一种列车野外运行安全监控装置的制作方法

本实用新型涉及列车检测技术领域，具体为一种列车野外运行安全监控装置。

背景技术：

据交通部发布的数据可知，截至2016年末，全国铁路营业里程达到12.4万公里。我国铁路线路跨度大，面临的自然条件复杂，而且大多在荒无人烟的地区。这对铁路线路的检测带来了极大的挑战。另一方面，人工检测往往忽略了铁轨等微弱的变化，等发生事故时已经为时已晚。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能够设置安装在荒无人烟的地带，而且在长时间内不需要更改，无需人员值守，便可实现对列车的安全预警，数据资料采集等功能的列车野外运行安全监控装置。技术方案如下：

一种列车野外运行安全监控装置，包括主控单元，通过IIC总线给主控单元传输数据的车速测量模块、震动测量模块和铁轨状态检测模块；

所述车速测量模块固定于两根铁轨中间，其包括接近开关和信号调理电路，接近开关内部的电涡流传感器检测列车车轮经过的信号时，信号调理电路将电涡流传感器输出的信号转化为开关信号传输到主控单元，以检测火车的速度；

震动测量模块固定于铁轨上，检测到有列车将要经过时，将主控单元从沉睡模式中唤醒；

铁轨状态检测模块固定于铁轨表面，用于测量轨面的位移以及倾角变化数据，并将数据传输到主控单元。

进一步的，还包括GPS定位模块和无线数据收发模块；GPS定位模块通过UART通信接口与主控单元连接，提供监控装置的位置信息；无线数据收发模块通过串口UART与主控单元实现数据交换。

更进一步的，还包括与主控单元连接的环境检测模块；环境检测模块包括环境温度传感器、环境湿度以及亮度传感器。

更进一步的，还包括能量采集模块以及为主控单元供电的能量储存模块；能量采集模块包括震动能量采集模块和/或太阳能量采集模块，将采集到的能量转化为电能存储于能量储存模块。

更进一步的，所述震动能量采集模块包括多片并联的压电陶瓷，所述压电陶瓷固定于铁轨下方，将铁轨的轻微震动转化成直流电，为能量储存模块的超级电容或者可充电纽扣电池充电。

更进一步的，所述太阳能量采集模块包括两块并联的单晶太阳能板，将太阳能转化成直流电，为能量储存模块的超级电容或者可充电纽扣电池充电。

本实用新型的有益效果是：本实用新型能够收集装置安放位置的铁轨信息与环境信息，实现对铁路巡检的无人化，同时可以实现对列车安全的提前预警，极大的提高了列车运行的安全指数；可弥补野外对于铁路巡检的不足，可以代替巡检工人在特定的地段实现对铁路状况的监控；且具备采集火车铁轨震动能量以及太阳光的能量，可以在野外实现能量的自给自足，不需要定时更换电池；应用的高精度传感器可以及早的发现铁轨存在的安全隐患，可以实现对铁轨的安全评估，对行驶过该地段的列车提前预警。

附图说明

图1为本实用新型列车野外运行安全监控装置的结构示意图。

图中：001-主控单元；100-能量采集模块；101-震动能量采集模块；102-太阳能量采集模块；200-能量储存模块；300-无线数据收发模块；400- GPS定位模块；500-测量模块；501-车速测量模块；502-震动测量模块；503-震动测量模块；504-环境检测模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。如图1所示，本实施例中列车野外运行监控装置包括：能量采集模块100、能量储存模块200、无线数据收发模块300、GPS定位模块400、主控单元001、列车车速测量模块501、铁轨状态检测模块503、震动测量模块502以及环境检测模块504。所述能量采集模块100包括震动能量采集模块101和太阳能量采集模块102。

主控单元包括MCU、存储单元、硬件复位。所述存储单元与MCU通过SPI通信接口连接。MCU可以直接存储、提取所述存储单元里面的数据。所述主控单元MCU选用ST公司生产的高性能STM32系列的STM32F103RCT6单片机。

测量模块500包括车速测量模块、震动测量模块、铁轨状态测量模块、环境测量模块。所述的测量模块将采集到的数据通过IIC总线传输到主控单元中。

本实施例的车速测量模块501固定于两根铁轨中间，其包括接近开关和信号调理电路，接近开关内部的电涡流传感器检测列车车轮经过的信号，信号调理电路将电涡流传感器输出的信号转化为开关信号传输到主控单元001，以检测火车的速度。因此，所述接近开关当检测到车轮的时候会输出一个高电平，没有检测到车轮的时候会输出一个低电平。通过反复的高电平和低电平传输到主控单元001。所述车速测量模块501当检测到两个车轮经过就可以算出一个速度值。

列车野外运行安全监控装置在平时没有列车经过时将进去沉睡的低功耗模式，当接收到所述震动模块传输回来的信号后才从沉睡模式切换到正常工作模式。本实施例的震动测量模块502固定于铁轨上，检测到有列车将要经过时，将主控单元001从沉睡模式中唤醒。所述震动测量模块内部为一个高性能震动传感器SW-1801P，该传感器可以检测微弱的震动信号。当没有检测到震动时，模块502输出高电平，当检测到震动时，震动测量模块502输出低电平传输到主控单元001，主动单元接收到低电平即表示震动测量检测模块502检测到震动。所述震动测量模块可以提前检测到是否有列车经过，如果检测到有列车将要经过就将主控单元从沉睡模式中唤醒。

本实施例的铁轨状态检测模块503固定于铁轨表面，用于测量轨面的位移以及倾角变化数据，并将数据传输到主控单元001。所述铁轨状态测量模块503主要包括一个6轴电子陀螺仪MPU6050及信号调理电路，该传感器可以测量微弱的位移以及倾角变化。所述震动测量传感器紧贴铁轨表面。可以检测铁轨是否发生位移等危险状态。

本实施例的环境测量模块504包括环境温度传感器、环境湿度以及亮度传感器。环境温度传感器电路主要包括温度检测芯片DS18B20；湿度传感器电路主要包括湿度检测芯片DHT11；亮度传感器为光敏电阻传感器，可用于检测环境亮度。该传感器可以将监控装置所安装位置的天气状态及时反馈给将要通过的列车以及指挥中心，帮助列车员以及指挥调度人员对于该区域发生危险的评估。

本实施例无线数据传输模块通过串口链接到主控单元的UART2接口，所述无线传输模块的通信方式为4G。无线数据传输模块300用于实现模块与地面指挥站通信以及与行驶过该路段的列车通信。其电路组成主要包括24L01的射频芯片和2401C功放芯片，无线数据传输模块主要工作在2.5GHz的SIM频段，模块通信距离约为2100米。特别的，当所述无线数据传输模块与行驶过该路段的列车通信时，MCU只有接收到震动传感器传输回来的有效信号后才会激活该功能。当所述无线数据传输模块与列车通信完毕后，该模块将该路段的信息以及该列车的行驶信息发送回地面指挥中心。

本实施例的GPS定位模块直接通过串口连接到主控单元的UART1接口，GPS定位模块400提供该地点的位置信息。其电路组成主要包括NEO-7N UBLOX芯片，用于GPS定位。特别的，该定位模块必须独立与整个所述列车野外运行安全监控装置，而且放置在安全，信号好的地方。

能量采集模块100包括震动能量采集模块101和太阳能量采集模块102。两个模块均带有整流电路以及选择电路。

震动能量采集模块101包括10片60mm*20mm的压电陶瓷，并联构成，通过夹紧装置固定在铁轨下方，当列车驶来，可以将铁轨的轻微震动转化成电压约为52v、电流约为28mA的直流电，通过整流电路以及选择电路转化为3v的直流电可为能量储存模块200的超级电容或者可充电纽扣电池充电。

太阳能量采集模块102包括两块单晶太阳能板，为控制装置的体积，单晶太阳能板大小为110mm*162mm*2mm，单块太阳能板可提供6w/3v的能量，两块太阳能板采用并联连接，电流通过整流电路以及选择电路转化为3v的直流电可为能量储存模块200的超级电容或者可充电纽扣电池充电。

能量储存模块将能量采集模块转化的能量以电荷的形式保存起来。所述能量储存模块200可以将能量存储到超级电容或者额定电压3v的可充电纽扣电池，能量储存模块内置电源管理集成电路。所述集成电路接在上述能量采集模块100的整流电路后方，可以对整流后的电流进行二次滤波，同时可以控制充电电路防止对超级电容或者可充电纽扣电池造成误充或者过充。在本实施列中，提供给MCU以及传感器的电压均由该电源管理集成电路提供。述电源管理集成电路内部可设定欠压电平、用户可编程过压电平、可编程降压调节输出、可编程最大功率点跟踪

结合参考图1，本实施例提供的列车野外运行安全监控实施包括如下步骤：

1、根据每个测量模块的安装要求，在合适的位置安装好传感器以及主控单元；

2、在有阳光的时候，太阳光采集模块采集太阳光能量存储到能量存储单元；

3、当震动模块检测到火车到来的信号之后，发送给主控单元一个触发信号，将主控单元从沉睡模式唤醒。同时震动能量采集模块开始工作，将火车与铁轨接触产生的震动能量采集；

4、在整个模块启动之后，主控单元同时采集周围环境信息；

5、在火车将要经过该路段的时候，所述列车野外安全监控装置将采集到的信息发送到列车上，将可能出现的安全隐患信息也发送到列车上；

6、在列车经过该装置安放点的时候，测速模块检测火车的速度，判断火车发送安全事故的可能性；

7、当火车经过该模块后，所述列车野外运行安全监控装置将采集到的所有信息发送回地面指挥中心。然后再次进入沉睡模式。