主动式实时5t机房综合监测系统的制作方法

专利名称：主动式实时5t机房综合监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路电子设备，具体地说是涉及一种主动式实时5T机房综合监测系统。
背景技术：
铁路5T设备是保证铁路货车安全运行的重要技术装备，具体5T是指THDS (红外线轴温探测设备)TFDS (货车运行故障动态图像检测设备)TADS (货车滚动轴承早期故障轨边升学诊断设备)TPDS (货车运行状态地面安全监测设备)TFDS (车辆轮对故障、尺寸动态检测设备)TCDS (客车运行安全监控设备)5T设备是通过在铁路沿线每隔30Km设置一个专用的机房来实现对车辆有关5T的安全指标进行监测，并通过网络传输到各车间、复示中心等有关安全监控和保障部门。中国幅员辽阔，铁路沿线地形复杂，因此在给5T设备的维护和故障的及时排除带来了一定的困难；同时因随着电气化铁路的不断改进，铁路周边的电气环境越来越复杂，很大程度上会影响5T设备的安全运行；雷击、高压高频串扰进入5T机房后，5T设备经常出现死机、通信设备烧毁等严重故障，必须需要人员进行现场处理；随着中国铁路的进一步建设，原5T设备使用和维护部门，工作强度越来越大。按照铁道部5T设备维护规程，必须按照规定的时间间隔对5T设备进行半月检、月检等必要的检修工作，设备的一些潜在故障成因，在例行检修中才能被发现，导致了设备潜在故障不能及时快速被发现。目前5T设备机房中也已经部分配备了远程故障诊断设备，尤其5T设备中数量较多的THDS为主，可以配备“远程红外线故障诊断设备”；另外在铁道部新的THDS规范中统一规定了不同厂家生产的THDS设备必须统一遵循铁道部的关于THDS的统一标准，符合该规定标准的机型统称为THDS-A型，也称为THDS统型机。在统型机系统中也有一个单独的功能模块即为远程故障诊断子系统。该子系统可以完成对各个直流电压的监测、交流电监测、其他子模块的复位重启等功能。现在针对于5T设备机房的远程故障诊断设备主要有第一类单独的红外线远程故障诊断设备。第二类与THDS-A型THDS相配套的远程故障诊断子系统。综合考察上述2类设备有如下缺点缺点1:对被监测设备的监测采用被动监测方式。现有监测模式为使用电话或者上位机发送监测命令，远程故障诊断设备接收到该命令后，进行有关项目的监测工作，然后再将监测的结果发送给电话拨打者或者上位机。缺点2 使用范围仅局限于THDS本身，无法对5T机房整体系统进行全面监测。[0020]红外远程诊断设备更多是的对THDS设备本身进行监测和维护工作，不能对其网络通信设备、UPS等机房内其他重要设备进行监测和维护。缺点3 需要设计单独的上位机软件配合。目前红外线远程故障诊断设备或者THDS-A配备的远程管理子系统，均需要设计单独的上位机软件进行系统的全面故障诊断和处理。缺点4 通信方式以DTMF为基础速度较慢。目前红外线远程故障诊断设备以DTMF为命令传送模式，同时也使用DTMF方式将系统监测的结果发送给主机。缺点5 控制命令和密码传送以DTMF明文方式传送不具备安全性。每次使用红外线远程故障诊断设备前均需要输入密码，该密码的传送方式以DTMF 方式进行，而且是以明文的方式在通信线路上进行传播，没有任何加密措施，所以有很大的安全漏洞。缺点6 无法对交流电质量进行分析。目前红外线远程故障诊断设备只能监测有关的交流电有无状态，而不能监测交流电的质量，具体有交流电有效值、频率、谐波、电压波动记录等。缺点7 无法对5T机房环境进行监测和控制。机房的自然环境(温度、湿度)是影响5T设备能否正常运行的重要前提，而目前的红外线远程故障诊断设备不能对环境进行监测和控制。缺点8 无法对5T机房内部安防进行实时监测。5T机房一般都远离城区，治安环境较差，目前经常有发现机房内设备被盗的现状， 而铁路目前综合视频系统覆盖范围有限。同时目前的红外线远程故障诊断设备不能对5T 机房内部安防进行实时监测。缺点9 现有红外线远程故障诊断系统与外部交流电检测和电话通信线监测使用有线连接，破坏了现有5T机房的综合防雷系统，同时会将雷电引入到5T机房。发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种主动式实时5T机房综合监测系统，可以实现主动式实时监测、5T机房内设备综合监测和控制、无需再设计和安装上位机软件、通信速度较快、并且数据传送安全、又可以对交流电质量进行分析。
实用新型内容本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的一种主动式实时5T机房综合监测系统，包括总控制器和空调控制器；所述总控制器包括DSP系统、Modem、多通道ADC采集板、直流电源切换板、交流电控制及监测板、视频ADC、液晶显示屏、按键和触摸屏、CAN总线隔离单元、多路RS232总线隔离单元、环境传感器、开关电源和蓄电池、TTS模块，以及SD卡，所述Modem、多通道ADC 采集板、直流电源切换板、交流电控制及监测板、视频ADC、液晶显示屏、按键和触摸屏、CAN 总线隔离单元、多路RS232总线隔离单元、环境传感器、TTS模块，以及SD卡均连接到DSP系统，同时，所述TTS模块连接到Modem，直流电源切换板、交流电控制及监测板均连接到多通道ADC采集板，该总控制器通过CAN总线隔离单元与空调控制器连接；所述空调控制器包括MCU、继电器及I/V转换电路、环境传感器、空调交流电输入插座、空调交流电输出插座、红外线接收/发射器、CAN总线隔离单元，以及电源，所述继电器及ΙΛ转换电路、环境传感器、红外线接收/发射器、CAN总线隔离单元均连接到MCU，所述空调交流电输入插座分别连接到继电器及I/V转换电路的输入端，所述空调交流电输出插座分别连接到继电器及ΙΛ转换电路的输出端，所述空调控制器的CAN总线隔离单元与总控制器的CAN总线隔离单元连接。该实用新型进一步具体为所述Modem通过RS232接口与DSP系统连接，同时通过电话线与PSTN网连接，多通道ADC采集板与DSP系统通过SPI和SPORT端口相连接，直流电源切换板与DSP系统通过SPI端口连接，交流电控制及监测板与DSP系统通过SPI连接，视频ADC与DSP系统通过 PPI接口和I2C接口连接，液晶显示屏与DSP系统通过并行RGB接口连接，环境传感器通过 I2C总线与DSP系统连接，TTS模块使用SPI、I2S或者UART与DSP系统进行连接，SD卡与 DSP系统通过SD Card访问总线连接。所述TTS模块的语音输出接到Modem模块的麦克风输入端。所述空调控制器中继电器连接到MCU输出脚，I/V转换电路连接到MCU的ADC 引脚，环境传感器通过I2C总线与MCU连接。所述空调控制器的红外线接收/发射器由单独的红外线发射、红外线接收两部分电路构成，红外线接收电路与MCU的I/O中断输入脚连接，红外线发射电路的驱动端与MCU 的Timer输出连接。本实用新型的优点是使用本实用新型的设备后可以实现下述功能1.主动式实时监测。主动式实时监测是以Flash存储技术和实时多通道ADC采集技术结合而实现的。具体实现方法为首先将各个设备监测项目的指标参数按照统一的编码方法，存储到系统存储设备中，在该系统中存储设备以Flash为主。系统支持的监测项目具体有直流电压、交流电压、环境温度、环境湿度。将各个被监测设备的机型配置及监测项目的标称值、最大允许值、最小允许值、报警门限、报警方式等使用统一的表格化处理后以配置文件的方式存储到系统Flash中。应用现场则需要根据被监测的设备机型进行相关配置，则该系统装载适合当前被监测机型的配置文件，则对需要实时监测的项目进行实时主动监控， 如发现超限，则根据报警方式做不同的处理。具体的处理方式有记录存储、继续跟踪、主动报警。同时用户可以通过浏览器界面，修改系统内的配置文件，以最大限度的适应5T机房内设备实际情况和监测的需求。2. 5T机房内设备综合监测和控制。5T机房内除有5T设备本身外，还有AEI、UPS、网络交换机、空调、综合防雷箱、配电箱等众多设备。任何一个设备都是5T机房内不可或缺的组成部分。而网络交换机、UPS等附属设备直接与外部电路发生关联，尤其是网络通信设备，极易受到外界雷击等损坏。为了提高5T机房的整体可靠性和安全性，该主动式实时5T机房综合监测系统采用了多路电源控制和监测技术，系统最多可以扩充管理和监测32路交流供电情况。同时系统还可以通过 RS232串口接驳THDS、UPS、AEI和其他5T设备的故障输出端口，及时将该故障报文通过系统的数据通信线路传输到控制中心。 该系统不仅可以控制5T设备及附属电子设备电源供给；还可以通过RS232端口获得5T设备及附属电子设备的运行状态信息和故障报文，极大增强了 5T机房的综合管理能力。3.使用Webkrver形成用户界面。该系统使用CGI与Webkrver技术，实现了人机界面直接由该系统中总控制器生成，用户只需要使用一个Web浏览器访问即可。而无需再设计和安装上位机软件。同时用户对系统的所有控制和访问均以TCP/IP方式进行，同时增加了系统加密处理，极大提高了系统的操作的易用性和安全性。4. Modem 数据通信。该系统抛弃了速率较慢的DTMF通信方式，完全以全数据方式进行。同时符合工业界有关PPP协议标准，增强了系统的可靠性和易用性。5.密码加密及命令加密传输。该系统中对所有重要命令的传输和密码的访问均以加密方式进行，避免了命令明文和密码明文在通信线路上直接传输，彻底避免了密码和命令的泄露。增强了系统的安全性。6.多路交流电实时分析。系统采用高速ADC系统，可以同时采集多路交流电。并对其质量进行分析，从而更加科学的对交流供电进行定量化描述。7.机房自然环境实时监测和环境调节设备控制。系统通过“环境控制器”可以实现对机房自然环境的监测和控制。从而实现了 5T 机房可靠自然环境的远程监测和控制。避免了人工到现场处理工作，极大减轻了工作人员的劳动强度。8.基于视频分析的5T机房安防监测。系统通过视频ADC，最多可以采集6路输入视频信号，并对室内的视频信号进行视频分析。该视频分析功能有分析是否有人员进入机房、机房内是否有烟雾、室外5T设备探头是否有覆盖。如果监测到机房有人员进入、机房内有烟雾、室外5T探头有被覆盖，系统则主动报警，并实时记录现场图像，以备作为司法记录使用。9.实现无线通信，不会破坏现有5T机房的综合防雷系统，不会将雷电引入到5T 机房。在监测外部交流电有无和质量的同时，采用无线通信系统与TRCS主机进行数据交互；同时采用无线方式将电话通信线引入TRCS主机。
图1为本实用新型主动式实时5T机房综合监测系统结构框图。
具体实施方式
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。该主动式实时5T机房综合监测系统由总控制器和空调控制器2个机箱组成。该 2个机箱使用CAN数据线进行连接，实现数据交互和命令控制。所述总控制器包括DSP (数字信号处理)系统、Modem (调制解调器)、多通道ADC (模数转换器)采集板、直流电源切换板、交流电控制及监测板、视频ADC、液晶显示屏、按键和触摸屏、CAN总线隔离单元、多路RS232总线隔离单元、环境传感器、开关电源和蓄电池、TTS (语音合成)模块，以及SD (安全数码)卡。所述Modem、多通道ADC采集板、直流电源切换板、交流电控制及监测板、视频 ADC、液晶显示屏、按键和触摸屏、CAN总线隔离单元、多路RS232总线隔离单元、环境传感器、TTS模块，以及SD卡均连接到DSP系统，同时，所述TTS模块连接到Modem，直流电源切换板、交流电控制及监测板均连接到多通道ADC采集板。该总控制器通过CAN总线隔离单元与空调控制器连接。以上各部分的连接关系和本身功能为DSP系统该DSP系统负责系统整体的运算和控制。Modem:该Modem通过RS232接口与DSP系统连接，同时通过电话线与PSTN网连接。该Modem完成了用户电话、主机与该系统的数据通信。多通道ADC采集板该采集板多通道ADC采集板为多通道并行采集系统，同时与直流电源切换板、交流电控制及监测板以及DSP系统连接，负责同时将输入的多路模拟电信号转换为数字信号送入DSP系统，与DSP系统通过SPI和SPORT端口相连接。直流电源切换板该切换完成了对多路直流电信号的输入功能。该切换板与DSP 系统通过SPI端口连接。同时该切换板将最终选择的直流电信号，输出到多通道ADC采集板上。交流电控制及监测板该板完成了交流电输出的控制，同时将交流电有无状态转换成开关量。该交流电控制及监测板与DSP系统通过SPI连接；同时该电路板将交流电输出信号输出到多通道ADC采集板上。视频ADC 视频ADC模块负责将外部摄像头输入的基带视频信号转换为数字信号。 该部分与DSP系统通过PPI接口和I2C接口连接。液晶显示屏该液晶显示屏负责整体系统的显示功能。该液晶显示屏与DSP系统通过并行RGB接口连接。按键和触摸屏该部分负责将用户的按键或者触摸输入转换为相应的点信号输送给DSP系统。CAN总线隔离单元考虑5T机房内部布线的方便性，该系统中的总控制器与空调控制器、室外云台等其他附属部件的通信方式采用CAN总线方式。该系统中的CAN总线隔离部件完成了 DSP系统与CAN总线的接口，同时完成了 CAN总线隔离，以保证系统可靠性。多路RS232总线隔离单元在5T机房内部有众多的电子设备，这些电子设备均保留一个故障输出串口，通过该串口可以获得当前设备的运行状态，同时当设备有故障时，则主动通过该串口输出故障报文。该多路RS232总线隔离单元完成了系统对外界故障报文的获取，同时该隔离采用磁隔离方式，有效的保证了各电子设备间的电气独立性。环境传感器该环境传感器通过I2C总线与DSP系统连接，该环境传感器可以获得当前机房内部的温度、湿度信息。开关电源和蓄电池该系统中采用高隔离度的开关电源为系统工作的电力供应。 为了系统能可靠工作，系统采用2个独立的12V电源。第一个12V电源专门给系统内部电路使用；第二个12V电源则给外部摄像头等供电，由此保证了系统工作的可靠性和避免外界电磁干扰影响到主控器内部电路的正常运行。蓄电池则提供了当外部交流电停电后，系统仍然能够正常运行3 5个小时。正常工况下该蓄电池维持在涓流充电状态。当系统监测到外部交流供电停电后，蓄电池自动转换到放电状态，为系统提供相应的电力供应。TTS模块当使用电话或者手机通过语音方式与该系统进行交互时，则需要TTS模块合成用户交互信息。该TTS模块使用SPI、I2S或者UART与DSP系统进行连接，DSP系统将需要播放的文本，通过通信端口发送给TTS模块，TTS模块则进行文本到语音的转换。该 TTS模块的语音输出接到Modem模块的麦克风输入端。SD卡该SD卡是整个系统的数据和程序存储单元。其储存的内容有系统中需要的各种应用处理；系统能控制的各设备描述数据；系统中监测的各指标数据；系统拍摄到的图像画面。该SD卡与DSP系统通过专用的符合SDHC规范的SD Card访问总线连接。所述空调控制器包括MCU、继电器及I/V (电流/电压)转换电路、环境传感器、空调交流电输入插座、空调交流电输出插座、红外线接收/发射器、CAN总线隔离单元，以及电源。所述继电器及I/V转换电路、环境传感器、红外线接收/发射器、CAN总线隔离单元均连接到MCU，所述空调交流电输入插座分别连接到继电器及I/V转换电路的输入端，所述空调交流电输出插座分别连接到继电器及I/V转换电路的输出端。所述空调控制器的CAN 总线隔离单元与总控制器的CAN总线隔离单元连接。以上各部分的具体连接关系和本身功能为MCU 该MCU是空调控制器的控制和运算单元。继电器及I/V转换电路该电路的功能为控制空调电源；检测空调是否开机。控制空调电源通过MCU控制继电器实现；检测空调是否开机则将空调电源的电流信号转换为相应的电压信号，然后通过MCU的ADC获得实现。该电路与MCU之间的连接为继电器连接到MCU输出脚；I/V转换电路连接到MCU的ADC引脚。环境传感器该环境传感器可以获得环境的温度、湿度。该环境传感器通过I2C总线与MCU连接。空调交流输入插座该插座为空调供电输入插座。该插座在系统内部连接到继电器输入端及I/V转换电路的输入端。空调交流输出插座该插座为空调供电输出插座。该插座直接连接到空调的电源输入端。该插座在系统内部连接到继电器输出端及I/V转换电路的输出端。红外线接收/发射器该红外线接收/发射器由单独的红外线发射、红外线接收两部分电路构成。红外线接收电路为接收现有空调红外线遥控器信号，学习红外线遥控命令使用。红外线发射电路为将已经学习到得红外线控制命令，通过该电路发射到控制。红外线接收电路与MCU的I/O中断输入脚连接；红外线发射电路的驱动端与MCU的Timer输出连接。CAN总线隔离单元该单元为系统提供了 CAN总线通信和电气隔离功能。该电路与MCU的CAN总线通信口连接。电源为该系统工作提供必要的电力供应。该主动式实时红外线远程故障诊断设备的工作流程如下所述系统上电自检系统上电后首先进入自检流程。在该自检流程中系统会逐项检测各个功能模块是否能正常工作，同时会通过CAN总线查询当前接入到CAN总线的设备空调控制器、CAN总线云台等。自检流程结束后系统会形成自检报告数据，同时将该自检报告数据形成网页文件，加入时间标记后放入系统Webserver目录内。上电自检流程会在后续的正常工作状态下，不定期的自动进行，以确保该系统能否可靠工作。完成系统自检工作后，系统进入空闲工作状态，等待用户以电话、网络接入、用户按键等不同方式登录到系统中使用该系统。本地用户使用模式在5T机房内，用户可以通过总控制器前面的按键和触摸屏进入系统操作界面完成系统支持的系列功能。当用户在30秒内无任何按键操作后，系统自动退出本地用户使用模式，重新回到空闲模式。电话用户模式用户可以使用电话、手机拨打总控制器电话号码，经过用户身份确认后，用户可以使用电话获得该5T机房内的有关工作状态信息。例如交流供电情况、直流供电情况、网络工作状态。电话用户模式用户不能使用高级操控命令，例如设备复位、加热、停电、送电等操作不对电话用户开放。网页用户模式用户可以通过Modem或者以太网进入系统，当密码核对正确，用户身份得到确认后，用户方可进入系统控制界面。在该界面下用户可以获得5T机房内所有被控设备的工作状态，同时可以进行设备复位、加热、停电、送电等高级操作。当60秒内，用户没有任何操作，则系统自动断线，避免用户长时间占用通信线路。主动式实时监测模式该系统内置了被控设备的各种监测目标和具体参数指标，该系统可以自动实时监测各参数指标是否符合要求，同时将监测到的数据记录到系统存储系统中。等待用户进一步查询使用。当某项参数超标后，系统则根据超标处理流程进行不同的超标处理。
权利要求1.一种主动式实时5T机房综合监测系统，其特征在于包括总控制器和空调控制器；所述总控制器包括DSP系统、Modem、多通道ADC采集板、直流电源切换板、交流电控制及监测板、视频ADC、液晶显示屏、按键和触摸屏、CAN总线隔离单元、多路RS232总线隔离单元、环境传感器、开关电源和蓄电池、TTS模块，以及SD卡，所述Modem、多通道ADC采集板、直流电源切换板、交流电控制及监测板、视频ADC、液晶显示屏、按键和触摸屏、CAN总线隔离单元、多路RS232总线隔离单元、环境传感器、TTS模块，以及SD卡均连接到DSP系统， 同时，所述TTS模块连接到Modem，直流电源切换板、交流电控制及监测板均连接到多通道 ADC采集板，该总控制器通过CAN总线隔离单元与空调控制器连接；所述空调控制器包括MCU、继电器及I/V转换电路、环境传感器、空调交流电输入插座、空调交流电输出插座、红外线接收/发射器、CAN总线隔离单元，以及电源，所述继电器及ΙΛ转换电路、环境传感器、红外线接收/发射器、CAN总线隔离单元均连接到MCU，所述空调交流电输入插座分别连接到继电器及ΙΛ转换电路的输入端，所述空调交流电输出插座分别连接到继电器及I/V转换电路的输出端，所述空调控制器的CAN总线隔离单元与总控制器的CAN总线隔离单元连接。
2.如权利要求1所述的主动式实时5T机房综合监测系统，其特征在于所述Modem通过RS232接口与DSP系统连接，同时通过电话线与PSTN网连接，多通道ADC采集板与DSP 系统通过SPI和SPORT端口相连接，直流电源切换板与DSP系统通过SPI端口连接，交流电控制及监测板与DSP系统通过SPI连接，视频ADC与DSP系统通过PPI接口和I2C接口连接，液晶显示屏与DSP系统通过并行RGB接口连接，环境传感器通过I2C总线与DSP系统连接，TTS模块使用SPI、I2S或者UART与DSP系统进行连接，SD卡与DSP系统通过SD Card 访问总线连接。
3.如权利要求1所述的主动式实时5T机房综合监测系统，其特征在于所述TTS模块的语音输出接到Modem模块的麦克风输入端。
4.如权利要求1所述的主动式实时5T机房综合监测系统，其特征在于所述空调控制器中继电器连接到MCU输出脚，I/V转换电路连接到MCU的ADC引脚，环境传感器通过 I2C总线与MCU连接。
5.如权利要求1所述的主动式实时5T机房综合监测系统，其特征在于所述空调控制器的红外线接收/发射器由单独的红外线发射、红外线接收两部分电路构成，红外线接收电路与MCU的1/0中断输入脚连接，红外线发射电路的驱动端与MCU的Timer输出连接。
专利摘要主动式实时5T机房综合监测系统，其总控制器中Modem、多通道ADC采集板、直流电源切换板、交流电控制及监测板、视频ADC、液晶显示屏、按键和触摸屏、CAN总线隔离单元、多路RS232总线隔离单元、环境传感器、TTS模块，及SD卡均连到DSP系统，TTS模块接到Modem，直流电源切换板、交流电控制及监测板均接多通道ADC采集板。空调控制器中继电器及I/V转换电路、环境传感器、红外线接收/发射器、CAN总线隔离单元均接MCU，空调交流电输入及输出插座分别接继电器及I/V转换电路的输入及输出端，空调控制器及总控制器通过CAN总线隔离单元连接。本实用新型的优点在于实现主动式实时监测、对5T机房内设备进行综合监测和控制、无需上位机软件、通信速度快且数据传送安全。
文档编号G05B19/418GK202102300SQ20112017866
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者刘湘毅, 张永强 申请人:合肥安迅铁道应用技术有限公司