为精确、及时地发现铁路触摸网补偿设备的毛病，文中经过监测触摸网环境温度及承力索、触摸线的长度改变来判别触摸网补偿设备是否有卡滞现象。该体系以C8051F930芯片作为体系的主操控器，以SIM900A无线传输模块作为无线络的通讯节点，各个节点之间以不同的时刻间隔向服务器发送数据，结合GPRS无线通讯技能及Web互联网技能，将节点衔接到长途服务器。试验成果表明，该体系功用安稳，检测精度高，满意相关规划要求。
触摸网;补偿设备;长途监控体系;GPRS;SIM900A
TN806文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.05.002
引证格局：谭朋柳，周乐，冒苏敏.依据GPRS的触摸网补偿设备长途监控体系规划[J].微型机与运用，2017，36(5)：4-7，10.
0导言
基金项目： 国家自然科学基金赞助项目(61364023);航空基金赞助项目(2013ZD56008);江西省教育厅科技项目(GJJ13516)跟着列车运转速度的进步，铁路运转密度逐渐加大，对牵引供电体系安全牢靠性的要求也越来越高。触摸网是牵引供电体系的重要设备之一[14]，运转中的触摸网要接受电力机车以必定的压力高速触摸冲突运转，再加上经过触摸网的电流高达1 000 A以上，触摸网还受拉力、电弧、风雪、雾雨及大气污染的效果，使触摸网昼夜不停地处在振荡、冲突、电弧、污染、弹性的动态运转状况之中，一旦发生毛病将中止行车，打乱电气化铁路的运送次序，带来经济损失[5]。快速、精确地发现毛病，及时、迅速地进行抢修，消除供电事端，最大极限地削减事端影响，是铁路电气化区段运转检修业界寻求的方针，是努力进步铁路服务质量的确保。对触摸网进行在线监测是进步触摸网牢靠性的重要办法之一，本文对触摸网在线监测技能进行研究，提出依据GPRS的触摸网补偿设备长途监控体系规划。
1、体系整体规划
跟着大气温度的改变，承力索和触摸线会线性伸长(或缩短)，经过监测触摸网所在环境的温湿度以及补偿坠砣到触摸网下锚支柱之间的位移，比照不同温度下的位移改变来判别触摸网是否有补偿卡滞现象，完结对触摸网的监测。触摸网补偿设备长途监控体系设备在支架和坠砣之间，丈量时设备对触摸网的运转状况影响很小。
图1体系整体框图依据GPRS的触摸网补偿设备长途监控体系架构如图1所示，图中的虚线表明信号按无线办法传输。体系由无线收集节点、GPRS基站、互联网服务器、用户终端(计算机)构成。该体系的作业进程是对温湿度传感器和位移传感器周期性地进行数据收集，运用SIM900A模块经过基站将收集的数据发送到互联网服务器，计算机用户经过Internet来完结对温度和位移的监测。
该体系具有以下优势：(1)电源及监测模块不只能够供给安稳的直流电压，还能快速地检测电源的电压和通断状况，确保保存的数据不丢掉;(2)选用[6]卡进行GPRS无线数据传输，确保数据传输率和牢靠性，所用资费比GSM短信资费要低。
2、体系硬件规划
体系硬件首要包含电源模块、微处理器模块、GPRS通讯模块、传感器等，体系硬件组成如图2所示。
2.1电源模块
电源体系输入电压为AC 220 V，输出12 V为运算放大器供电、5 V为外置传感器供电、4 V为GPRS模块供电、3.3 V为MCU模块供电，如图3所示。安稳的电源供电是体系能够安全而且高效作业的根底，考虑到触摸网所在环境恶劣，规划时电源输入端选用金升阳LD1020B12电源转化模块[7]将220 V交流电输入转化为+12 V/1 A
输出。LD1020B12是小体积开关电源模块，具有输出短路、过流、过压维护等功用。其EMC及安全规范满意世界IEC/EN610004、CISPR11/EN55011、UL60950、EN60601的规范。最重要的是该电源模块输出阻隔电压可达 4 000 V AC ，适用于高阻隔及严厉电磁兼容的运用场合。
2.2微处理模板
无线收集节点是该体系的核心部件，考虑到体系的运用场合及功用特色，其有必要满意高功用、低功耗、低本钱、小体积的要求，一起便于设备与维护。在硬件规划时选用C8051f 930单片机为微处理器[8]，其与8051内核兼容，扩展的中止体系为CIP-51供给多个中止源。
器数据收集、电源模块操控、电源掉电监测等。其间MCU与GPRS经过串口通讯，与温度传感器经过IO口模仿的I2C接口通讯，经过IO口收集拉线式位移传感器输出的模仿量电压信号。
2.3GPRS通讯模块
无线通讯办法包含红外线、蓝牙、WiFi、ZigBee、GPRS等，但在超越1 km数据传输间隔中，最牢靠、最快捷、最低本钱的办法是GPRS。GPRS无线网络具有掩盖规模广、接入速度快、运用本钱低和永久在线等特色[910]，因而上位机监测体系能够及时地获取触摸网补偿设备相关参数，实时剖析触摸网补偿设备是否牢靠运转。GPRS模块选用希姆通的SIM900A模块，其内部集成多种网络通讯协议，能够完结语音、短信、数据等信息的长途传输，能够经过AT指令来完结与GPRS网络的衔接。
GPRS模块电路如图4所示，由天线、阻抗匹配电路、SIM卡电路、ESD维护电路组成。其间RF管脚与50 Ω的射频天线相连，TXD、RXD管脚别离衔接MCU串口接纳端和发送端。体系所用SIM卡为13位物联网卡，用户能够获取丰厚的码号资源。且物联网具有高质量的网络功用，经过建造物联网短信中心、物联网GGSN、物联网HLR等物联网专用网元，完结物联网用户与群众用户的网络别离，为职业客户供给牢靠和安稳的网络。用户能够经过运用渠道供给的接口，对终端的作业状况、通讯状况等进行实时自主办理。
2.4防雷击接口规划
电子体系可能会遭到瞬时过电压搅扰，这些搅扰源首要包含：因为通断理性负载或启停大功率负载，线路毛病等发生的过电压，因为雷电等自然现象引起的雷电浪涌[11]。为防止浪涌电压危害电子设备，规划时选用箝位维护器，即维护器材在击穿后，其两头电压维持在击穿电压上不再上升，以箝位的办法起到维护效果，首要器材是氧化锌压敏电阻(MOV)、瞬态电压抑制器(TVS)。
3、体系软件规划
3.1下位机程序规划
下位机软件选用C言语编写，在Keil 4 C51编译器下编译。下位机体系软件规划首要包含两部分：一是单片机对电源模块的操控及数据的收集;二是GPRS模块数据传输。下位机软件功用模块组成如图5所示。
3.2单片机对电源模块的操控及数据的收集
为下降功耗，MCU收集一组数据后休眠一段时刻再进行数据收集，MCU有两种作业状况，即数据收集状况和休眠状况。数据收集状况下经过GPIO26翻开电源开关，对外设模块供电，进行GPRS通讯初始化、数据收集、数据传输。休眠状况时经过GPIO26封闭电源开关，对外设模块断电一起MCU作业在休眠形式。
3.3GPRS模块数据传输
单片机经过串口与GPRS模块交流数据， 包含串口初始化、写串口数据等函数。读串口数据是经过中止来完结的。在串口函数根底上编写GPRS模块的驱动函数，操控办法是选用AT指令[12]。首要触及的指令如表1所示。
GPRS终端和数据中心依据各自的IP地址彼此通讯。常用的体系组网办法有3种[1314]：(1)选用公网固定IP，通讯速度快、运转牢靠、组网简略，但该办法有必要具有固定的IP地址，整体本钱较高。(2)选用公网动态IP+DNS域名解析办法，其通讯速度适中、通讯质量较为安稳、网络建造作业量小、通讯费用较低。(3)选用GPRS专线办法，其数据安全性好、通讯速度快，可是体系初期建造本钱高。考虑到体系试验的条件，本体系选用公网动态IP+DNS域名解析的组网办法。
3.4上位机程序规划
数据收集时节点每隔30 min主动进行一次收集使命，并把收集到的数据发送给服务器。服务器接纳数据并存储到数据库中。服务器规划选用Web结构：Struts2+Spring+Hibernate+JSP+JFreeChart，JDK版别为jdk 1.7。数据库服务器渠道选用MySQL 5.5，其与服务端监测程序共用同一数据库，以完结数据同享[15]。上位机软件功用模块如图6所示。
4、试验与运用
为验证触摸网补偿设备长途监控体系的可行性，别离将拉线式传感器1和拉线式传感器2的拉线端固定在承力索和触摸线的坠陀上，传感器的另一端固定在支架上，现场设备图如图7所示。人工丈量不一起刻点环境温度值、拉线式传感器1和拉线式传感器2的长度值，再与Web服务器监测的数据进行比照，试验数据如表2所示。测验成果显现传感器丈量数据较精确，计划可行。
5、定论
本文规划并完结了一套完好的触摸网补偿设备长途监控体系，该体系以C8051F930芯片作为体系的主操控器，以SIM900A模块作为无线传感网络的通讯节点，个节点之间以不同的时刻间隔向服务器发送数据，结合GPRS无线通讯及Web服务器技能，将节点衔接到长途服务器。经过监测环境温度及触摸网承力索、触摸线的长度改变来判别触摸网补偿设备是否有卡滞现象。该体系经试运转，能快速、及时、精确地寻找到毛病点。
