理器兼容，具有極高的性能，主頻為100M?？梢酝ㄟ^16C550擴(kuò)展2路串口，另外還有2路CPU串口可以使用。

（2）語音合成部分硬件構(gòu)成

XF-S4240中文語音合成模塊，是安徽某信息科技公司基于其在嵌入式中文語音合成領(lǐng)域的最新成果而設(shè)計(jì)的一款中文語音合成模塊。該模塊可以通過異步串口（UART）、SPI接口及I2C總線3種方式接收待合成的文本，直接合成為語音輸出。XF-S4240中文語音合成模塊是一款針對(duì)嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì)，具有合成任意中文文本的能力及英文字母合成的語音合成模塊。該模塊的主要特點(diǎn)是合成語音自然度高，控制接口簡單方便，功能強(qiáng)大。

（3）GSM通訊模塊硬件構(gòu)成

GSM通訊模塊選取TC35i。TC35i是Siemens公司推出的無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)（ShortMessageService）和傳真。模塊的工作電壓為3.3～5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz2個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W（900M）和1W（1800M）。通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。在電路設(shè)計(jì)中，預(yù)留了JLINE和JEARPHONE2個(gè)音頻調(diào)試插孔與GSM通訊模塊相連，具有通話語音監(jiān)聽的功能，在系統(tǒng)調(diào)試中使用。

（4）供電部分硬件構(gòu)成

SOM-2387模塊工作電壓為DC5V，工作電流330mA@+5V；XF-S4240中文語音合成模塊工作電壓為DC3.3V；GSM模塊的工作電壓為DC3.3～5.5V，模塊的供電電壓如果低于DC3.3V會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。同時(shí)模塊在在發(fā)射時(shí)，電流峰值可高達(dá)2A。同時(shí)在此電流峰值時(shí)，電源電壓（送入模塊的電壓）下降值不能超過DC0.4V。因該模塊對(duì)電源的要求較高，電源的內(nèi)阻+FFC聯(lián)接線的電阻必須小于200mΩ；考慮到上述因素，選取12V30W的AC/DC電源變換器作為系統(tǒng)總供電電源。選取LM317K、LM317T加以外圍電路分別作為系統(tǒng)總控部分、語音合成部分、GSM通訊部分的供電電路。在設(shè)計(jì)時(shí)采用的AC/DC變換器是通過國際電工委員會(huì)（IECEE）CB認(rèn)證和歐盟CE認(rèn)證的電源模塊，具有完善的過壓過流自動(dòng)保護(hù)、故障解除自動(dòng)恢復(fù)功能。AC/DC變換器輸入范圍為85～264VAC，溫度適應(yīng)范圍均為－40～85℃，濕度適應(yīng)范圍均為10％～95％RH，過載能力可達(dá)150％。LM317K、LM317T是高性能電壓調(diào)節(jié)器，其電壓輸入可達(dá)DC40V，電壓輸出在DC1.2～37V內(nèi)可調(diào)，具有大電流輸出的能力，內(nèi)部提供DC1.25V的基準(zhǔn)電壓VREF。

2系統(tǒng)軟件流程

（1）系統(tǒng)主程序流程系統(tǒng)主程序流程如圖6所示。

（2）數(shù)據(jù)接收超時(shí)處理流程

數(shù)據(jù)接收超時(shí)處理流程如圖7所示。

（3）報(bào)警處理流程

報(bào)警處理流程如圖8所示。

3系統(tǒng)接口協(xié)議

（1）SOM2387電子盤預(yù)存配置文件

鐵路大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備故障自動(dòng)診斷遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)電子盤中預(yù)存station.txt、dhhm.txt、dxhm.txt和yy－bj.ini4個(gè)文件，程序運(yùn)行時(shí)從文件中獲取相關(guān)配置信息才能正常工作。station.txt文件是大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備區(qū)站碼及對(duì)應(yīng)中文名稱，其中標(biāo)點(diǎn)符號(hào)均為西文半角字符，如圖9所示。dhhm.txt文件是鐵路大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備故障自動(dòng)診斷遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)需要撥打的電話號(hào)碼表，最大預(yù)存10組電話號(hào)碼，其中標(biāo)點(diǎn)符號(hào)均為西文半角字符。dxhm.txt文件是鐵路大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備故障自動(dòng)診斷遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)需要發(fā)送短信的電話號(hào)碼表，最大預(yù)存10組電話號(hào)碼，其中標(biāo)點(diǎn)符號(hào)均為西文半角字符。yybj.ini文件是系統(tǒng)配置文件，由11位編碼組成。前5位代表報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)測的設(shè)備區(qū)站碼，后6位是Com1端口通訊速率。

（2）接收報(bào)文格式

上位機(jī)與遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)通訊報(bào)文采用內(nèi)容便于擴(kuò)充，帶有CRC-16校驗(yàn)的協(xié)議。該通訊協(xié)議有很高的可靠性，良好的擴(kuò)充性，即隨著要素的變化，報(bào)文的既有結(jié)構(gòu)可以保持穩(wěn)定。接收上位機(jī)有報(bào)警信息報(bào)文格式見表1。目前，采用服務(wù)器端每5min發(fā)送心跳包、每15min1次報(bào)警信息的運(yùn)行方式，時(shí)間間隔可由服務(wù)器端自行設(shè)置。接收上位機(jī)（計(jì)算機(jī)、服務(wù)器）有報(bào)警信息報(bào)文示例：AEO，BJT，201201281830，YHC，大風(fēng)監(jiān)測遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)通話測試，紅山渠車站與18：15信號(hào)中斷，請檢查原因，43517。

（3）心跳包格式

心跳包格式見表2。接收上位機(jī)（計(jì)算機(jī)、服務(wù)器）無報(bào)警信息報(bào)文示例：AEO，BJT，201201281830，HBT，63435。

4日志文件格式

鐵路大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備故障自動(dòng)診斷遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)在每次報(bào)警時(shí)都會(huì)形成日志文件，內(nèi)容包括報(bào)警內(nèi)容、撥打的電話號(hào)碼、成功接聽及接聽時(shí)間（系統(tǒng)接收到報(bào)文后會(huì)自動(dòng)更新時(shí)間）。日志文件格式見表3。

系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣價(jià)值

鐵路大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備故障自動(dòng)診斷遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)在鐵路大風(fēng)監(jiān)測中的應(yīng)用可以在第一時(shí)間將設(shè)備故障信息發(fā)送到設(shè)備維護(hù)人員手中，壓縮設(shè)備維護(hù)時(shí)間，提高大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備正常使用時(shí)間，對(duì)鐵路大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備產(chǎn)生的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益有進(jìn)一步的提升。鐵路大風(fēng)監(jiān)測設(shè)備故障自動(dòng)診斷遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)涵蓋的技術(shù)性能也可滿足無人值守設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。通過對(duì)不同狀態(tài)監(jiān)測量的分析和程序修改，遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)可以適用于野外無人值守且無遠(yuǎn)程監(jiān)控手段的各種自動(dòng)設(shè)備。