CN112230300B - 一种基于移动无线通信的安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于移动无线通信的安全监测系统，包括稳压电源、多套红外线发射模块及多套接收模块、单片机模块、短信模块、GPRS模块、支撑架；支撑架具有相同的两套，每套包括多个底座；其中两个底座上活动管分别纵向安装有连接杆及连接管，连接杆套在连接管内；两套支撑架面对面间隔距离摆放在铁轨旁；多套红外线发射模块和多套接收模块分别安装在两套支撑架的固定板内侧端；稳压电源、单片机模块、短信模块、GPRS模块安装在元件盒，并和红外线发射模块及多套接收模块电性连接。本发明尽可能减少了安全隐患，为铁路安全运行提供了有力技术支撑。本发明具有好的应用前景。

Description

一种基于移动无线通信的安全监测系统

技术领域

本发明涉及安全监测设备技术领域，特别涉及一种基于移动无线通信的安全监测系统。

背景技术

铁路运输是交通运输领域中重要的组成部分。铁路的分布环境一般较为复杂，不但有平坦的平原，还有地势险恶的河流、大山等。在铁路的安全运行中，铁路分布在大山时，特别在地势险要、易发生滑坡石头滚落的区域，由于人迹罕至，管理人员也不可能实时到现场进行查看，因此发生石头滚落后，会对铁路的运行造成安全事故隐患，比如山坡上较大体积石头滚落在铁轨上。

目前的技术中，对于易发生滑坡石头滚落的区域通常采用混凝土等加固方式加固，尽可能减少发生滑坡石头滚落的几率，虽然其能一定程度上减小滑坡石头滚落发生的几率，但是其无法杜绝滑坡石头滚落的产生，因此铁路安全运输还是存在隐患。实际上在发生滑坡石头滚落的初期，能通过技术手段及时提示相关人员，相关人员能第一时间采取应对措施，比如及时通知人员清理落下的石头或者暂时停运列车，毫无疑问能尽可能减少安全隐患。但是现有的技术中，还无一种可有效监测铁轨旁是否发生滑坡石头滚落的设备，因此无法为防止滑坡石头滚落后带来的次生铁路安全事故提供技术支撑，现有的铁路安全运行存在一定隐患。

发明内容

为了克服现有的技术中没有一种可有效监测铁轨旁是否发生滑坡石头滚落的设备，无法为防止滑坡石头滚落后带来的次生铁路安全事故提供技术支撑，铁路安全运行存在一定隐患的弊端，本发明提供了一种可方便安装在易发生滑坡石头滚落区域的铁轨旁，并通过简单调节能设定监测区域滚落石头的大小监测范围的系统装置，应用中，现场发生石头滚落在监测区域的铁轨旁第一时间，能经短信模块通过无线移动通信网络及时给予相关人员提示，相关人员能第一时间掌握现场发生了落石情况，且能及时通过手机应用查看经无线移动通信网络传递的现场滚落的石头高度及宽度大小数据，当滚落的石头大小会危害铁路安全运行时，相关人员能第一时间采取应对措施(比如及时通知人员清理落下的石头或者暂时停运列车)，尽可能减少了安全隐患，为铁路安全运行提供了有力技术支撑的一种基于移动无线通信的安全监测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于移动无线通信的安全监测系统，包括稳压电源、红外线发射模块、接收模块、单片机模块、短信模块、GPRS模块和支撑架；

所述稳压电源、红外线发射模块、接收模块、单片机模块、短信模块、GPRS模块均安装在支撑架上；

所述支撑架具有相同的两套，每套支撑架均包括两个以上的底座，每个底座的上端有支撑管，支撑管的侧部有固定螺杆，每只支撑管的内部垂直套有活动管，每只活动管的外侧端、支撑管外侧端分别有固定板；

每套支撑架中，其中两个底座上活动管分别纵向安装有连接杆及连接管，连接杆套在连接管内，连接管的侧部有固定螺杆；

所述两套支撑架面对面间隔一定距离摆放在铁轨两侧。

所述两套支撑架，其中一套支撑架的固定板内侧端安装红外线发射模块，另一套支撑架的固定板内侧端安装接收模块；

红外线发射模块的发射头和接收模块的接收头分别处于面对面状态，并在一条直线上。

所述稳压电源、单片机模块、短信模块、GPRS模块安装在元件盒内；元件盒安装在其中一套支撑架的其中一个底座上端；这里并不限定特定底座，安装在其他底座也行，需要说明的是，本方案不是无线连接，具体安装在哪一个底座上不重要，因为发射端和接收端供电都是统一的；

所述稳压电源的电源输出两端和单片机模块、短信模块、GPRS模块的电源输入两端分别电性连接；所述接收模块的信号输出端和单片机模块的多路信号输入端分别电性连接，单片机模块的信号输出端和GPRS模块的信号输入端电性连接，靠近铁轨的底座下部接收模块信号输出端和短信模块的信号输入端电性连接。前文描述了另一套支撑架的固定板内侧端安装接收模块，也描述了靠近铁轨的底座下部接收模块信号输出端和短信模块的信号输入端电性连接，红外线发射模块的发射头和接收模块的接收头分别处于面对面状态，并在一条直线上，红外线发射模块或接收模块摆在左侧或右侧，只要满足面对面直线就可以，靠近铁轨就是挨到铁轨最近的。

所述稳压电源是交流转直流开关电源模块。

红外线发射模块及接收模块套数一致，均为N套，每一套红外线发射模块及一套接收模块配套使用，配套使用的一套红外线发射模块的发射头和一套接收模块的接收头分别处于面对面状态，红外线发射模块、接收模块是远距离对射型红外光线光电开关传感器组件。

N取值为6，6套红外线发射模块分别记为U1、U3、U5、U7、U9、U11，6套接收模块分别记为U2、U4、U6、U8、U10、U12，每套支撑架包含三个底座，则固定板数量为6个，其中一套支撑架的每个固定板内侧端均安装两个红外线发射模块，另一套支撑架的每个固定板内侧端均安装两个接收模块。

每个接收模块包括有一只电阻和二极管，第一套接收模块U2包括电阻R1和二极管VD1，第二套接收模块U4包括电阻R2和二极管VD2，第三套接收模块U6包括电阻R3和二极管VD3，第四套接收模块U8包括电阻R4和二极管VD4，第五套接收模块U10包括电阻R5和二极管VD5，第六套接收模块U12包括电阻R6和二极管VD6；

其中，第一套接收模块U2的输出端3脚和二极管VD1正极连接，二极管VD1负极和电阻R1一端连接；

第二套接收模块U4的输出端3脚和二极管VD2正极连接，二极管VD2负极和电阻R2一端连接；

第三套接收模块U6的输出端3脚和二极管VD3正极连接，二极管VD3负极和电阻R3一端连接；

第四套接收模块U8的输出端3脚和二极管VD4正极连接，二极管VD4负极和电阻R4一端连接；

第五套接收模块U10的输出端3脚和二极管VD5正极连接，二极管VD5负极和电阻R5一端连接；

第六套接收模块U12的输出端3脚和二极管VD6正极连接，二极管VD6负极和电阻R6一端连接；

单片机模块上有六路模拟信号接入端3、4、5、6、7、8脚，所述六套接收模块的信号输出端电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6的另一端分别和单片机模块的六路信号输入端3、4、5、6、7、8脚分别经导线连接。

所述单片机模块的主控芯片型号是STC12C5A60S2。

所述短信模块是系统的报警模块，其配套有一只NPN三极管Q和电阻R7，短信报警模块的3脚(这是短信模块第一个低电平触发端，触发后发送短信)和电阻R7一端连接，电阻R7另一端和NPN三极管Q集电极连接，短信模块的负极电源输入端和NPN三极管Q发射极连接；接收模块U4信号输出端电阻R2一端和短信模块的信号输入端NPN三极管Q基极经导线连接。

系统工作过程包括如下步骤：

步骤1，两套支撑架面对面间隔一定距离(一般不超过50米)摆放在易发生滑坡石头滚落区域的铁轨旁边；

步骤2，靠近铁轨的红外线发射模块U3及接收模块U4作为石块接近铁轨安全距离检测，石块没有超过此范围，就是间隔铁轨有距离，不危害行车安全，后续落石后不作处理；没有超过此范围表示落石间隔铁轨还有距离，不会影响铁路安全可不做处理，范围就是没有阻断发射端发射的红外光束；

步骤3，如果有落石阻断六套红外线发射模块向六套接收模块直线发射的光束时，六套接收模块的输出端3脚均输出高电平，短信报警模块的信号输入端口会输入低电平信号，短信报警模块会经无线移动网络发送一条短信，提醒相关人员，具体地：

当有石块滚落阻挡和铁轨间距最近的下部红外线发射模块U3发射出的红外光线，和铁轨间距最近的下部接收模块U4接收不到红外线，接收模块U4的输出端3脚会输出高电平经二极管VD2单向导通、电阻R2降压限流进入单片机模块的4脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距最近上端的红外线发射模块U1发射出的红外光线，和铁轨间距最近上端接收模块U2接收不到红外线，接收模块U2的输出端3脚会输出高电平经二极管VD1单向导通、电阻R1降压限流进入单片机模块U13的3脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较近的下部红外线发射模块U7发射出的红外光线，和铁轨间距较近下部接收模块U8接收不到红外线，接收模块U8的输出端3脚会输出高电平经二极管VD4单向导通、电阻R4降压限流进入单片机模块U13的6脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较近上端的红外线发射模块U5发射出的红外光线，和铁轨间距较近上端接收模块U6接收不到红外线，接收模块U6的输出端3脚会输出高电平经二极管VD3单向导通、电阻R3降压限流进入单片机模块U13的5脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较远的下部红外线发射模块U11发射出的红外光线，和铁轨间距较远下部接收模块U12接收不到红外线，接收模块U12的输出端3脚会输出高电平经二极管VD6单向导通、电阻R6降压限流进入单片机模块U13的8脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较远上端的红外线发射模块U9发射出的红外光线、和铁轨间距较远上端接收模块U10接收不到红外线，接收模块U10的输出端3脚会输出高电平经二极管VD5单向导通、电阻R5降压限流进入单片机模块U13的7脚；

步骤4，单片机模块在其内部电路作用下，将输入的模拟电压信号转换成数字信号，并输出至GPRS模块的信号输入端，在GPRS模块内部电路作用下，GPRS模块将输入的数字信号经无线移动网络发射出去；用户通过手机预装现有的波形图显示APP，将接收的动态变化的数字信号转换为波形图；

步骤5，如果只接收到代表接收模块U8对应的波形图，表示现场石块没有接近铁轨，暂时不做处理；

如果接收到代表接收模块U4对应的波形图，表示现场石块接近了铁轨；

如果接收到代表接收模块U2对应的波形图，表示现场不但有石块接近了铁轨还具有一定高度，对铁路安全行车造成了隐患，需要及时到现场处理；

如果接收到代表接收模块U12和U4对应的波形图，表示现场石块不但接近了铁轨还超过了设定的最大检测宽度或者落下的石块较多面积大，需要及时到现场处理；

如果接收到代表接收模块U10和U2对应的波形图，表示现场不但有石块接近了铁轨还超过了设定的最大检测高度及宽度，需要及时到现场处理；

如果只接收到代表接收模块U8和U12对应的波形图，表示现场石块虽然具有一定宽度但是没有接近铁轨，暂时不到现场处理；U4代表石块接近铁轨距离，U6代表高度但没有接近铁轨、U10代表高度但没有接近铁轨；接收到U4、U6和U10三个对应的波形图，代表落石接近铁轨，还具有一定高度及更大宽度，需要及时到现场处理；

如果接收到代表接收模块U6和U10对应的波形图，表示代表现场石块虽没有接近铁轨，但是具有一定高度及宽度，有一定安全隐患，需要及时到现场处理。

本发明有益效果是：本发明使用前，两套支撑架面对面间隔一定距离摆放在易发生滑坡石头滚落区域的铁轨旁边(靠近铁轨的红外线发射模块及接收模块作为石块接近铁轨安全距离检测，石块没有超过此范围后续落石后可暂时不作处理)，每套支撑架没有安装连接杆及连接管的底座摆放在安装了连接杆及连接管的底座之间；红外线发射模块及接收模块的最远探测距离可到50米，监测范围更广。通过调节两套支撑架安装了连接杆及连接管的底座之间的间距，以及没有安装连接杆及连接管的底座之间的间距，能调节后续监测石块的最大所需监测宽度；调节两套支撑架的活动管高度，能调节后续监测石块的最大所需监测高度。在发生落石后，远端管理人员能直观掌握现场落石的高度及宽度数据。应用中，现场发生石头滚落在监测区域的铁轨旁第一时间，短信模块能通过无线移动通信及时给予相关人员提示，相关人员能第一时间掌握现场发生了落石情况，且能及时通过手机应用查看经无线移动通信传递的现场滚落的石头高度及宽度大小数据，当滚落的石头大小会危害铁路安全运行时，相关人员能第一时间采取应对措施，尽可能减少了安全隐患，为铁路安全运行提供了有力技术支撑。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明电路图。

具体实施方式

如图1中所示，本发明公开了一种基于移动无线通信的安全监测系统，包括稳压电源1、六套红外线发射模块2及六套接收模块3、单片机模块4、短信模块5、GPRS模块6、支撑架7；支撑架7具有相同的两套，每套包括三个矩形底座71，每个底座71的上端中部垂直焊接有一根支撑管72，支撑管72的右侧上部各具有一个内螺纹丝孔，每个丝孔内旋入有一只手动螺杆73(活动管上下调节到位后，旋紧手动螺杆73固定)，每只支撑管的内部垂直套有一根活动管74，每只活动管74的上侧端及支撑管下侧端分别焊接有一只矩形固定板75；所述每套支撑架7中，其中两个底座上活动管内侧分别纵向焊接有一根连接杆76及连接管77，连接杆76套在连接管77内，连接管77的上端内侧具有一个内螺纹丝孔，丝孔内旋入有一只手动螺杆771(连接杆前后调节到位后旋紧手动螺杆771固定)；所述两套支撑架7面对面间隔一定距离摆放在易发生滑坡石头滚落区域的铁轨旁边，每套支撑架7设有安装连接杆及连接管的底座71摆放在安装了连接杆76及连接管77的底座71之间；所述六套红外线发射模块2和六套接收模块3分别安装在两套支撑架的六个固定板75内侧端中部，其中一套支撑架7固定板全部安装红外线发射模块2，另一套支撑架7的固定板全部安装接收模块3，六套红外线发射模块2的发射头和六套接收模块3的接收头分别处于面对面状态；所述稳压电源1、单片机模块4、短信模块5、GPRS模块6安装在元件盒8内电路板上，元件盒8安装在其中一套支撑架的其中一个底座71上端。

图2所示，稳压电源U是型号220V/12V/100W的交流220V转直流12V开关电源模块成品。红外线发射模块及接收模块套数一致，每一套红外线发射模块及一套接收模块配套使用，配套使用的一套红外线发射模块的发射头和一套接收模块的接收头分别处于面对面一条直线状态，红外线发射模块U1、U3、U5、U7、U9、U11，接收模块U2、U4、U6、U8、U10、U12，是型号LXDJ-31的远距离对射型红外光线光电开关传感器组件成品，最远探测距离可达50米，应用中，红外线发射模块发射头直线发射出的红外光线被接收模块接收头接收到后，接收模块的3脚不输出高电平信号，红外线发射模块发射出的红外光线被物品阻挡接收模块接收不到红外光线后，接收模块的3脚输出高电平信号，每套接收模块配套有一只电阻、二极管，其间经电路板布线连接；第一套接收模块U2的输出端3脚和二极管VD1正极连接，二极管VD1负极和电阻R1一端连接，第二套接收模块U4的输出端3脚和二极管VD2正极连接，二极管VD2负极和电阻R2一端连接。第三套接收模块U6的输出端3脚和二极管VD3正极连接，二极管VD3负极和电阻R3一端连接。第四套接收模块U8的输出端3脚和二极管VD4正极连接，二极管VD4负极和电阻R4一端连接。第五套接收模块U10的输出端3脚和二极管VD5正极连接，二极管VD5负极和电阻R5一端连接。第六套接收模块U12的输出端3脚和二极管VD6正极连接，二极管VD6负极和电阻R6一端连接。电路中和六套接收模块的3脚连接的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6阻值不一样(电阻值不一样后续才能实现波形图不一样)。单片机模块U13的主控芯片型号是STC12C5A60S2，单片机模块U13上有六个模拟信号接入端3、4、5、6、7、8脚，单片机模块成品上有一个RS485数据输出端口，单片机模块U13还具有数据烧写端口，通过数据烧写端口和PC机用数据线连接，能改变单片机模块U13的主控芯片内部工作数据。

短信模块U15是型号GSM DTU SIM800C的短信报警模块成品，其配套有一只NPN三极管Q和电阻R7，短信报警模块成品具有两个电源输入端1及2脚，八路信号输入端口3-10脚，每路信号输入端口输入低电平信号后，短信报警模块成品会经无线移动网络发送一条短信，以便提醒相关人员。短信报警模块成品U15的3脚和电阻R7一端连接，电阻R7另一端和NPN三极管Q集电极连接，短信模块U15的负极电源输入端和NPN三极管Q发射极连接。GPRS模块U14是GPRS模块成品，GPRS模块成品U14型号是ZLAN8100，GPRS模块成品U14上有RS485数据输入端口。

图2所示，稳压电源U的电源输入端1及2脚和交流220V电源两极分别经导线连接，稳压电源U的电源输出两端3及3脚和单片机模块U13电源输入两端1及2脚、短信模块U15电源输入两端1及2脚、GPRS模块U14的电源输入两端1及2脚分别经导线连接；所述六套接收模块的信号输出端电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6另一端和单片机模块U13的六路信号输入端3、4、5、6、7、8脚分别经导线连接，单片机模块U13信号端和GPRS模块U14输入端经RS485数据线连接，第二套支撑架靠近铁轨的底座下部固定板内前的一套接收模块U4信号输出端电阻R2另一端和短信模块U15的信号输入端NPN三极管Q基极经导线连接。

图1、2所示，本发明使用前，两套支撑架7面对面间隔一定距离(50米以内)摆放在易发生滑坡石头滚落区域的铁轨旁边，靠近铁轨的红外线发射模块U3及接收模块U4作为石块接近铁轨安全距离检测，石块没有超过此范围、后续落石后可暂时不作处理。每套支撑架设有安装连接杆76及连接管77的底座7(分别安装的是红外线发射模块U5、U7及接收模块U6、U8)摆放在安装了连接杆76及连接管77的底座之间(分别安装的是红外线发射模块U1、U3、U9、U11及接收模块U2、U4、U10、U12)；红外线发射模块及接收模块的最远探测距离可到50米，监测范围更广。通过调节两套支撑架安装了连接杆76及连接管77的底座71之间的间距，以及设有安装连接杆76及连接管77的底座71之间的间距，能调节后续监测石块的最大所需监测宽度(三个底座71间距越大后续所需监测石块预设宽度越宽，三个底座71间距越小后续所需监测石块预设宽度越小)；调节两套支撑架7的活动管74高度，能调节后续监测石块的最大所需监测高度(调节得越高，后续所需监测石块预设高度高，调节得越低，后续所需监测石块预设高度低)；这样在发生落石后，后续远端管理人员能直观掌握现场落石的高度及宽度数据。

图1、2所示，当交流220V电源进入稳压电源U的1及2脚后，稳压电源U在其内部电路作用下3及4脚会输出稳定的12V电源进入单片机模块、短信模块、GPRS模块以及六套红外线发射模块和六套接收模块的电源输入两端，于是，上述模块全部处于工作状态。

实际情况下，没有落石阻断六套红外线发射模块直线发射、六套接收模块接收的直线光束时，六套接收模块的3脚均不输出高电平，那么后续GPRS模块和短信模块也不会输出信号。

使用中，当有石块滚落阻挡和铁轨间距最近的下部红外线发射模块U3发射出的红外光线，和铁轨间距最近的下部接收模块U4接收不到红外线，接收模块U4的输出端3脚会输出高电平经二极管VD2单向导通、电阻R2降压限流进入单片机模块U13的4脚。

当有石块(高度较高)滚落阻挡和铁轨间距最近上端的红外线发射模块U1发射出的红外光线、和铁轨间距最近上端接收模块U2接收不到红外线3脚会输出高电平经二极管VD1单向导通、电阻R1降压限流进入单片机模块U13的3脚。

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较近的下部红外线发射模块U7发射出的红外光线、和铁轨间距较近下部接收模块U8接收不到红外线3脚会输出高电平经二极管VD4单向导通、电阻R4降压限流进入单片机模块U13的6脚。

当有石块(高度较高)滚落阻挡和铁轨间距较近上端的红外线发射模块U5发射出的红外光线、和铁轨间距较近上端接收模块U6接收不到红外线3脚会输出高电平经二极管VD3单向导通、电阻R3降压限流进入单片机模块U13的5脚。

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较远的下部红外线发射模块U11发射出的红外光线、和铁轨间距较远下部接收模块U12接收不到红外线3脚会输出高电平经二极管VD6单向导通、电阻R6降压限流进入单片机模块U13的8脚。

当有石块(高度较高)滚落阻挡和铁轨间距较远上端的红外线发射模块U9发射出的红外光线、和铁轨间距较远上端接收模块U10接收不到红外线3脚会输出高电平经二极管VD5单向导通、电阻R5降压限流进入单片机模块U13的7脚。

图1、2所示，当六套接收模块(一套或多套)的3脚分别输出模拟高电平信号进入单片机模块U13的信号输入端后，由于和六套接收模块的3脚连接的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6阻值不一样，这样输入到单片机模块U13的信号输入端3、4、5、6、7、8脚的信号电压会有所有不同，实际情况下，根据落石的高度和宽度范围不同，不是所有接收模块都会输出电压信号进入单片机模块。单片机模块U13在其内部电路作用下，将输入的六组(或一组、多组)模拟电压信号转换成数字信号，并输出至GPRS模块成品U14信号输入端，在GPRS模块成品U14内部电路作用下，GPRS模块成品U14将输入的数字信号经无线移动网络发射出去；和GPRS模块U14成品建立连接的管理方，结合通过手机预装现有的波形图显示APP，将动态变化的数字信号转换为波形图，有六组波形图分别代表六套接收模块被石头阻挡、3脚输出电压信号，由于和六套接收模块的3脚连接的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6阻值不一样，经GPRS模块通过无线移动网络传递的数字信号高低不同，所以手机应用能显示六条波形图，手机屏幕显示出和六套接收模块对应的波形图。波形图是一条直线代表现场相应位置没有落石，波形图为高位是现场落石。

本发明中，远端管理人员接收到数据后，比如说只是有代表接收模块U8对应的波形图，那么代表现场石块没有接近铁轨，可暂时不做处理。如果有代表接收模块U4对应的波形图，那么代表现场石块接近了铁轨；如果有代表接收模块U2对应的波形图，那么代表现场不但有石块接近了铁轨还具有一定高度，对铁路安全行车造成了隐患，可及时到现场处理。如果有代表接收模块U12和U4对应的波形图，那么代表现场石块不但接近了铁轨还超过了设定的最大检测宽度或者落下的石块较多面积大，可及时到现场处理；如果有代表接收模块U10和U2对应的波形图，那么代表现场不但有石块接近了铁轨还超过了设定的最大检测高度及宽度，对铁路安全行车造成了严重隐患。如果只有代表接收模块U8和U12对应的波形图，那么代表现场石块虽然具有一定宽度但是没有接近铁轨，可暂时不到现场处理；如果有代表接收模块U6和U10对应的波形图，那么代表现场石块虽没有接近铁轨，但是具有一定高度及宽度有一定安全隐患并及时可到现场处理。

此时参看内容波形图，是一条直线，代表现场相应位置没有落石，波形图为高位是现场有落石。比如说只是有代表接收模块U8对应的波形图，那么代表现场石块没有接近铁轨，可暂时不做处理。如果有代表接收模块U4对应的波形图，那么代表现场石块接近了铁轨；如果有代表接收模块U2对应的波形图，那么代表现场不但有石块接近了铁轨还具有一定高度，对铁路安全行车造成了隐患(可及时到现场处理)。如果有代表接收模块U12和U4对应的波形图，那么代表现场石块不但接近了铁轨还超过了设定的最大检测宽度(或者落下的石块较多面积大，(可及时到现场处理)；如果有代表接收模块U10和U2对应的波形图，那么代表现场不但有石块接近了铁轨还超过了设定的最大检测高度及宽度，对铁路安全行车造成了严重隐患(可及时到现场处理)。如果只有代表接收模块U8和U12对应的波形图，那么代表现场石块虽然具有一定宽度但是没有接近铁轨(可暂时不到现场处理)；如果有代表接收模块U6和U10对应的波形图，那么代表现场石块虽没有接近铁轨，但是具有一定高度及宽度有一定安全隐患(可到现场处理)。

图1、2所示，本发明中，通过调节两套支撑架安装了连接杆及连接管的底座之间的间距，以及没有安装连接杆及连接管的底座之间的间距，能调节后续石块的最大所需监测宽度；调节两套支撑架的活动管高度，能调节后续石块的最大所需监测高度；这样在发生落石后，远端管理人员能直观掌握现场落石的高度及宽度数据。应用中，现场发生石头滚落在监测区域的铁轨旁第一时间，落石阻断第二套接收模块U4接收的红外光线，接收模块U4的3脚输出高电平时，高电平还会进入NPN三极管Q的基极、NPN三极管Q导通集电极输出低电平经电阻R7降压限流进入短信模块U15的3脚，于是，短信模块U15会自动为相关人员的手机经无线移动网络推送一条短信，这样相关人员能得到提示，相关人员能第一时间掌握现场发生了落石情况，且能及时通过手机应用查看经无线移动通信网络传递的现场滚落的石头高度及宽度大小数据，当滚落的石头大小会危害铁路安全运行时，相关人员能第一时间采取应对措施，尽可能减少了安全隐患，为铁路安全运行提供了有力技术支撑。图2中所示，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7阻值分别是1K、1.2K、1.3K、1.4K、1.5K、1.6K、100Ω，NPN三极管Q型号是9013，二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6型号是1N4001。

本发明提供了一种基于移动无线通信的安全监测系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种基于移动无线通信的安全监测系统，其特征在于，包括稳压电源、红外线发射模块、接收模块、单片机模块、短信模块、GPRS模块和支撑架；

所述稳压电源、红外线发射模块、接收模块、单片机模块、短信模块、GPRS模块均安装在支撑架上；

所述支撑架具有相同的两套，每套支撑架均包括两个以上的底座，每个底座的上端有支撑管，支撑管的侧部有固定螺杆，每只支撑管的内部垂直套有活动管，每只活动管的外侧端、支撑管外侧端分别有固定板；

每套支撑架中，其中两个底座上活动管分别纵向安装有连接杆及连接管，连接杆套在连接管内，连接管的侧部有固定螺杆；

所述支撑架面对面间隔一定距离摆放在铁轨两侧；

所述支撑架，其中一套支撑架的固定板内侧端安装红外线发射模块，另一套支撑架的固定板内侧端安装接收模块；

红外线发射模块的发射头和接收模块的接收头分别处于面对面状态，并在一条直线上；

所述稳压电源、单片机模块、短信模块、GPRS模块安装在元件盒内；元件盒安装在其中一套支撑架的其中一个底座上端；

所述稳压电源的电源输出两端和单片机模块、短信模块、GPRS模块的电源输入两端分别电性连接；所述接收模块的信号输出端和单片机模块的多路信号输入端分别电性连接，单片机模块的信号输出端和GPRS模块的信号输入端电性连接，靠近铁轨的底座下部接收模块信号输出端和短信模块的信号输入端电性连接；

所述稳压电源是交流转直流开关电源模块；

红外线发射模块及接收模块套数一致，均为N套，每一套红外线发射模块及一套接收模块配套使用，配套使用的一套红外线发射模块的发射头和一套接收模块的接收头分别处于面对面状态；

N取值为6，6套红外线发射模块分别记为U1、U3、U5、U7、U9、U11，6套接收模块分别记为U2、U4、U6、U8、U10、U12，每套支撑架包含三个底座，则固定板数量为6个，其中一套支撑架的每个固定板内侧端均安装两个红外线发射模块，另一套支撑架的每个固定板内侧端均安装两个接收模块；

每个接收模块包括有一只电阻和二极管，第一套接收模块U2包括电阻R1和二极管VD1，第二套接收模块U4包括电阻R2和二极管VD2，第三套接收模块U6包括电阻R3和二极管VD3，第四套接收模块U8包括电阻R4和二极管VD4，第五套接收模块U10包括电阻R5和二极管VD5，第六套接收模块U12包括电阻R6和二极管VD6；

其中，第一套接收模块U2的输出端3脚和二极管VD1正极连接，二极管VD1负极和电阻R1一端连接；

第二套接收模块U4的输出端3脚和二极管VD2正极连接，二极管VD2负极和电阻R2一端连接；

第三套接收模块U6的输出端3脚和二极管VD3正极连接，二极管VD3负极和电阻R3一端连接；

第四套接收模块U8的输出端3脚和二极管VD4正极连接，二极管VD4负极和电阻R4一端连接；

第五套接收模块U10的输出端3脚和二极管VD5正极连接，二极管VD5负极和电阻R5一端连接；

第六套接收模块U12的输出端3脚和二极管VD6正极连接，二极管VD6负极和电阻R6一端连接；

单片机模块上有六路模拟信号接入端3、4、5、6、7、8脚，所述六套接收模块的信号输出端电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6的另一端分别和单片机模块的六路信号输入端3、4、5、6、7、8脚分别经导线连接；

所述单片机模块的主控芯片型号是STC12C5A60S2；

所述短信模块是系统的报警模块，其配套有一只NPN三极管Q和电阻R7，短信报警模块的3脚和电阻R7一端连接，电阻R7另一端和NPN三极管Q集电极连接，短信模块的负极电源输入端和NPN三极管Q发射极连接；接收模块U4信号输出端电阻R2一端和短信模块的信号输入端NPN三极管Q基极经导线连接；

系统工作过程包括如下步骤：

步骤1，两套支撑架面对面间隔一定距离摆放在易发生滑坡石头滚落区域的铁轨旁边；

步骤2，靠近铁轨的红外线发射模块U3及接收模块U4作为石块接近铁轨安全距离检测，石块没有超过此范围，后续落石后不作处理；

步骤3，如果有落石阻断六套红外线发射模块向六套接收模块直线发射的光束时，六套接收模块的输出端3脚均输出高电平，短信报警模块的信号输入端口会输入低电平信号，短信报警模块会经无线移动网络发送一条短信，提醒相关人员，具体地：

当有石块滚落阻挡和铁轨间距最近的下部红外线发射模块U3发射出的红外光线，和铁轨间距最近的下部接收模块U4接收不到红外线，接收模块U4的输出端3脚会输出高电平经二极管VD2单向导通、电阻R2降压限流进入单片机模块的4脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距最近上端的红外线发射模块U1发射出的红外光线，和铁轨间距最近上端接收模块U2接收不到红外线，接收模块U2的输出端3脚会输出高电平经二极管VD1单向导通、电阻R1降压限流进入单片机模块U13的3脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较近的下部红外线发射模块U7发射出的红外光线，和铁轨间距较近下部接收模块U8接收不到红外线，接收模块U8的输出端3脚会输出高电平经二极管VD4单向导通、电阻R4降压限流进入单片机模块U13的6脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较近上端的红外线发射模块U5发射出的红外光线，和铁轨间距较近上端接收模块U6接收不到红外线，接收模块U6的输出端3脚会输出高电平经二极管VD3单向导通、电阻R3降压限流进入单片机模块U13的5脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较远的下部红外线发射模块U11发射出的红外光线，和铁轨间距较远下部接收模块U12接收不到红外线，接收模块U12的输出端3脚会输出高电平经二极管VD6单向导通、电阻R6降压限流进入单片机模块U13的8脚；

当有石块滚落阻挡和铁轨间距较远上端的红外线发射模块U9发射出的红外光线、和铁轨间距较远上端接收模块U10接收不到红外线，接收模块U10的输出端3脚会输出高电平经二极管VD5单向导通、电阻R5降压限流进入单片机模块U13的7脚；

步骤4，单片机模块在其内部电路作用下，将输入的模拟电压信号转换成数字信号，并输出至GPRS模块的信号输入端，在GPRS模块内部电路作用下，GPRS模块将输入的数字信号经无线移动网络发射出去；用户通过手机预装现有的波形图显示APP，将接收的动态变化的数字信号转换为波形图；

步骤5，如果只接收到代表接收模块U8对应的波形图，表示现场石块没有接近铁轨，暂时不做处理；

如果接收到代表接收模块U4对应的波形图，表示现场石块接近了铁轨；

如果接收到代表接收模块U2对应的波形图，表示现场不但有石块接近了铁轨还具有一定高度，对铁路安全行车造成了隐患，需要及时到现场处理；

如果接收到代表接收模块U12和U4对应的波形图，表示现场石块不但接近了铁轨还超过了设定的最大检测宽度或者落下的石块较多面积大，需要及时到现场处理；

如果接收到代表接收模块U10和U2对应的波形图，表示现场不但有石块接近了铁轨还超过了设定的最大检测高度及宽度，需要及时到现场处理；

如果只接收到代表接收模块U8和U12对应的波形图，表示现场石块虽然具有一定宽度但是没有接近铁轨，暂时不到现场处理；

如果接收到代表接收模块U6和U10对应的波形图，表示代表现场石块虽没有接近铁轨，但是具有一定高度及宽度，有一定安全隐患，需要及时到现场处理。