专利名称：红外线轴温探测站远程故障诊断系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动控制技术领域，具体涉及到一种红外线轴温远程故障诊断系 统。
背景技术：
铁路红外线轴温探测站是每隔30公里沿着铁路线分布的对列车轴温进行实时探 测、传输和处理的安全系统。红外线轴温探测站系统由供电、通讯和探测站三部分构成，安 装在铁路沿线的无人值守机房内。全路7万公里铁路线安装着约5000套红外线轴温探测 站，构成了一个庞大的红外线轴温探测网覆盖全国铁路线，确保客货列车安全运行。这样一个庞大的列车轴温实时监测系统，工作在无人值守的环境下，它的日常维 护和故障处理是由人工进行的。为此铁路车辆部门有专门的维修车间和工班对红外线轴温 探测设备进行日常维护和故障处理。平时维修车间的工作人员按设备包保范围对该系统进 行周、半月、月、季等常规检修；在设备发生故障时进行应急处理和维护。所有这些工作都 需要维护人员沿着铁路线路一个探测站一个探测站的上门维护，这对维修单位来说是一个 工作量和成本都很大的工作，铁路车辆段为此要设一个50-100人的维护队伍，每年花费数 百万元的维修费用；在处理突发故障时因要驱车上百公里，路途需1-2个小时，当人员赶到 时经过故障探测站的列车可能已经通过10-20列，如果其中如有热轴车则不能及时发现和 拦停，会导致列车热轴事故的发生，给人民生命财产带来损害，为铁路声誉带来损失。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种红外线探测站故障远程诊断系统，自动完成对红 外线探轴温探设备的直流电压、磁钢噪声的测量；当红外线探测站发生故障时，自动判断故 障发生部位(供电、通讯、探测站)并实施简单的故障处理(复位、停电、供电)，为红外轴温 探测系统取消周检和快速处理故障提供了技术保障手段。本实用新型采用的技术解决方案如下红外线轴温探测站远程故障诊断系统由主机和两台以上的分机构成，主机和分机 之间通过电话网络连接；主机由嵌入式计算机和智能控制卡构成，嵌入式计算机和智能控制卡串行通讯连 接；分机包括智能控制卡，语音提示电路，供电检测电路，停送电控制电路，电池充电 电路，电压测量电路，噪声测量电路；语音提示电路，电池充电电路受控于智能控制卡，电压 测量电路和智能控制卡双向串行通讯连接；噪声测量由智能控制卡通过软件实现，供电检 测电路和停送电控制电路通过总线收发器和智能控制卡连接；智能控制卡包括振铃检测电路、摘机电路、双音多频(DTMF)信号收发控制电路、 串口及电平转换电路、CPU控制模块、误码测试电路；智能控制卡外接电话网络，振铃检测 电路的输出接 模块；摘机电路的控制信号来自CPU控制模块；双多音频(DTMF)信号收发控制电路通过二 /四线转换电路和摘机电路连接并和CPU控制模块进行数据通讯；串口 及电平转换电路分别与CPU控制模块和误码测试电路连接，将CPU控制模块和调制解调器 的TTL电平转化为串行接口电平；误码测试电路通过隔离变压器外接电话线，并接收来自 CPU控制模块的信息。系统的测控信令采用双音多频(DTMF)传输协议；系统在实回线通信接口上对被测信道的误码率技术指标进行双向远程遥控测试， 误码测试所需的伪随机序列码采用线性同余算法以软件方式产生；双音多频(DTMF)信号收发控制电路包括DTMF译码器和二 /四线转换电路。二 / 四线转换电路由四运放U2和电阻R5，R6，R7，R8，R9，R10，Rll，R12构成；DTMF译码器U3由 DTMF收发器专用芯片MT8880及外围元件构成；T8880第二脚通过电阻R13，电容C13和U2C第8脚连接；MT8880第8脚通过电容C14，电阻R12和U2A第2脚连接；CPU控制模块采用51系列单片机AT89S52 ；MT8880 第 9，10，11，12，14，15，16，17 脚分别和 CPU控制模块U6 的第 30，31，32，33， 34. 35，36，37 脚连接；振铃检测电路由全桥BRl、光耦OPTl、电阻Rl、R2、R3，电容Cl、C2、C3，六反相器芯 片Ul构成，Ul第2脚和CPU控制模块第9脚INTl端连接；摘机电路由电阻R4、晶体管Ni、隔离变压器Tl、继电器J1、二极管Dl构成，CPU控 制模块的第40脚Pl. 0端通过电阻R4和m基极连接；误码测试电路由调制解调器芯片TCL3105(U4)、四运放芯片LM324⑴5)、隔离变压 器 T2，以及 CPU 控制模块共同构成；U5 和电阻 R21、R22、R23、R24、R25、R30、R31、R32、R33、 R34、R35、R36、R37、R38、电容C21构二 /四线转换电路；TCL3105第2、第3、第5、第13脚分别和CPU控制模块第18、第19、第20、第1脚连 接；语音提示电路包括语音芯片ISD1402，功放电路LM386，ISD1402语音芯片通过锁 存器74HC373芯片和分机智能控制卡的CPU控制模块连接；交流供电检测电路由限流电阻和光电耦合器构成，六路相同的交流供电检测电路 通过总线收发器74HC243芯片和分机中智能控制卡的CPU控制模块连接；交流供电控制电路由晶体三极管，继电器，光电耦合器构成；交流供电控制电路共 分四路两极，其光电耦合器的输出端和晶体三极管的输入端均通过总线收发器74HC243总 片和分机中智能控制卡的CPU控制模块连接；电压测量电路包括单片机STC12C541OAD、六路分压电路、多路选择开关电路 4051、极性转换电路LM358，基准电压电路LM385、负电源产生电路CAP7660 ；六路分压电路 经极性转换电路转换极性后和多路选择开关电路4051相应的输入端连接，多路选择开关 电路4051受控于单片机STC12C5410AD ；单片机STC12C5410AD和分机中智能控制卡的CPU 控制模块串行通讯连接。本实用新型的积极意义在于1、系统主、分机构成了远程实时红外线探测站故障诊断系统。当红外线探测站发 生故障时，维修人员可利用主机或移动电话快速对故障探测站进行判断故障诊诊断(供电、通讯、探测站)并实施简单的故障处理(复位、停电、供电)；分机自动完成对红外线探 测的各路直流电压、探头噪声指标的测量并向主机传送。2、快速处理故障，压缩故障延时。红外线探测站发生故障时，利用本系统实现远程 故障判断和处理，可压缩处理故障时间。解决了维修人员需驱车上百公里去探测站处理、造 成故障延时，发生漏车漏报问题。尤其适用于提速区段和交通不便的山区设备维护。3、实现自动监测，代替人工计表。管理主机可以与安装在探测站的分机进行通讯， 分机自动完成对红外线探测站的各路直流电压、探头噪声指标的测量并向主机发送，替代 人工实地周检。
图1为本实用新型主机与分机布局示意图；图2为本实用新型系统原理示意图；图3为本实用新型智能控制卡示意图；图4为本实用新型分机与红外轴温探测站配线示意图；图5为本实用新型主机工作原理图；图6为本实用新型分机呼叫主机信号接续示意图；图7为本实用新型分机振铃示意图；图8为本实用新型二 /四线转换电路示意图；图9为本实用新型CPU控制模块电路示意图；图10为本实用新型数据发送程序流程图；图11为本实用新型数据接收程序流程图；图12为本实用新型误码测试工作原理图；图13为本实用新型误码测试电路示意图；图14为本实用新型串口及电平转换电路示意图；图15为本实用新型分机工作原理图；图16为本实用新型语音提示电路图；图17为本实用新型交流供电检测电路图；图18为本实用新型交流供电控制电路图；图19为本实用新型充电电路图；图20为本实用新型电压测量电路；图21为本实用新型噪声测量电路；
具体实施方式
本实用新型的一个具体实施例如下如图1-图21所示(1)主机工作原理主机由嵌入式计算机和智能控制卡构成智能控制卡的原理图如图3所示，它由振铃检测、摘机电路、DTMF信号收发控制 器、CPU控制模块、误码测试电路、串口及电平转换电路等六部分电路构成[0055]1、振铃检测当探测站分机呼叫主机时，其接续信号是通过PSTN电话交换网进行接续的，示意 如图6所示；主叫分机自动拨被叫主机号码，电话交换网进行接续，通话回路接通后，交换机向 被叫送振铃音，振铃信号是25Hz，IlOV交流信号，送1秒停4秒，如图7所示；本机振铃检测电路由Rl、R2、R3电容Cl、C2、C3整流桥BKl光耦OPTl变压器Ul 等元件组成。Cl起隔直作用，BRl整流桥对交流信号进行整流，Rl对其进行限流，将输入光耦 (OPTl)的电流限制到20mA左右，OPTl实现电话外线与内电路的光电隔离，R2、C2对整流后 的振铃信号进行滤波，并送给Ul的第一路反相器，经反相器反相后送入CPU的中断1 (INTl) 作为CPU响应信号，R3、C3消除脉冲前后尖刺。当CPU的中断1 (INTl)连续检测到4个振铃信号后，CPU启动摘机电路。2、摘机电路摘机电路的作用是启动交换机用户电路DTMF信号收发控制器，使主机进入工作 状态。摘机电路由电阻R4、三极管Ni、隔离变压器Tl、继电器J1、二极管Dl等元件构成， CPU命令摘机时，CPU的Pl. 0 口出高电平，Nl导通，Jl继电器吸合隔离变压器Tl接入交换 机用户电路。用户电路启动后主、被叫停送回铃音和振铃信号，接通主、被叫通话回路，可进行 300Hz-3400Hz带宽的音频通信。3、DTMF信号收发控制电路收发控制电路由二 /四线转换电路和DTMF译码器组成，主要任务是完成主叫(主 机)对被叫(分机)的300Hz-3400Hz带宽的音频信号。分别介绍如下a、二 /四线转换电路二 /四线转换电路的作用是实现二线(电话)到DTMF译码器(四线)收发接口 电路的转换和消侧音功能。它们是由运算放大器U2、电阻R5、R6、R7、R8、R9、RIO、R1UR12 构成。如图8所示；U2C与R7、R8组成1倍的反相放大器，反相输入端9脚对来自电话Tl (变压器)2 脚DTMF信号进行和缓冲，经C13隔直送入译码器MT8880的第二脚接收端U2A与RIO、R12 组成1倍的反相放大器，反相输入端2脚对来自MT8880第八脚发送端的DTMF信号进行1 倍放大和缓冲送入U2B。U2B与R5、R6组成1倍的反相放大器，反相输入端6脚对来自U2A放大器1脚的 DTMF信号反相放大后再送入变压器Tl的4脚。可调电阻R9将反相放大器U2B反相的信号送入放大器U2A的输入端，经R9调节 可对侧音进行消除。b、DTMF 译码器DTMF信号的产生原理是双音频信号是2个正弦波信号的叠加，选定2个频率Π 和f2后可得到这种信号的数学表达式f(t) = A. sin (2. pi. fl. t)+A. sin (2. pi. f2. t)如果用合适的采样频率对这个信
7号进行A/D转换，则很容易计算出每一个采样点的A/D值，而如果将这些采样值形成一张 表，在单片机里用同样的采样频率将这张表中的数值用D/A转换器输出，就是双音频信号。 在实际应用中常用Ib的DM编码来实现A/D和D/A过程，其中A/D过程可以在嵌入式计算 机上完成，用程序生成对应每一个DTMF信号的DM编码表，D/A过程在CPU控制模块上完成。MT8880是一种完整的DTMF收发器专用芯片，它包含DTMF接收器和由行、列计数器 与D-A变换器构成的DTMF发送器，另外增加了几种内部寄存器和控制接口、数据总线缓冲 器，以实现与微机处理器直接接口和便于对电路进行工作模式控制，获得更多的功能和灵 活性。 _MT8880通过微机接口可以由RSI、R/W、D0_D3等信号选择与设定内部寄存器，并控 制电路的工作状态或工作模式。它共有五个不同作用的寄存器——发送数据寄存器(TDR)、 接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A(CRA)和B(CRB)。分别根据RSI、R/ W命令将数据总线数据(D3-D0)写入TDR或CRA、CRB，以控制DTMF信号的发送和选择电路 的工作模式；或者将接收DTMF译码数据从RDR读到数据总线。MT8880的1脚(放大器正)接4脚(VRef)，2脚(放大器负)与Rl3、Rl5构成2 倍放大器对来自U2C放大器的DTMF信号进行放大。MT8880的6脚、7脚接3. 58MHz晶振，向内部提供时钟信号。MT8880的8脚为DTMF信号输出，它通过C14向U2A提供DTMF信号，C15、R16对输 出的DTMF信号进行高频滤波。MT8880的9脚(R/w)为读写控制，它以高或低电平控制数据(D0-D3)传送到微处 理器或输入到该电路内。MT8880的10脚(压)为片选信号输入，若农为TTL低电平，则此电路被选。MT8880的11脚(RSO)为寄存器选择输入。与TTL电平兼容。确定数据出入哪种
寄存器。MT8880的12脚(CP)为系统时钟输入。与TTL电平兼容。MT8880的14、15、16、17脚(D0-D3)为控制DTMF信号发送和DTMF译码的4位数据 输入/输出。与TTL电平兼容。当压=H，D0-D3端呈高阻。MT8880的13脚( 面/CALL)为对微处理器的中断请求信号，为开漏输出。若控制 寄存器数据设定电路处于呼叫处理(CALL)模式和中断使能，则T^/CALL端输出代表运放 输入的方法信号音，但该信号频率必须落在呼叫处理滤波器的带宽内。MT8880的18脚(ECO)为初始控制输出。若电路检测出一种有效的单音对时，则 ECO为高电平；若信号丢失，则ECO返为低电平。MT8880的19脚(CI/GT0)为控制输入/时间监测输出。若CI电压高于门限Vlst 时，电路寄存被检测的DTMF单音时，并更新输出锁存器内容；若CI电压低于VTst，则电路不 接收一新单音对。GTO输出的作用是设置外部监测时间常数。MT8880有六种工作模式，在进行DTMF信号发送或接收时工作方式为数据输入经 TDR控制可编程行、列分频器、D-A变换器，合成DTMF发送信号。或DTMF信号经拨号音抑 制、分离带通滤波、鉴频与确认、译码成相应4比特码，经RDR输至数据总线。C、CPU控制模块CPU控制器采用51系列单片机，AT89S52是一种低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造， 与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适 于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为 众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O 口线，看门狗 定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行 口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至OHz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节 电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器作1-数器、串口、中断继续工作。掉 电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬 件复位为止。CPU模块电路示意如图9所示
0092]
0093]
0094]
0095]
位；
0096] 1脚;
0097]
0098]
0099]
内部提供时钟信号；
CPU的1脚复用Pl. 5 口线 CPU的2脚复用Pl. 6 口线 CPU的3脚复用Pl. 7 口线 CPU的4脚(RST)接由C19、R26、R27、Sl组成的复位电路，必要时对系统进行复
CPU的5脚(RXD)、6脚(TXD)串口通讯的数据接受与发送，分别接U7 ()的12脚、
CPU的8脚(INTO)为中断0，接振铃信号后的输出； CPU的9脚(INTl)为中断1，接MT8880的输出；
CPU的15脚、16脚接IOMHz精振，与内部放大器、C22、C23组成时钟电路，向CPU
0100]CPU的18脚(P2. 0)接TCL3105 (调制解调器)2脚(CLK)，与TCL3105同步0101]CPU的19脚(P2. 1)接TCL3105 (调制解调器)3脚(CDT)，与TCL3105同步0102]CPU的20脚(P2. 2)接TCL3105 (调制解调器)5脚(TRS)，与TCL3105同步0103]CPU的21脚、22脚接TCL3105(调制解调器)13脚(TRXl)、12脚(TRX2)；0104]CPU的24脚接；0105]CPU的25脚接；0106]CPU的30脚接MT8880的9 脚(R/w)；0107]CPU的31脚接MT8880的10脚(CS)；0108]CPU的32脚接 的11脚(RSO)；0109]CPU的33脚接MT8880的12脚(CP)；0110]CPU的34脚接MT8880的14脚(DO)；0111]CPU的35脚接MT8880的15脚(Dl)；0112]CPU的36脚接MT8880的16脚(D2)；0113]CPU的37脚接MT8880的17脚(D3)。0114]软件设计0115]1、主程序
0116] 在主机主程序中，主、被叫建立通讯后，互发握手信号(*或#)进行同步，然后分机 用串口读数字表数值发送给对方。至此，一次完整的数据传送完成，系统复位，等待下一次数据传输。2、时钟程序时钟程序具有两个功能，其一是计时，对系统进行超时复位，其二是每IOmS对电 信号进行检测，以判别电讯网状态。忙音和阻塞音的检测是利用MT8880在呼叫处理模式 下，CP端输出检测到的电讯网中脉动信号频率。在忙音状态下，信号是450士25Hz的交流脉 冲，且以0. 7秒周期，即0. 35秒通，0. 35秒断，所以可以通过3次在0. 7秒周期内所测到的 脉冲次数来确定是不是忙音。阻塞音同理可知，只是它的周期比忙音长一倍。因为MT8880 工作在呼叫模式下不能检测DTMF信号，系统在识别电话号码前以及系统需要接收对方发 来的握手信号时，MT8880均需工作在DTMF模式下，所以在系统中需设一标志位来进行两种 工作模式的交换。3、MT8880的数据发送程序MT8880的数据发送程序中用到了相应的串口接收程序，其程序流程图如图10所
示 ο4、MT8880的数据接收程序MT8880的数据接收程序中用到了相应的串口发送程序，其程序流程图如图11所
示οd、误码测试电路误码测试电路的控制过程如图12所示，首先是分机在主机的命令下，主、分机同 步将码型发生器和误码检测器接入被测通讯电路，然后A侧码型发生器发码，B侧误码检测 器收码并进行检测，完成被测通讯电路A-B方向的误码测试；其次然后B侧码型发生器发 码，A侧误码检测器收码并进行检测，完成被测通讯电路B-A方向的误码测试。这一过程是 主机控制分机遥控完成的。具体工作步骤是A —B 方向①主机呼叫分机，建立控制回路。②主机将A侧的被测线路与原设备断开，并接入码型发生器。③主机命令分机将B侧原设备断开，并将误码检测电路接入被测电路。④主机向分机发送速率1200bt/s，511型随机测试码三分钟，分机进行误码测试。⑤误码检测完成后，分机将检测结果通过信令传送回路传给主机，主机把测得的 结果在计算机上显示或打印。同时主机也可定是发送误码测试命令，自动进行定时误码测 试。B —A 方向B — A方向的误码测试在B侧发送测试码，A侧接收并检测，其它同A — B。主机的误码测试电路由CPU、T2、L4和U4共同完成，其中CPU存放的码型发生和误 码检测是一种算法，码型发生器程序右按既定的速率(1200bt/s)发送8位511型随机码， 误码检测程序接收到第一组码后，便知道下组所产生的随机码，即刻进行同步跟踪比较，根 据比较结果得出被测通讯电路的误码率指标。测试原理误码测试原理是码型发生器程序按确定的算法(线性同余法)发送速率(1200bt/ s)，长度8位，供511种随机码。误码检测器接收到第一组码后，按线性同余法所产生下组随机码，即刻进行同步跟踪比较，根据比较结果得出被测通讯电路的误码率指标。传统的随机序列码是由硬件电路产生的，人们曾采用很多种原始的物理方法用于 生成一定范围内满足精度(位数)的均勻分布序列，其缺点在于速度慢、效率低、需占用大 量存储空间，且性能不稳定。本方案用计算机模拟误码测试需要的的伪随机序列码。从实用的角度看，获取这 种数的最简单和最自然的方法是利用计算机语言的函数库提供的随机数发生器。典型情况 下，它会输出一个均勻分布在0和1区间内的伪随机变量的值。我们这里采用的算法是线 性同余法。线性同余法LCG (Linear Congruence Generator)选取足够大的正整数M和任意 自然数n0，a，b，由递推公式:ni+l = (af (ni)+b)mod M i = 0,1,... ,M-I生成的数值序列 称为是同余序列。当函数f(n)为线性函数时，即得到线性同余序列ni+l = (a*ni+b)mod M i = 0,1,..., M-I以下是线性同余法生成伪随机数的伪代码Random (η, m, seed, a, b) {r0 = seed ；for(i = 1 ;i < = η ；i++)ri = (a*ri-l+b)mod m}其中种子参数seed可以任意选择，常常将它设为计算机当前的日期或者时间；m 是一个较大数，可以把它取为2w，w是计算机的字长；a可以是0. Olw和0. 99w之间的任何整数。应用递推公式产生均勻分布随机数时，式中参数nO，a, b，M的选取十分重要。例
如，选取M= 10，a = b = n0 = 7，生成的随机序列为{6,9,0,7,6,9,......}，周期为4。取
M = 16, a = 5，b = 3，n0 = 7，生成的随机序列为{6，1，8，11，10，5，12，15，14，9，0，3，2，13，
4,7,6,1......}，周期为 16。取 M = 8，a = 5，b = 1，n0 = 1，生成的随机序列为{6,7,4,
5,2,3,0,1,6,7......}，周期为 8。软件编制用VC产生随机数有两个函数，分别为rand (void)和srand(seed)。rand()产生 的随机整数是在0-RAND_MAX之间平均分布的，RAND_MAX是一个常量(定义为#define RAND_MAX 0x7fff)。它是short型数据的最大值，如果要产生一个浮点型的随机数，可以 将rand 0/1000. 0，这样就得到一个0-32. 767之间平均分布的随机浮点数。如果要使得范 围大一点，那么可以通过产生几个随机数的线性组合来实现任意范围内的平均分布的随机 数。其用法是先调用srand函数，如srand ((unsigned) time (NULL))这样可以使得每次产 生的随机数序列不同。如果计算伪随机序列的初始数值(称为种子)相同，则计算出来的 伪随机序列就是完全相同的。要解决这个问题，需要在每次产生随机序列前，先指定不同的 种子，这样计算出来的随机序列就不会完全相同了。以time函数值(即当前时间)作为种 子数，因为两次调用rand函数的时间通常是不同的，这样就可以保证随机性了。也可以使 用srand函数来人为指定种子数。分析以下两个程序段，程序段1 :H 包含头文件 void main () {int count = 0 ；for(int i = 0 ;i < 10 ；i++){srand((unsigned)time(NULL))；count++ ；cout <<〃 No" <<C0UNT<<" =〃 << RAND() <<〃 ？；
11[0150]程序段1中由于将srandO函数放在循环体内，而程序执行的CPU时间较快，调用 time函数获取的时间精度却较低(55ms)，这样循环体内每次产生随机数用到的种子数都 是一样的，因此产生的随机数也是一样的。而程序段2中第1次产生的随机数要用到随机 种子，以后的每次产生随机数都是利用递推关系得到的。测试电路主机的误码测试电路由CPU控制模块U6、T隔离变压器T2、运算放大器U5和调制 解调器U4共同完成，如图13所示。测试时T2首先将通信专线的测试信号耦合到二 /四 转换电路侧，同时必须经过调制解调器(Modem)将数字信号(红外轴温信号)还原成模拟 信号才能与音频话路实现接口，使测试系统与实回线形成接口，因此用TCL3105对其进行 调制解调，测试时主机发送速度为1200bt/s，511型循环码，总共发送10万个，接收方根据 发码规律比较接收到的码是否有误并计算出误码率，从而完成对被测信道误码率的自动测 试；二 /四转换电路侧由U5和R13、R15R13、R15R13、R15构成，工作原理同上。TCL3105是调制解调器专用芯片，其工作原理是整个电路由四个功能块构成发送电路、接收电路、载波检测电路、控制及定时电路。发送电路包括调制器、发送滤波器和发送放大器。要传送的二进制数据首先从TD 端输入给调制器。它实质上是一个可控的频率合成器，根据4. 43MHz时钟经分频产生所需 要的频率，然后根据输入的数据和MODEM所处工作状态形成FSK信号送入开关电容发送滤 波器以滤除信号中的高频分量和杂波。由发送滤波器输出的信号经过发送放大器后，变成 幅度不随电源电压变化的FSK信号输出到线路。接收电路由防混叠滤波器、AGC放大器、接收滤波器、群处时均衡器、限幅器、解调 器、解调滤波器和比较器共八部分组成。从线路接收的FSK信号首先通过防混叠低通滤波 器滤除高频分量后进入AGC放大器，AGC放大器输出电平稳定的FSK信号。该信号通过开关 电容接收滤波器滤除多余频率成份，再通过群延迟均衡补偿由接收滤波器和其它电路造成 的延迟后，由限幅器变换成一定电平的方法输入给解调器。解调器由单稳态多谐振荡器构 成，它利用输入方波信号的上升、下降沿作为触发，形成频率是输入信号二倍的脉冲信号， 送入解调滤波器。该电路输出信号的直流分量与输入脉冲信号频率成比例，此信号最后通 过比较器形成解调数据输出。比较器的基准电压右通过RXB端在片外调整。载波检测电路包括能量检测电路和数字延迟电路。能量检测器将接收滤波器的输 出电平与通过CDL端由片外设置的门限电平相比较，从而检出载波。为防止输出振荡，能量 检测电路具有2. 5dB的滞后特性.数字延迟电路是为防止载波瞬间消失而设计的。控制及定时电路由振荡器和基准电压产生器组成，为MODEM提供工作时钟和内部 基准电压e、串口及电平转换电路控制电路与嵌入式计算机通讯采用串口通讯方式，U7为MAX公司的串口通讯电平 转换芯片，将CPU和TCL3105的TTL电平转换为RS-232接口电平。串口电平转换电路如图 14所示；(2)分机工作原理
12[0163]分机电路由智能控制卡、语音提示、供电检测、停送电控制、电池充电、电压测量、 噪声测量等电路构成。分机工作原理如图15所示；振铃检测、摘机电路、DTMF信号收发控制器、CPU控制模块、码测试电路等五部分 电路同主机电路部分，此处不再赘述；语音提示、供电检测、停送电控制、电池充电、电压测 量、噪声测量六部分电路介绍如下1、语音提示电路语音提示电路由ISD1420和LM386组成，如图16所示。ISD1420是20秒固体录音电路，LM386是0. 5功放电路。ISD1420 的 1 (AO)、2 (Al)、3 (A2)、4 (A3)、5 (A4)、6 (A5)、7 (A7)为放音控制线，分别 接 Ull (74HC373)的 12、13、14、15、16、17、18、19 脚，在放音时接受 CPU 的控制。LM386将ISD1420的BTL放大电路转换成单电路功放并对信号进行放大。LM386的2、3脚分别接ISD1420的14 (SP+)、25(SP_)脚，5脚为音频信号输出端， 接U13B的5脚将相应的提示语音送给主叫。2、交流供电检测电路交流供电检测电路供六路，供电检测电路如图17所示。每路由2个大功率高阻值电阻(2W/51K)串入光耦器输入端，分别检测两路交流供 电和四路负载有无220伏交流电压。光耦器的输出端经RC滤波后接U3(74HC243同相三态 总线收发器)的2、3、4、5、6、7脚在CPU的控制下完成两路交流供电和四路负载的220伏电 压检测。3、交流供电控制电路交流供电控制电路分4路两级，如图18所示。晶体管由N1、N2、N3、N4构成，当晶 体管导通时吸动隔离继电器，隔离继电器将交流控制继电器吸动，完成系统对红外线探测 站的复位、停电、供电和加热的控制任务。之所以加隔离继电器是为了保证控制的稳定性， 防止强电(AC220V对CPU的干扰)。控制继电器在静态时是接点是导通的，符合故障导向安 全的设计原则。为了增加系统供电的可靠性，1、2路继电器采用双继电器并联。同时供电回路内有 光耦器构成的交流检测电路，以实现供电状况的检测。供电控制电路。4、电池充电电路为了保证探测站停电时本系统仍能正常工作。本机有充电电路和8. 5V 4AH锂电 池构成停电供电电路。充电电路如图19所示正常交流供电时，变压器输出交流9. 5V，经整流变为直流12V。该电压一边向锂电 池充电一边向7805供电，此时钳位二极管D4反向截止，锂电池不放电。RlO为冲电限流电 阻，防止大电流过冲。当交流供电停止后D4导通、锂电池向系统供电。锂电池可维持探测站分机独立工作48小时。5、电压测量电路电压测量电路由单片机分压电路、多路选择开关电路4051、正负极性转换电路和 负电源产生电路CAP7660构成。电压测量电路如图20所示单片机选用的是增强型CPU，型号为STC12C5410AD，主要特点是(1)超强抗干扰；[0185](2)超强抗干扰①高抗静电(ESD保护)；②轻松过4KV快速脉冲干扰(EFT测试)；③宽电压，不怕电源拌抖动；④宽温度范围-40°C 85°C。(3)1个时钟/机器周期，可用低频晶振，大幅降低EMI ；(4)超低功耗①掉电模式典型功耗< 0. ΙμΑ;②空闲模式典型功耗< 1. 3mA ；③正常工作模式典型功耗2. 7mA < 7mA ；④掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统，如水表、气表、便携设备等。(5)在系统可编程，无需仿真器，可远程升级；(6)可送STC-ISP下载编程器，1万片/人/天；(7)内部集成MAX810专用复位电路，原复位电路可以保留，也可以不用，不用时 RESET脚接IOK以下电阻到地。被测各路直流电压，通过R15-R26组成的分压网络和LM358极性转换电路接到多 路选择开关4051的输入端13、14、15、12、1、5、2、4脚，4051的控制端11、10、9接的单片机 的13 (P2. 5)、15(P2. 6)、17(P2. 7)脚，测量选择由单片机输出B、D、C码控制4051的输出端 3脚选通哪一路被测电压，4051的3脚接单片机的第一路模拟量测试端(18脚)。R27和 Tl (LM385-2. 5V)组成2. 5V基准电压，送单片机的21脚，CAP7660产生-5V电源供U3使用。 单片机STC12C5410AD和分机智能控制卡的CPU模块串行通讯。为提高电压和噪声测量的精度，在分机进行电压和噪声测量时，运用软件的方法 对被测电压进行校准，这个标定方法就是基于多组参数的电压标定。原理是在已知的能 让电压准确显示的参数范围内将参数以枚举的方式全部写出来这样就让电压标定变得简 单起来，经过枚举的参数可以让所以机型和电压值都十分准确，基本控制在误差不超过 士0. 15V(主要是电压值大时标定偏差略大些，在20V以下时差距在士0. 05V)。6、噪声测量电路噪声测量电路原理参照图21。噪声测量的实现主要是靠软件实现的，直流电源的高频噪声与直流电压CPU的I/O 口对直流电压进行高速采样后，进行频谱变换，计算出高频信号的直流 分量(有效值)。
权利要求红外线轴温探测站远程故障诊断系统，其特征是该系统由主机和两台以上的分机构成，主机和分机之间通过电话网络连接；主机由嵌入式计算机和智能控制卡构成，嵌入式计算机和智能控制卡串行通讯连接；分机包括智能控制卡，语音提示电路，供电检测电路，停送电控制电路，电池充电电路，电压测量电路，噪声测量电路；语音提示电路，电池充电电路受控于智能控制卡，电压测量电路和智能控制卡双向串行通讯连接；供电检测电路和停送电控制电路通过总线收发器和智能控制卡连接；智能控制卡包括振铃检测电路、摘机电路、双音多频(DTMF)信号收发控制电路、串口及电平转换电路、CPU控制模块、误码测试电路；智能控制卡外接电话网络，振铃检测电路的输出接CPU控制模块；摘机电路的控制信号来自CPU控制模块；双音多频(DTMF)信号收发控制电路通过二/四线转换电路和摘机电路连接并和CPU控制模块进行数据通讯；串口及电平转换电路分别与CPU控制模块和误码测试电路连接，将CPU控制模块和调制解调器的TTL电平转化为串行接口电平；误码测试电路通过隔离变压器外接电话线，并接收来自CPU控制模块的信息；系统的测控信令采用双音多频(DTMF)传输协议。
2.根据权利要求1所述的红外线轴温探测站远程故障诊断系统，其特征是双音多频 (DTMF)信号收发控制电路包括DTMF译码器和二 /四线转换电路，二 /四线转换电路由四运 放U2和电阻R5，R6，R7，R8，R9，R10，Rll，R12构成；DTMF译码器U3由DTMF收发器专用芯 片MT8880及外围元件构成；T8880第二脚通过电阻R13，电容C13和运放U2C第8脚连接；MT8880第8脚通过电容C14，电阻R12和运放U2A第2脚连接；CPU控制模块采用51系列单片机AT89S52 ；MT8880 第 9，10，11，12，14，15，16，17 脚分别和 CPU 控制模块 U6 的第 30，31，32，33， 34. 35，36，37 脚连接。
3.根据权利要求1所述的红外线轴温探测站远程故障诊断系统，其特征是振铃检测 电路由全桥BR1、光耦OPT1、电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3，六反相器芯片(Ul)构成，六反 相器芯片(Ul)第2脚和CPU控制模块第9脚INTl端连接。
4.根据权利要求1所述的红外线轴温探测站远程故障诊断系统，其特征是摘机电路 由电阻R4、晶体管Ni、隔离变压器Tl、继电器Jl、二极管Dl构成，CPU控制模块的第40脚 PL 0端通过电阻R4和晶体管m基极连接。
5.根据权利要求1所述的红外线轴温探测站远程故障诊断系统，其特征是误码测试 电路由调制解调器芯片TCL3105 (U4)、四运放芯片LM324 (U5)、隔离变压器T2，以及CPU控制 模块共同构成；四运放芯片 LM324 (U5)和电阻 R21、R22、R23、R24、R25、R30、R31、R32、R33、 R34、R35、R36、R37、R38、电容C21构成二 /四线转换电路；TCL3105第2、第3、第5、第13脚分别和CPU控制模块第18、第19、第20、第1脚连接。
6.根据权利要求1所述的红外线轴温探测站远程故障诊断系统，其特征是语音提示 电路包括语音芯片ISD1402，功放电路LM386，ISD1402语音芯片通过锁存器74HC373芯片 和分机智能控制卡的CPU控制模块连接。
7.根据权利要求1所说的红外线轴温探测站远程故障诊断系统，其特征是交流供电检测电路由限流电阻和光电耦合器构成，六路相同的交流供电检测电路通过总线收发器 74HC243芯片和分机中智能控制卡的CPU控制模块连接。
8.根据权利要求1所述的红外线轴温探测站远程故障诊断系统，其特征是交流供电 控制电路由晶体三极管，继电器，光电耦合器构成；交流供电控制电路共分四路两极，其光 电耦合器的输出端和晶体三极管的输入端均通过总线收发器74HC243芯片和分机中智能 控制卡的CPU控制模块连接。
9.根据权利要求1所述的红外线轴温探测站远程故障诊断系统，其特征是电压测 量电路包括单片机STC12C5410AD、六路分压电路、多路选择开关电路4051、极性转换电路 LM358，基准电压电路LM385、负电源产生电路CAP7660 ；六路分压电路经极性转换电路转换 极性后和多路选择开关电路4051相应的输入端连接，多路选择开关电路4051受控于单片 机STC12C5410AD ；单片机STC12C5410AD和分机中智能控制卡的CPU控制模块串行通讯连 接。
专利摘要本实用新型涉及红外线轴温探测站远程故障诊断系统，包括主机和分机。主机和分机之间通过电话网络连接。主机由嵌入式计算机和智能控制卡构成，分机由智能控制卡，语音提示电路，供电检测电路，停送电控制电路，电池充电电路，电压测量电路，噪声测量电路构成。系统的测控信令采用双音多频传输协议。误码测试电路在实回线通信接口上实现对信道误码率进行远程遥控测试。误码测试需要的伪随机序列码采用软件方式(采用线性同余法算法)实现。当红外线探测站发生故障时，使用本系统迅速判断故障发生的部位(供电、通讯、探测站)并实施简单的故障处理(复位、停电、供电)，为红外轴温探测系统维护工作取消周检，实现自动监测和快速处理故障提供了技术保障手段。
文档编号G01J5/00GK201637772SQ2009202661
公开日2010年11月17日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年4月27日
发明者张永强 申请人:张永强