专利名称：红外线轴温探测通道在线监测与管理系统装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种采用计算机技术及网络技术的红外线通道在线监测与管理系统。
技术背景热轴、切轴是危及铁路运输安全的重大事故因素之一，轻则脱轨，重则可导致列车颠覆。采用计算机技术及网络技术的第二代红外轴温探测系统具有自动识别客货车，自动测速，自动计轴计辆，滚滑识别和热轴识别，热轴动态跟踪预报等功能。但是，第二代红外轴温探测系统的设备技术、通讯环节、组网方式复杂，这就增加了技术人员对该系统定期进行检测、维修、保养的难度；不仅如此，红外轴温探测系统的探测站通常设置在离城市较远的郊区，因此现场环境恶劣，尤其是在我国的东北地区，冬天时的温度最低能达到零下四十摄氏度，再加上交通不便，技术人员到现场观察故障的机会大大降低。即使到达了现场，不定期发生的故障也令人难以捕捉。这样，要了解故障发生的规律从而做出正确的对策变得难上加难；最后，探测设备和通讯线路分属车辆和电务两部门，在管理、监测等各方面都会造成一定的不便。基于上述种种原因，第二代红外轴温探测系统的可靠性不能尽如人意。
目前，国内已有单位研制出相关红外线通道监测设备。如郑州铁路局车辆安全检测中心研制的HW-1红外线轴温探测系统通讯监测仪由以80C196单片机为主控制器，片内集成的10位AD作为系统的模数转换器，两级运算放大器组成测量信号的调整电路，其中次级运放采用增益可编程运算放大器，记录监测数据的非易失性RAM，同时扩展串行接口及液晶显示器共同组成。16位单片机80C196在数字信号处理算法能力上略显不足，因此很难对采集数据作进一步的分析；相对目前的高速数字信号处理器而言，其工作频率较低，因而很难做到对通讯线路的实时在线监测。采用非易失性RAM作为存储设备，容量有限。无自检功能，对于监测设备，其自检结果不能令人信服。由软件控制次级运放的放大倍数，响应速度较慢。另外，其无法做到故障信息的实时远距离传输，不能将各通讯监测仪采集得到的故障信息进行集中管理。
安徽省阜达铁道应用技术有限公司开发研制的二代红外线探测网故障定位仪。故障定位仪可判断三种故障类型停电、通信中断及探测站故障，并可测试信道误码率。故障定位测试仪主机由通信管理机及误码测试仪组成，可最多测16个通道。该故障定位仪不具备分析及在线监测功能，工作人员无法实现远程监视，操作复杂。
发明内容
本实用新型目的是公开一种红外线轴温探测通道在线监测与管理系统装置。
本实用新型由红外线通道在线监测与管理系统组成，通道监测仪包括前端预处理电路2、专用移频键控信号调制解调芯片3、模数转换器4、微处理器5、通用异步收发器6、调制解调器7、嵌入式USB主控制器9、移动存储器10、液晶显示器11、键盘12、实时时钟芯片13；通信协议定义了通道监测仪与管理系统机之间数据的传输格式；通信方式指采用MODEM通过电话网络实现双方的通信；其特征是微处理器5是整个红外线通道监测仪的主处理器，完成相关数据的计算分析及对外围器件的逻辑控制等任务；通讯线路信号1、前端预处理电路2、专用移频键控信号调制解调芯片3、模数转换器4、组成红外线通道监测仪的前向数据采集通道；前端预处理电路2为预处理电路，主要实现阻抗变换及电位隔离的作用；前端预处理电路2的输出信号一路接入专用移频键控信号调制解调芯片3，另一路接入模数转换器4；专用移频键控信号调制解调芯片3的输出信号为解调报文信息，主处理器读入解调报文信息，并判断其是否为有效报文信息，用于误码率的计算、通信中断的判别等；模数转换器4的输出信号为通信线路信号的离散采样值，主处理器通过对有效报文信息的判断，触发数据采集，通过计算有效报文信息的有效值及进行频谱分析，计算通讯电平值及谐波畸变率；通用异步收发器6、调制解调器7、电话线路8实现红外线通道监测仪与管理系统机之间的双向数据通信；微处理器5、嵌入式USB主控制器9、移动存储器10共同实现嵌入式USB主机系统，完成故障信息的写入及读出；液晶显示器11、键盘12完成红外线通道监测仪的人机交互界面功能；实时时钟芯片13为系统提供时间基准。
本实用新型针对目前现有红外通道监测手段及方法的不足，提出的红外线通道在线监测与管理系统，由通道监测仪及管理系统机两部分组成。通道监测仪采用高速数字信号处理器作为主处理器，完成通讯线路信号的实时采集及分析计算，报文信息的解调等工作；并实现嵌入式USB主机系统，利用大容量FLASH存储器记录故障信息；采用外置MODEM完成与系统管理机之间的数据传输。系统管理机负责定时轮询各探测站点的通道监测仪的工作情况，并集中分类管理不同种类的故障信息。实现了对采集数据的分析计算，故障信息的记录及实时数据传输，通道监测仪与管理系统机之间的组合方式简单灵活，通道监测仪的电子电路部分可正常工作的温度范围较宽，可适合不同情况的现场使用。
图1为本实用新型的监测与管理系统结构框图；图2为本实用新型红外线通道监测仪结构框图；图3为本实用新型前端预处理电路原理图；图4为本实用新型专用移频键控信号调制解调芯片电路原理图；图5为本实用新型模数转换器电路原理图；图6为本实用新型通道监测仪与管理系统机之间的双向数据通信电路原理图；图7为本实用新型嵌入式USB主控制器电路原理图；图8为本实用新型时钟电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，红外线轴温探测通道在线监测与管理系统装置的组成包括铁路33沿线设置的探测站29、30、31、32，多组通道监测仪25、27，系统管理机23，通道监测仪与系统管理机通信用的调制解调器26、28、24，连接中央机21与通道监测仪的中继器22。
如图2所示，道监测仪的组成包括前端预处理电路2、专用移频键控信号调制解调芯片3、模数转换器4、微处理器5、通用异步收发器6、调制解调器7、嵌入式USB主控制器9、移动存储器10、液晶显示器11、键盘12、实时时钟芯片13；通信协议定义了通道监测仪与管理系统机之间数据的传输格式；如图6所示，通信方式指采用MODEM通过电话网络实现双方的通信；微处理器5是整个红外线通道监测仪的主处理器，完成相关数据的计算分析及对外围器件的逻辑控制等任务；如图2所示，通讯线路信号1、前端预处理电路2、专用移频键控信号调制解调芯片3、模数转换器4、组成红外线通道监测仪的前向数据采集通道；如图3所示，前端预处理电路2为预处理电路，主要实现阻抗变换及电位隔离的作用；前端预处理电路2的输出信号一路接入专用移频键控信号调制解调芯片3，另一路接入模数转换器4；专用移频键控信号调制解调芯片3的输出信号为解调报文信息，主处理器读入解调报文信息，并判断其是否为有效报文信息，用于误码率的计算、通信中断的判别等；如图5所示，模数转换器4的输出信号为通信线路信号的离散采样值，主处理器通过对有效报文信息的判断，触发数据采集，通过计算有效报文信息的有效值及进行频谱分析，计算通讯电平值及谐波畸变率；如图6所示，通用异步收发器6、调制解调器7、电话线路8实现红外线通道监测仪与管理系统机之间的双向数据通信；微处理器5、嵌入式USB主控制器9、移动存储器10共同实现嵌入式USB主机系统，完成故障信息的写入及读出；液晶显示器11、键盘12完成红外线通道监测仪的人机交互界面功能；实时时钟芯片13为系统提供时间基准。
本实用新型管理系统机采用VC++编制的软件实现。通道监测仪采用高速浮点数字信号处理器，通过外置MODEM与管理系统机建立连接，嵌入式USB主机系统中USB协议的实现通过USB主机控制器芯片实现。
本实用新型将现场数据的实时采集、分析计算与故障信息的集中统一管理接合在一起，可以使工作人员及时的了解通讯线路的实时运行情况；采集得到的通讯线路信号经预处理电路后分别接入专用移频键控调制解调芯片及模数转换器，通过对有效报文信息的判断，触发A/D采集；数据采集完成后，分别进行通讯电平、报文信息误码率的计算，通过快速傅利叶变换对离散采样信号作频谱分析，完成信号传输过程中信号失真情况的分析；如果发现有异常情况，则通过电话网络向管理机报警，同时，将故障数据、发生时间等相关信息存入FLASH移动存储器，存储的故障信息还可以在通道监测仪处在液晶显示器上显示，通过按键可以选择查看不同的故障信息种类。
主要技术指标[1]测量误差(以1kHz正弦波为基准)输入有效值的±5％；[2]带宽200Hz～50kHz；[3]输入阻抗1MΩ±10％；[4]通讯电平测量误差≤±1dB；[5]工作温度范围-40℃~45℃；[6]工作电压AC 220V±20％；[7]频率50Hz～60Hz；[8]设备功率＜20W；调制解调方式符合国际电报电话咨询委员会(CCITT)规定的V.23协议。
本实用新型主要性能[1]测量并区分发送、接收电平；[2]接收查询报文，计算误码率；[3]记录通讯线路异常及恢复时间；[4]对通讯信号进行频谱分析，通过电话线实时远距离传输故障信息；[5]利用FLASH移动存储器记录故障信息及故障发生时的信号的波形；[6]监测仪具有自检功能；[7]可同时管理多台探测站，并具有自动获取探测站站名的功能；具有自动校时功能； 管理机具有自动轮询与手动轮询的功能，能从FLASH移动存储器导入故障信息，并能对所有数据进行筛选，按照需要对各种类型的故障、各个时间段内发生的故障进行统计分析。
相关量的计算公式及定义误码率的计算通过校验每条接收报文中是否有误码出现来判断这一条报文是否出现误码。实际使用的公式如下P=nN]]>n-出现误码的报文数；N-接收报文总数。
通讯电平值的计算公式Bu＝201g(Ux/0.775V)(dB)对信号电压u(t)、采样u(k)，k＝1，2，L，N，根据定义，电压有效值Ux的计算公式为UX=1NΣk=1Nu(k)2]]>谐波畸变率的定义可以通过如下公式计算得到K=u2+u3+···+uku1×100%]]>其中，ui为各次谐波有效值。
红外线通道在线监测与管理系统
权利要求1.一种红外线轴温探测通道在线监测与管理系统装置，由通道监测仪及管理系统机两部分组成，通道监测仪包括前端预处理电路(2)、专用移频键控信号调制解调芯片(3)、模数转换器(4)、微处理器(5)、通用异步收发器(6)、调制解调器(7)、嵌入式USB主控制器(9)、移动存储器(10)、液晶显示器(11)、键盘(12)、实时时钟芯片(13)；通信协议定义通道监测仪与管理系统机之间数据的传输格式；通信方式指采用MODEM通过电话网络实现双方的通信；其特征是微处理器(5)是整个红外线通道监测仪的主处理器，完成相关数据的计算分析及对外围器件的逻辑控制；通讯线路信号(1)、前端预处理电路(2)、专用移频键控信号调制解调芯片(3)、模数转换器(4)组成红外线通道监测仪的前向数据采集通道；前端预处理电路(2)实现阻抗变换及电位隔离；前端预处理电路(2)的输出信号一路接入专用移频键控信号调制解调芯片(3)，另一路接入模数转换器(4)；专用移频键控信号调制解调芯片(3)的输出解调报文信息，主处理器读入解调报文信息，并判断其是否为有效报文信息，计算误码率、判别通信中断；模数转换器(4)的输出信号为通信线路信号的离散采样值，主处理器对有效报文信息的判断，触发数据采集，计算有效报文信息的离散采样值及频谱分析，计算通讯电平值及谐波畸变率；通用异步收发器(6)、调制解调器(7)、电话线路(8)实现红外线通道监测仪与管理系统机之间的双向数据通信；微处理器(5)、嵌入式USB主控制器(9)、移动存储器(10)组成嵌入式USB主机系统，对故障信息的写入及读出；液晶显示器(11)是红外线通道监测仪的人机交互界面；键盘(12)和实时时钟芯片(13)提供系统时间基准。
专利摘要本实用新型公开一种红外线轴温探测通道在线监测与管理系统装置。由红外线通道在线监测与管理系统组成，主要构成包括前端预处理电路2、专用移频键控信号调制解调芯片3、模数转换器4、微处理器5、通用异步收发器6、调制解调器7、嵌入式USB主控制器9、移动存储器10、液晶显示器11、键盘12和实时时钟芯片13。本实用新型实现了对采集数据的分析计算，故障信息的记录及实时数据传输。通道监测仪与管理系统机之间的组合方式简单灵活，通道监测仪的电子电路部分可正常工作的温度范围较宽，可适合不同情况的现场使用。
文档编号G01J5/00GK2876928SQ20042006361
公开日2007年3月7日 申请日期2004年10月22日 优先权日2004年10月22日
发明者翟国富, 王淑娟, 马大维, 孙贵义, 王魁, 肖伟耀 申请人:翟国富