CN202853911U

CN202853911U - 一种地铁故障检测装置

Info

Publication number: CN202853911U
Application number: CN 201220560520
Authority: CN
Inventors: 陈倩倩; 周海平; 陆永耕; 李龙; 白颖; 陈曦; 何振
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-10-30

Abstract

一种地铁故障检测装置，包括频谱检测模块、单片机、声源定位模块及报警模块；频谱检测模块包括麦克风，与单片机电性相连，用于检测列车发出的声音信号并将声音信号转为电信号；单片机分别与麦克风、声源定位模块及报警模块电性相连，用于控制麦克风检测列车发出的声音信号，并对麦克风传送的电信号进行频谱分析，若测得的电信号的幅值变量与基准幅值变量相同，则继续控制麦克风检测，若不相同，则触发报警模块，同时通过单片机的计时器记录当前时刻；声源定位模块包括红外线装置，用于判断是否有待测列车通过，进而启动或停止计时器和麦克风；报警模块在检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号，并显示列车故障点的位置。

Description

一种地铁故障检测装置

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种采用声音识别定位故障、用于城市轨道交通的故障警报和故障定位的检测装置。

背景技术

随着轨道交通的高速发展，人们通常会选择地铁作为其出行的首选交通工具。目前地铁故障很少发生，但在地铁运营过程中一旦出现故障，容易导致部分路段的瘫痪，耽误人们的出行。因此，安装地铁故障检测装置是城市轨道交通目前采取的的应对措施。

目前已知的地铁故障检测装置有：

中国专利文件CN201590826U公开了“一种地铁故障数据自动采集纠错装置”，该装置包括车载数据采集器、车载移动无线收发器、地面固定无线收发器、后端控制PC和终端服务器。列车中含有类似“黑匣子”装置用于储存故障信息。该装置利用无线电收发器将故障信息实时传送至后端控制PC，后端控制PC再将故障信息存储在终端服务器中，进而对列车进行实时检测。其不足之处是：分析故障不全面，存在漏检，检测的效果达不到预期的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述问题，提供一种地铁故障检测装置，该装置通过红外线能检测是否有待测列车通过，并利用声电转换原理以频谱分析为依据，快速检测出待测列车的故障位置，同时还能将故障信息实时传送至列车调度中心。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案。

一种地铁故障检测装置，包括频谱检测模块、单片机、声源定位模块以及报警模块；所述频谱检测模块包括麦克风，所述麦克风与所述单片机电性相连，用于检测待测列车发出的声音信号并将所述声音信号转化为电信号传送给所述单片机；所述单片机包括计时器，所述单片机分别与所述麦克风、声源定位模块以及报警模块电性相连，用于向所述频谱检测模块发出控制信号，控制所述麦克风检测待测列车发出的声音信号，并对所述麦克风传送的电信号进行频谱分析，在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量相同时继续控制所述麦克风进行检测，在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时触发所述报警模块，同时通过所述计时器记录当前时刻；所述声源定位模块包括红外线装置，所述红外线装置用于判断是否有待测列车通过，进而启动或停止所述计时器和麦克风；所述报警模块在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号，并显示待测列车故障点的位置。

进一步，所述频谱检测模块中的麦克风包括驻极体话筒和NE555芯片。

进一步，所述声源定位模块进一步包括键盘，用于输入待测列车的长度。

进一步，所述报警模块包括一蜂鸣器和数码管，所述蜂鸣器用于在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报声；所述数码管用于显示待测列车故障点的位置。

进一步，所述的蜂鸣器采用压电式蜂鸣器。

进一步，所述一种地铁故障检测装置进一步包括通讯模块，所述通讯模块与单片机电性相连，用于接收单片机所发出的故障信息，并将所述故障信息发送至列车调度中心。

进一步，所述通讯模块包括数据线或无线收发器，用于传输所述故障信息。

本实用新型一种地铁故障检测装置的积极效果是：

（1）检测精度高、安装容易；

（2）操作简单，检测与定位都通过单片机完成，对于操作者的技术要求低；

（3）设备结构简单，价格低廉。

附图说明

图1是本实用新型一种地铁故障检测装置的连接示意图；

图2是本实用新型一种地铁故障检测装置工作流程示意图；

图3是本实用新型一种地铁故障检测装置计时情况示意图。

图中的标号分别表示：

11、频谱检测模块； 111、麦克风； 12、单片机；

13、声源定位模块； 131、红外线装置； 1311、红外线发射装置； 1312、红外线接收装置； 132、键盘；

14、报警模块； 141、蜂鸣器； 142、数码管；

15、通讯模块； 151、数据线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型一种地铁故障检测装置的实施方式做详细说明。

参见图1，一种地铁故障检测装置，包括频谱检测模块11、单片机12、声源定位模块13、报警模块14以及通讯模块15。

所述频谱检测模块11包括一麦克风111，所述麦克风111与所述单片机12电性相连，用于检测待测列车发出的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号传送给所述单片机12。所述麦克风111包括驻极体话筒和NE555芯片。其中，驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点；NE555芯片可以使发送的电信号为可调节，所以用户根据实际测量环境（例如，假设1号线是大型地铁列车，5号线是小型地铁列车，两者的构造型号完全不同，则其频谱应不同，而1号线的每列列车的型号相同，则其频谱应相同），在设定基准幅值变量时做相应调整。

所述声源定位模块13包括红外线装置131和键盘132。所述键盘132用于输入列车的长度，比如列车的长度为a，并将该值a传送到单片机12。然后在列车始发站处安装声源定位模块13。务必保证使红外线装置131的红外线接收装置1312（参见图2所示）在没有列车行驶过的情况下能够接收到红外线发射装置1311（参见图2所示）所发射的信号。

实施中需要对所述频谱检测模块11的麦克风111进行初始化。列车正常行驶时会发出一定的声响，麦克风111检测到正常状态下的声音信号后，将所述正常声音信号转化为相应的电信号并传递到单片机12，由单片机12进行频谱分析，以得到基准幅值变量。当待测列车车头驶过红外线装置131时，红外线装置131触发单片机12中的计时器清零并开始计时，同时触发麦克风111接收声音信号将其转化为电信号传送至单片机12。待测列车车尾离开红外线装置131时，红外线装置131再次触发单片机12中的计时器停止计时，并且使麦克风111停止工作。在待测列车行驶过红外线装置131的这一段时间内，单片机12一直将所获得的电信号与原先的基准信号进行比较，若测得的电信号与原先的基准信号不同，则单片机12记录当前时刻（或称故障时刻）并传给单片机12；若测得的电信号与原先的基准信号相同，则对单片机12中的计时器进行清零，并等待检测下一列列车。由于任何一个电信号都可以利用快速傅里叶变换（FFT）转换成N次谐波，取前三个谐波并将其转换合成为频域信号，得到所检测到电信号的幅值变量，所以记录这三个谐波的幅值变量就是记录了这个电信号；如果要提高精度可以增加为取前四个谐波，只需相应地改变单片机的型号，以提高单片机的性能。

所述单片机12分别与所述麦克风111、声源定位模块13、报警模块14以及通讯模块15电性相连。所述单片机12采用凌阳61型单片机，该单片机12具有低功耗、低电压以及指令系统功能强、效率高的优点。所述单片机12向所述频谱检测模块11发出控制信号，控制所述麦克风111检测待测列车发出的声音信号。

所述单片机12包括一计时器，用于记录待测列车的通过时间以及故障时刻。通过记录待测列车的通过时间、故障时刻以及待测列车长度，可以计算出故障点离列车车头的水平距离。

所述单片机12将接收到的电信号进行傅里叶变换转换成三次谐波，并将其转换合成为频域信号。所述单片机12对所述频域信号的幅值变量，与原先测得列车正常运行行驶情况下的对应频谱信号（基准幅值变量）作对比，若相同，则对单片机12中的计时器进行清零；若不相同，则单片机12发出触发信号，触发所述报警模块14，并且将故障时刻传送至单片机12，进而单片机12通过计算获得故障点离列车车头的水平距离，并将该距离显示在数码管142上。

所述声源定位模块13包括红外线装置131和键盘132。所述红外线装置131包括红外线发射装置1311和红外线接收装置1312，用于检测是否有待测列车通过，进而启动或停止计时器和麦克风111。所述键盘132用于输入待测列车长度。

所述报警模块14与单片机12电性相连，用于当所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号，并显示出现故障点的位置。所述报警模块14可以包括蜂鸣器141和数码管142，所述蜂鸣器141用于在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号。所述蜂鸣器141可以采用压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器是一种电声转换器件，压电式蜂鸣器因受机械变形而发出声响（压电效应）。所述数码管142用于显示故障点离列车车头的水平距离。由此，可以实现列车的故障定位，为技术人员对故障的排除提供依据。

所述通讯模块15与单片机12电性相连。在本实施例中，通过数据线151与列车调度中心相连。在其他实施例中，可根据实际情况采用无线收发器（图中未示）替代数据线151用于传输故障信息。在检测到故障点后，单片机12通过数据线151将故障信息传送至列车调度中心。通过列车调度中心的调度使列车不载客，并直接驶向维修列车的停车场，以做进一步检查。

参见图2，本实用新型一种地铁故障检测装置工作流程示意图。

初始化状态：键盘输入列车长度，记为变量a，正常工作状态的列车车头驶过红外线装置131时，红外线接收装置1312未接收到红外线发射装置1311所发射的红外线信号，触发单片机12中的计时器开始计时，同时触发频谱检测模块11中的麦克风111将声音信号实时转换成电信号，并传输至单片机12。单片机12分析并记录所检测到电信号的幅值变量，以此作为声音信号的初始值（或称基准值）。当列车车尾离开红外线装置131时，红外线接收装置1312接收到红外线信号，并向单片机12发送信号，以使单片机12中的计时器停止计时，同时停止频谱分析（参见图3所示）。

继续参见图2所示，装置安装完毕并初始化后进入工作状态：当待测列车车头驶过红外线装置131时，红外线接收装置1312未接收到红外线发射装置1311所发射的红外线信号，触发单片机12中的计时器开始计时，同时触发频谱检测模块11中的麦克风111将声音信号实时转换成电信号，并传输到单片机12。单片机12分析并记录所检测到电信号的幅值变量，以此作为声音信号的实时值。单片机12将得到的实时值与单片机12存储器中存储的初始值进行比较。若实时值与初始值不同，则触发单片机12的计时器记录当时时刻，并触发报警模块14中的蜂鸣器141发出警报声。当待测列车车尾离开红外线装置131时，红外线接收装置1312接收到红外线信号，并向单片机12发送信号，以使单片机12中的计时器停止计时，同时停止频谱分析。

故障检测状态：单片机12可以利用故障时刻、整个列车的通过时间和列车的车长计算出故障点离列车车头的水平距离，并将该距离显示在报警模块14中的数码管142上。同时触发通讯模块15开始工作，将故障信息通过数据线151传输至列车调度中心，使该列地铁不载客直接驶向维修地铁的停车场，以进一步故障检测。

通过单片机12计算故障点离列车车头的水平距离的算法，具体如下：

键盘输入得到车长为a；通过单片机12中的计时器得到列车通过时间t；以及故障点出现的时刻b，则认为列车车速

，

因此，测得故障点离列车车头的水平距离为

。

通过上述算法，可以既精确，又快速地测得列车的故障点，检测精度高。而且操作简单，整个检测与定位都通过单片机完成。

以上所述仅是本实用新型的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种地铁故障检测装置，其特征在于，包括频谱检测模块、单片机、声源定位模块以及报警模块；所述频谱检测模块包括麦克风，所述麦克风与所述单片机电性相连，用于检测待测列车发出的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号传送给所述单片机；所述单片机包括计时器，所述单片机分别与所述麦克风、声源定位模块以及报警模块电性相连，用于向所述频谱检测模块发出控制信号，控制所述麦克风检测待测列车发出的声音信号，并对所述麦克风传送的电信号进行频谱分析，在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量相同时继续控制所述麦克风进行检测，在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时触发所述报警模块，同时通过所述计时器记录当前时刻；所述声源定位模块包括红外线装置，所述红外线装置用于判断是否有待测列车通过，进而启动或停止所述计时器和麦克风；所述报警模块在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号，并显示待测列车故障点的位置。

2.如权利要求1所述的一种地铁故障检测装置，其特征在于，所述频谱检测模块中的麦克风包括驻极体话筒和NE555芯片。

3.如权利要求1所述的一种地铁故障检测装置，其特征在于，所述声源定位模块进一步包括键盘，用于输入待测列车的长度。

4.如权利要求1所述的一种地铁故障检测装置，其特征在于，所述报警模块包括蜂鸣器和数码管，所述蜂鸣器用于在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报声；所述数码管用于显示待测列车故障点的位置。

5.如权利要求4所述的一种地铁故障检测装置，其特征在于，所述的蜂鸣器采用压电式蜂鸣器。

6.如权利要求1所述的一种地铁故障检测装置，其特征在于，所述一种地铁故障检测装置进一步包括通讯模块，所述通讯模块与单片机电性相连，用于接收单片机所发出的故障信息，并将所述故障信息发送至列车调度中心。

7.如权利要求6所述的一种地铁故障检测装置，其特征在于，所述通讯模块包括数据线或无线收发器，用于传输所述故障信息。