CN104240477B - 一种铁道车辆停车智能防溜系统及其方法 - Google Patents

一种铁道车辆停车智能防溜系统及其方法 Download PDF

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一种铁道车辆停车智能防溜系统及其方法，它包括若干组防溜信号采集单元、由若干个路由器和一个网络协调器构成的无线传输单元和一个智能防溜监控上位机，所述的防溜信号采集单元均包括加速度传感器、超声距离传感器、磁场传感器、温度传感器、RFID传感器、中央处理器和无线收发模块，传感器用于采集车辆停车的对应参数信息，传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连，中央处理器通过无线收发模块与路由器连接，各路由器均与网络协调器无线连接，网络协调器与智能防溜监控上位机相连。本发明是一套基于高效、易操作、可靠性高的监控系统，可实现对防溜装置的实时监测及管理，对保障铁路安全运行具有非常重要的意义和实用价值。

Description

一种铁道车辆停车智能防溜系统及其方法
技术领域
本发明涉及铁路车辆停车防溜领域，尤其是适用于实现对铁路现场停车智能防溜装置的实时监测及管理，具体地说是一种铁道车辆停车智能防溜系统及其方法。
背景技术
目前，传统防溜装置存在以下问题：防溜装置是否放置到位难以监控；发车时防溜装置是否已经取出同样难以监控；防溜装置发生被盗无法及时报警；防溜装置的领取、放置、取出和还回，均由人工操作完成，值班员无法及时判明防溜装置是否处于规范的安全状态。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种铁道车辆停车智能防溜系统及其方法。本发明是一套基于高效、易操作、可靠性高的铁道车辆停车智能防溜系统,可实现对防溜装置放置到位、压鞋、逸溜、被盗等状态及放置方位、逸溜距离等信息的实时监控，对保障铁路安全运行具有非常重要的意义和实用价值。
本发明的技术方案是：
一种铁道车辆停车智能防溜系统，它包括若干组对应于防溜装置本体设置的防溜信号采集单元、由若干个路由器和一个网络协调器构成的无线传输单元和一个智能防溜监控上位机，所述的防溜信号采集单元均包括加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器、磁场传感器、RFID传感器、中央处理器和无线收发模块，所述的加速度传感器、超声距离传感器、磁场传感器和RFID传感器分别用于采集车辆停车的对应参数信息，加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器、磁场传感器和RFID传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连，中央处理器的通信信号端通过无线收发模块与对应的路由器的下行通信信号端无线连接，各路由器的上行通信信号端均与网络协调器无线连接，网络协调器与智能防溜监控上位机相连，所述的智能防溜监控上位机用于显示各防溜信号采集单元采集的车辆停车的对应参数信息，其中，温度传感器用于修正超声距离传感器测距所采用的声波速度，若温度传感器的测量温度为T，则修正后的声波速度计算公式为：V＝331.5+0.607T。
本发明的防溜装置本体中，面向车轮的斜面上设有水平向内凹陷的凹槽，超声距离传感器卡装在前述凹槽内，该超声距离传感器与防溜装置本体的斜面垂直，用于检测防溜信号采集单元与铁道所停车辆车轮之间的距离。
本发明的防溜装置本体的内部设有中空的腔体，加速度传感器、磁场传感器和RFID传感器及中央处理器均嵌于防溜装置本体的腔体中，所述的加速度传感器用于检测防溜信号采集单元在x、y、z三个方向的加速度大小；磁场传感器用于检测防溜信号采集单元与该防溜信号采集单元所在地磁场间的方向。
本发明的铁道车辆停车轨道上每隔一定距离设有一个射频卡，该射频卡用于存储位置信息，RFID传感器与车辆所停位置处的射频卡感应连接，用于采集防溜信号采集单元所在地的位置信息；所述的网络协调器与智能防溜监控上位机之间通过RS485总线或TCP/IP方式相连。
一种铁道车辆停车智能防溜方法，应用铁道车辆停车智能防溜系统，它包括以下步骤：
(1)、在中央处理器中设置到位距离dset即防溜信号采集单元与铁道所停车辆车轮之间的设定距离，单位mm；
(2)、超声距离传感器(2)向铁道所停车辆的车轮位置发送脉冲信号，采集发送脉冲和接收脉冲之间的时间间隔t，并且发送至中央处理器；温度传感器采集车辆停放处的环境温度T并且发送至中央处理器；
(3)、在中央处理器中，首先采用下述公式对声波速度进行修正，其中，T为温度传感器采集的温度；
V＝331.5+0.607T，
其次，计算防溜信号采集单元与铁道所停车辆车轮之间的实际距离即修正后的实际到位距离d,单位mm，t为超声距离传感器(2)采集的发送脉冲和接收脉冲之间的时间间隔；
d＝V×t；
(4)、中央处理器根据前述修正后的实际到位距离d判断铁道所停车辆的到位状况，并且通过无线收发模块和无线传输单元将车辆到位状况和报警信息发送至智能防溜监控上位机
当d>dset+3时，铁道所停车辆放置不到位，报警；
当dset-3≤d≤dset+3时，铁道所停车辆放置到位，不报警；
当d<dset–3时，铁道所停车辆为压鞋状态，报警。
本发明的步骤(1)中，设置的到位距离dset的范围是8-16mm。
本发明的步骤(2)中，还包括：加速度传感器采集车辆停放处防溜信号采集单元在x、y、z三个方向的加速度大小Ax、Ay、Az并且发送至中央处理器；
步骤(4)中，当d<dset+3时，计算车辆的逸溜速度Vk
Vk＝Vk-1+Ax×t0
其中，V0＝0，k表示采样周期的个数，k＝1,2,…N，t0表示中央处理器的采样周期，单位s，Ax、Ay、Az的单位mg；
当Vk>0并且k>200时，铁道所停车辆为逸溜状态，报警。
本发明的步骤(4)中，计算各采样周期的逸溜距离Sk，则总逸溜距离S＝∑Sk。
本发明的步骤(4)中，如果d>dset+10并且x、y、z三个方向中任一方向的加速度不等于0即Ax≠0或者Ay≠0或者Az≠0并且k>100，则认为防溜装置本体被盗，报警。
本发明的步骤(4)中，当中央处理器检测到需要报警时，中央处理器处于唤醒状态，提高向路由器发送信号的频率。
本发明的有益效果：
本发明的铁道车辆停车智能防溜系统，是一套基于高效、易操作、可靠性高的监控系统，可实现对防溜装置状态的实时监控对保障铁路安全运行，具有非常重要的意义和实用价值。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种铁道车辆停车智能防溜系统，它包括若干组对应于防溜装置本体设置的防溜信号采集单元、由若干个路由器(选用F8914Zigbee模块)和一个网络协调器(选用F8125Zigbee模块)构成的无线传输单元和一个智能防溜监控上位机，所述的防溜信号采集单元均包括加速度传感器(型号为ADXL345)、超声距离传感器2(型号为NU40A16TR-1)、温度传感器、磁场传感器(型号为MAG3110)、RFID传感器(型号为YW-603-1)、中央处理器(型号为CC2530)和无线收发模块，所述的加速度传感器、超声距离传感器(2)、磁场传感器和RFID传感器分别用于采集车辆停车的对应参数信息，加速度传感器、超声距离传感器(2)、温度传感器、磁场传感器和RFID传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连，中央处理器的通信信号端通过无线收发模块与对应的路由器的下行通信信号端无线连接，各路由器的上行通信信号端均与网络协调器无线连接，网络协调器与智能防溜监控上位机相连，所述的智能防溜监控上位机用于显示各防溜信号采集单元采集的车辆停车的对应参数信息，其中，温度传感器用于修正超声距离传感器(2)测距所采用的声波速度，若温度传感器的测量温度为T，则修正后的声波速度计算公式为：V＝331.5+0.607T。
如图2所示，本发明的防溜装置本体中，面向车轮的斜面上设有水平向内凹陷的凹槽1，超声距离传感器2卡装在前述凹槽1内，该超声距离传感器2与防溜装置本体的斜面垂直，用于检测防溜信号采集单元与铁道所停车辆车轮之间的距离。
本发明的防溜装置本体的内部设有中空的腔体，加速度传感器、磁场传感器和RFID传感器及中央处理器均嵌于防溜装置本体的腔体中，所述的加速度传感器用于检测防溜信号采集单元在x、y、z三个方向的加速度大小；磁场传感器用于检测防溜信号采集单元与该防溜信号采集单元所在地磁场间的方向。
本发明的铁道车辆停车轨道上每隔一定距离设有一个射频卡(型号可为TK4100)，该射频卡用于存储位置信息，RFID传感器与车辆所停位置处的射频卡感应连接，用于采集防溜信号采集单元所在地的位置信息；网络协调器与智能防溜监控上位机之间通过RS485总线相连。
具体实施时：本发明的铁道车辆停车智能防溜方法，包括以下步骤：
(1)、在中央处理器中设置到位距离dset＝10即防溜信号采集单元与铁道所停车辆车轮之间的设定距离10mm；
(2)、超声距离传感器2向铁道所停车辆的车轮位置发送脉冲信号，采集发送脉冲和接收脉冲之间的时间间隔t，并且发送至中央处理器；温度传感器采集车辆停放处的环境温度T并且发送至中央处理器；加速度传感器采集车辆停放处防溜信号采集单元在x、y、z三个方向的加速度大小Ax、Ay、Az并且发送至中央处理器；
(3)、在中央处理器中，首先采用下述公式对声波速度进行修正，其中，T为温度传感器采集的温度；
V＝331.5+0.607T，
其次，计算防溜信号采集单元与铁道所停车辆车轮之间的实际距离即修正后的实际到位距离d,单位mm，t为超声距离传感器2采集的发送脉冲和接收脉冲之间的时间间隔；
d＝V×t；
(4)、中央处理器根据前述修正后的实际到位距离d判断铁道所停车辆的到位状况，并且通过无线收发模块和无线传输单元将车辆到位状况和报警信息发送至智能防溜监控上位机
当d>13时，铁道所停车辆放置不到位，报警；
当7≤d≤13时，铁道所停车辆放置到位，不报警；
当d<7时，铁道所停车辆为压鞋状态，报警。
本发明的步骤(1)中，设置的到位距离dset的范围是8-16mm。
步骤(4)中，当d<13时，计算车辆的逸溜速度Vk
Vk＝Vk-1+Ax×t0
其中，V0＝0，k表示采样周期的个数，k＝1,2,…N，t0表示中央处理器的采样周期，单位s，Ax、Ay、Az的单位mg；
当Vk>0并且k>200时，铁道所停车辆为逸溜状态，报警；
计算各采样周期的逸溜距离Sk，则总逸溜距离S＝∑Sk。
本发明的步骤(4)中，如果d>20并且x、y、z三个方向中任一方向的加速度不等于0即Ax≠0或者Ay≠0或者Az≠0并且k>100，则认为防溜装置本体被盗，报警。
本发明的步骤(4)中，当中央处理器检测到需要报警时，中央处理器处于唤醒状态，提高向路由器发送信号的频率。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种铁道车辆停车智能防溜系统，其特征是它包括若干组对应于防溜装置本体设置的防溜信号采集单元、由若干个路由器和一个网络协调器构成的无线传输单元和一个智能防溜监控上位机，所述的防溜信号采集单元均包括加速度传感器、超声距离传感器(2)、温度传感器、磁场传感器、RFID传感器、中央处理器和无线收发模块，所述的加速度传感器、超声距离传感器(2)、磁场传感器和RFID传感器分别用于采集车辆停车的对应参数信息，加速度传感器、超声距离传感器(2)、温度传感器、磁场传感器和RFID传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连，中央处理器的通信信号端通过无线收发模块与对应的路由器的下行通信信号端无线连接，各路由器的上行通信信号端均与网络协调器无线连接，网络协调器与智能防溜监控上位机相连，所述的智能防溜监控上位机用于显示各防溜信号采集单元采集的车辆停车的对应参数信息，其中，温度传感器用于修正超声距离传感器(2)测距所采用的声波速度，若温度传感器的测量温度为T，则修正后的声波速度计算公式为：V＝331.5+0.607T；所述的防溜装置本体的内部设有中空的腔体，加速度传感器、磁场传感器和RFID传感器及中央处理器均嵌于防溜装置本体的腔体中，所述的加速度传感器用于检测防溜信号采集单元在x、y、z三个方向的加速度大小；磁场传感器用于检测防溜信号采集单元与该防溜信号采集单元所在地磁场间的方向。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆停车智能防溜系统，其特征是所述的防溜装置本体中，面向车轮的斜面上设有水平向内凹陷的凹槽(1)，超声距离传感器(2)卡装在前述凹槽(1)内，该超声距离传感器(2)与防溜装置本体的斜面垂直，用于检测防溜信号采集单元与铁道所停车辆车轮之间的距离。
3.根据权利要求2所述的铁道车辆停车智能防溜系统，其特征是铁道车辆停车轨道上每隔一定距离设有一个射频卡，该射频卡用于存储位置信息，RFID传感器与车辆所停位置处的射频卡感应连接，用于采集防溜信号采集单元所在地的位置信息；所述的网络协调器与智能防溜监控上位机之间通过RS485总线或TCP/IP方式相连。
4.一种铁道车辆停车智能防溜方法，应用权利要求1-3之一所述的铁道车辆停车智能防溜系统，其特征是它包括以下步骤：
(1)、在中央处理器中设置到位距离dset即防溜信号采集单元与铁道所停车辆车轮之间的设定距离，单位mm；
(2)、超声距离传感器(2)向铁道所停车辆的车轮位置发送脉冲信号，采集发送脉冲和接收脉冲之间的时间间隔t，并且发送至中央处理器；温度传感器采集车辆停放处的环境温度T并且发送至中央处理器；
(3)、在中央处理器中，首先采用下述公式对声波速度进行修正，其中，T为温度传感器采集的温度；
V＝331.5+0.607T，
其次，计算防溜信号采集单元与铁道所停车辆车轮之间的实际距离即修正后的实际到位距离d,单位mm，t为超声距离传感器(2)采集的发送脉冲和接收脉冲之间的时间间隔；
d＝V×t；
(4)、中央处理器根据前述修正后的实际到位距离d判断铁道所停车辆的到位状况，并且通过无线收发模块和无线传输单元将车辆到位状况和报警信息发送至智能防溜监控上位机
当d>dset+3时，铁道所停车辆放置不到位，报警；
当dset-3≤d≤dset+3时，铁道所停车辆放置到位，不报警；
当d<dset–3时，铁道所停车辆为压鞋状态，报警。
5.根据权利要求4所述的铁道车辆停车智能防溜方法，其特征是步骤(1)中，设置的到位距离dset的范围是8-16mm。
6.根据权利要求4所述的铁道车辆停车智能防溜方法，其特征是：
步骤(2)中，还包括：加速度传感器采集车辆停放处防溜信号采集单元在x、y、z三个方向的加速度大小Ax、Ay、Az并且发送至中央处理器；
步骤(4)中，当d<dset+3时，计算车辆的逸溜速度Vk
Vk＝Vk-1+Ax×t0
其中，V0＝0，k表示采样周期的个数，k＝1,2,…N，t0表示中央处理器的采样周期，单位s，Ax、Ay、Az的单位mg；
当Vk>0并且k>200时，铁道所停车辆为逸溜状态，报警。
7.根据权利要求6所述的铁道车辆停车智能防溜方法，其特征是：步骤(4)中，计算各采样周期的逸溜距离Sk，则总逸溜距离S＝ΣSk。
8.根据权利要求6所述的铁道车辆停车智能防溜方法，其特征是：步骤(4)中，如果d>dset+10并且x、y、z三个方向中任一方向的加速度不等于0即Ax≠0或者Ay≠0或者Az≠0并且k>100，则认为防溜装置本体被盗，报警。
9.根据权利要求4-8之一所述的铁道车辆停车智能防溜方法，其特征是：步骤(4)中，当中央处理器检测到需要报警时，中央处理器处于唤醒状态，提高向路由器发送信号的频率。
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