CN215601340U - 一种列车站上水吸污安全作业智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种列车站上水吸污安全作业智能监控系统，包括：监控显示端、中继设备和采集终端；所述监控显示端的服务器利用CAN转网口转接器，通过以太网接入数据进行可视化界面显示；所述CAN转网口转接器通过CAN总线分别与多个中继设备通信连接；一个中继设备分别与多个采集终端通信连接。本实用新型通过采集终端采集上水吸污管道归位的信号，进而通过Lora短距离无线通信和CAN总线通信两种组网方式将数据进行传输，实现对上水吸污管道归位的监控，本实用新型解决了现有列车车站缺乏判断上水吸污管道是否归位的装置的问题。

Description

一种列车站上水吸污安全作业智能监控系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种列车站上水吸污安全作业智能监控系统。

背景技术

高速铁路车站动车组列车技术作业主要以上水、吸污作业为主，是铁路企业树立高速铁路动车组列车客运品牌，提高客运服务质量的重要保证。由于高速铁路车站站场设备复杂、技术作业资源紧缺、列车交路多样化、调度指挥高度集中等特点，所以动车组列车上水吸污作业安全显得尤其重要。

如今的交通中，随着我国铁路系统的高速发展，动车和高铁已成为我国主流的交通方式，具有快捷，舒适，实惠的特点。由于高铁动车组上不具备单独的供水系统，为保证高铁动车乘客的用水以及列车吸污作业，车站的每条股道都会对应车厢，为每节列车配备水箱，并接上水管，在列车停靠时为乘客供应用水。

由于动车组水箱所配备的水管规格较大，上水时需插入列车上的上水口，上水完成后需要将水管取下，并将水管归位。这个过程会浪费大量的人力用于确保水管归位，并且人工确认的方式无法保证万无一失，若出现诸如水管未从列车上水口拔下列车就已发动，或水管掉落到轨道上影响列车行驶的情况，将会造成巨大损失。

例如，2014年1月6日15时49分，G530次到达京广高铁长沙南站3道办理营业及吸污补水作业，车站客运员在未接到上水领班汇报作业完毕的情况下，盲目与G530次列车长提前办理了站车交接手续，导致列车开车时4号车厢吸污管没有拔下，发动150m后被叫停，构成铁路交通一般D10类事故。

目前，我们国家在这方面的技术还属于空白状态，传统的高速铁路车站动车组列车技术作业流程主要采取以下方式进行：

1.列车调度员下达列车运行调整计划，通过CTC系统向车站旅客服务系统传送列车正晚点信息，车站总控室值班人员了解掌握上水吸污作业列车实际到达时分后，提前15分钟通知站台客运员、上水组做好接车准备。

2.上水组按要求提前10分钟到指定地点申请下道，并执行“眼看、手比、口呼”制度，上水组长核对作业车次后，电台呼叫站台客运员“××站台客运员，××次列车准备开始上水、吸污作业了”，站台客运员回复“××次上水员可以开始上水、吸污作业”。站台客运(值班)员接到上水员作业通知后，通知列车长：“××次列车长，车站开始进行上水(吸污)作业”，列车长回答：“××次上水(吸污)作业，列车长明白”。

3.上水组长通过对讲机向站台客运(值班)员报告，固定用语：“××次上水(吸污)完毕”。站台客运(值班)员收到后回复：“××次上水(吸污)完毕，客运(值班)员明白”。回复后客运(值班)员立即通知列车长：“××次列车长，车站上水(吸污)作业完毕”，列车长回答：“××次上水(吸污)完毕，列车长明白”，之后列车长通知司机和随车机械师关门、发车。

在整个上水、吸污作业的过程中，传统的作业方法不仅容易发生带管开车的行车以及上水管掉落到轨道上影响列车行驶等意外事故，而且费时费力，不能体现出智能车站管理的理念。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种列车站上水吸污安全作业智能监控系统解决了现有列车车站缺乏判断上水吸污管道是否归位的装置的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种列车站上水吸污安全作业智能监控系统，包括：监控显示端、中继设备和采集终端；

所述监控显示端的服务器利用CAN转网口转接器通过CAN总线分别与多个中继设备通信连接；一个中继设备分别与多个采集终端通信连接。

进一步地：采集终端包括：电池、第一电源管理模块、采集终端主控模块、第一Lora无线通信模块、匹配模块和无源压力传感器；

所述第一电源管理模块的输入端与电池连接，其输出端分别与采集终端主控模块的供电端、第一Lora无线通信模块的供电端和匹配模块的供电端连接；所述采集终端主控模块分别与匹配模块的输出端和第一Lora无线通信模块连接；所述无源压力传感器与匹配模块的输入端连接。

进一步地：匹配模块包括：电阻R3、电阻R4、接地电阻R5和接地电容C1；

所述电阻R3的一端作为匹配模块的供电端，其另一端分别与电阻R4的一端和接地电阻R5连接，并作为匹配模块的输入端；所述电阻R4的另一端与接地电容C1连接，并作为匹配模块的输出端。

进一步地：中继设备包括：12V电源、12V转5V稳压模块、继电器隔离模块、第二电源管理模块、中继设备主控模块、第二Lora无线通信模块和CAN总线模块；

所述12V转5V稳压模块的输入端与12V电源输出端连接，其输出端分别与继电器隔离模块的输入端和第二电源管理模块的输入端连接；所述继电器隔离模块的输出端与CAN总线模块的第一供电端连接；所述第二电源管理模块的输出端分别与中继设备主控模块的供电端、第二Lora无线通信模块的供电端和CAN总线模块的第二供电端连接；所述中继设备主控模块分别与二Lora无线通信模块和CAN总线模块连接。

进一步地：12V转5V稳压模块包括：降压稳压芯片U1和电容C2；

所述降压稳压芯片U1的VIN-端与12V电源的GND端连接，其VIN+端分别与电容C2的正极和12V电源的正极连接，其+5V端作为12V转5V稳压模块的输出端；所述电容C2的负极接地；

所述继电器隔离模块包括：继电器U2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；

所述继电器U2的VIN-端分别与电容C3的负极和电容C4的负极连接，并接地GND，其VIN+端分别与电容C3的正极和电容C4的正极连接，并作为继电器隔离模块的输入端；所述继电器U2的0V端分别与电容C5的负极和电容C6的负极连接，并接地GND_CAN0，其VO端分别与电容C5的正极和电容C6的正极连接，并作为继电器隔离模块的输出端。

进一步地：CAN总线模块包括：光耦器U3、光耦器U4、CAN总线接口芯片U5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、接地电阻R11和电阻R12；

所述光耦器U3的二极管的正极与电阻R6的一端连接，其二极管的负极与电阻R7的一端连接，并作为CAN总线模块的CAN0-Tx端；所述电阻R6的另一端分别与电阻R9的一端和光耦器U4的VCC端连接，并作为CAN总线模块的第二供电端；所述光耦器U3的VCC端分别与电阻R12的一端、光耦器U4的二极管的正极和CAN总线接口芯片U5的VCC端连接，并作为CAN总线模块的第一供电端；所述光耦器U3的输出端分别与电阻R7的另一端、电阻R12的另一端和CAN总线接口芯片U5的TXD端连接；所述光耦器U4的输出端分别与电阻R9的一端和电阻R8的一端连接，并作为CAN总线模块的CAN0-Rx端，其二极管的负极与电阻R10的一端连接；所述CAN总线接口芯片U5的RXD端分别与电阻R8的另一端和电阻R10的另一端连接，其Rs端与接地电阻R11连接，其CANH端和CANL端为CAN总线模块的总线接口与CAN总线连接。

本实用新型的有益效果为：

(1)、本实用新型结合Lora短距离无线通信和CAN总线通信两种方式，采用以CAN总线中继为核心的组网方式，实现从对车站全部上水吸污设备的网络覆盖。当出现系统大量数据并发的情况时，可避免采集终端间的信号干扰以及数据堵塞等问题。

(2)、本实用新型以Lora短距离无线通信和CAN总线通信两种组网方式，以CAN总线中继方案为核心，开发具有高效，准确且稳定的车站上水吸污安全作业智能监控系统，能够实现高铁客站列车上水、吸污作业过程中节省人力，排除意外的需求。

附图说明

图1为一种列车站上水吸污安全作业智能监控系统的系统框图；

图2为采集终端的系统框图；

图3为匹配模块的系统框图；

图4为中继设备的系统框图；

图5为12V转5V稳压模块的电路图；

图6为继电器隔离模块的电路图；

图7为CAN总线模块的电路图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种列车站上水吸污安全作业智能监控系统，包括：监控显示端、中继设备和采集终端；

所述监控显示端的服务器利用CAN转网口转接器，通过以太网接入数据进行可视化界面显示；所述CAN转网口转接器通过CAN总线分别与多个中继设备通信连接。

本系统主要监测客站上水吸污装置水管是否归位，并将该装置所处状态显示在监控显示端中，控制室工作人员可以通过监控显示端查看上水吸污装置是否归位，现场工作人员可以通过广播系统了解工作完成情况，以避免人为检测的失误，规避带管开车行车事故的风险。

如图2所示，采集终端包括：电池、第一电源管理模块、采集终端主控模块、第一Lora无线通信模块、匹配模块和无源压力传感器；

所述第一电源管理模块的输入端与电池连接，其输出端分别与采集终端主控模块的供电端、第一Lora无线通信模块的供电端和匹配模块的供电端连接；所述采集终端主控模块分别与匹配模块的输出端和第一Lora无线通信模块连接；所述无源压力传感器与匹配模块的输入端连接。

将采集终端安装在列车股道旁用于上水吸污作业的水箱上，通过检测水箱水管是否压住无源压力传感器上，进而判断工作人员是否及时将水管归位。通过Lora无线通信模块间的通信，将采集终端的数据上发至中继设备。中继设备获取数据后，通过CAN总线通信的方式上传至服务器。监控显示端调取服务器的数据进行随时查看。

在本实施例中，采集终端主控模块的主控芯片可采用MSP430单片机，电池的电池容量为15AH，第一电源管理模块的电源芯片为SGM2036，第一电源管理模块提供3.3V电压，分别对采集终端主控模块、第一Lora无线通信模块和匹配模块供电。当上水吸污装置水管安放在无源压力传感器的弹簧片上时，无源压力传感器处于断开状态，将上水吸污装置水管拿走时，无源压力传感器处于关闭状态，无源压力传感器将开关量传送到MSP430单片机的检测通道中。压力传感器采用无源设计，且闲时MSP430单片机和第一Lora无线通信模块均处于低功耗状态，通过MSP430单片机的定时器不断查询开关状态，只有当开关量发生变化时，MSP430单片机和第一Lora无线通信模块才会处于工作状态，二者利用10～20s时间进行信号传输，当与第一Lora无线通信模块的通信工作完成后，二者又会进入低功耗状态，实现采集终端低功耗，保证电池的长时间使用。

为了解决GPRS通信在建筑物多、人员密集的复杂地理环境中信号差等问题，采集终端采用Lora无线通信模块实现采集终端与中继设备之间的通信。

在本实施例中，第一Lora无线通信模块采用E62-433T20D，E62-433T20D的引脚RF_M0和RF_M1分别与MSP430单片机的I/O口连接，用于控制Lora模块的模式切换，通过UART接口与MSP430单片机的进行通信连接，当RF_M0和RF_M1均为高电平时，模块工作在休眠模式，在该模式下无法发射和接收无线数据，处于低功耗模式，在该模式下通过MSP430F149串口发送16进制数据，对Lora模块进行配置。

在本实施例中：需要股道一上的一号采集终端和股道一对应的一号中继设备实现通信，需在休眠模式下通过采集终端上的MSP430单片机的串口给第一Lora无线通信模块发送16进制数据0xC0，0x00，0x01，0x19，0x01，0x44，同理在休眠模式下，通过串口发送配置命令0xC0，0xFF，0xFF，0x19，0x01，0x44到一号中继设备的Lora无线模块。其中0x0000～0xFFFE为采集终端的第一Lora无线通信模块的地址，0xFFFF为中继设备Lora模块的广播监听地址。

如图3所示，匹配模块包括：电阻R3、电阻R4、接地电阻R5和接地电容C1；

所述电阻R3的一端作为匹配模块的供电端，其另一端分别与电阻R4的一端和接地电阻R5连接，并作为匹配模块的输入端；所述电阻R4的另一端与接地电容C1连接，并作为匹配模块的输出端。

采集终端的工作方式为，在水管归位处安装无源压力传感器，取出水管，无源压力传感器的弹簧片弹开，反之，插入水管，弹簧片合拢。如图3所示，匹配模块的输入端接入无源压力传感器。

水管未归位，无源压力传感器的开关断开(即弹簧片弹开)，匹配模块的输出端OUT为低电平，水管归位，无源压力传感器的开关闭合(即弹簧片闭合)，匹配模块的输出端OUT为高电平。采集终端的单片机MSP430F149通过定时器，不断查询输出端OUT状态，当输出端OUT状态发生变化，采集终端的单片机串口发送数据，通过第一Lora无线通信模块发送到中继设备，当中继设备的第二Lora无线通信模块接收到相同数据时，停止发送。

如图4所示，中继设备包括：12V电源、12V转5V稳压模块、继电器隔离模块、第二电源管理模块、中继设备主控模块、第二Lora无线通信模块和CAN总线模块；

所述12V转5V稳压模块的输入端与12V电源输出端连接，其输出端分别与继电器隔离模块的输入端和第二电源管理模块的输入端连接；所述继电器隔离模块的输出端与CAN总线模块的第一供电端连接；所述第二电源管理模块的输出端分别与中继设备主控模块的供电端、第二Lora无线通信模块的供电端和CAN总线模块的第二供电端连接；所述中继设备主控模块分别与二Lora无线通信模块和CAN总线模块连接。

如图5所示，12V转5V稳压模块包括：降压稳压芯片U1和电容C2；

所述降压稳压芯片U1的VIN-端与12V电源的GND端连接，其VIN+端分别与电容C2的正极和12V电源的正极连接，其+5V端作为12V转5V稳压模块的输出端；所述电容C2的负极接地；

如图6所示，继电器隔离模块包括：继电器U2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；

所述继电器U2的VIN-端分别与电容C3的负极和电容C4的负极连接，并接地GND，其VIN+端分别与电容C3的正极和电容C4的正极连接，并作为继电器隔离模块的输入端；所述继电器U2的0V端分别与电容C5的负极和电容C6的负极连接，并接地GND_CAN0，其VO端分别与电容C5的正极和电容C6的正极连接，并作为继电器隔离模块的输出端。

如图7所示，CAN总线模块包括：光耦器U3、光耦器U4、CAN总线接口芯片U5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、接地电阻R11和电阻R12；

所述光耦器U3的二极管的正极与电阻R6的一端连接，其二极管的负极与电阻R7的一端连接，并作为CAN总线模块的CAN0-Tx端；所述电阻R6的另一端分别与电阻R9的一端和光耦器U4的VCC端连接，并作为CAN总线模块的第二供电端；所述光耦器U3的VCC端分别与电阻R12的一端、光耦器U4的二极管的正极和CAN总线接口芯片U5的VCC端连接，并作为CAN总线模块的第一供电端；所述光耦器U3的输出端分别与电阻R7的另一端、电阻R12的另一端和CAN总线接口芯片U5的TXD端连接；所述光耦器U4的输出端分别与电阻R9的一端和电阻R8的一端连接，并作为CAN总线模块的CAN0-Rx端，其二极管的负极与电阻R10的一端连接；所述CAN总线接口芯片U5的RXD端分别与电阻R8的另一端和电阻R10的另一端连接，其Rs端与接地电阻R11连接，其CANH端和CANL端为CAN总线模块的总线接口与CAN总线连接。

CAN总线模块的CAN0-Tx端和CAN0-Rx端为UART接口，与中继设备主控模块连接，用于通信。

在本实施例中，中继设备主控模块的主控芯片为STM32F103VET6，通过12V转5V稳压模块提供5V电源，第二电源管理模块将5V电源转换为3.3V，第二电源管理模块的电源芯片为SGM2036，继电器隔离模块中的继电器型号为ZY0505FS，通过继电器隔离模块将5V电源的地和CAN总线的地进行隔离，避免信号发生干扰。第二Lora无线通信模块的型号为E62-433T20D，用于获取采集终端发送的数据流，并通过CAN总线通信的方式，实现将从采集终端获取的数据进行修改并上传至服务器。

第二Lora无线通信模块通过UART接口与STM32F103VET6单片机通信连接，其RF_M1引脚和RF_M0引脚分别与STM32F103VET6单片机的I/O连接，用于控制第二Lora无线通信模块的模式切换。

在本实施例中，以成都东站为例，成都东客站共有13条股道，每条股道上安装有20-22台采集终端，共计248台。通过信道匹配将整条股道上的采集终端对应到一台中继设备，共计13台中继设备。将13台中继设备的CAN_H和CAN_L数据线接在一起，并在头、尾节点处并联2个160Ω的匹配电阻R1和R2，服务器端通过CAN总线获取中继设备的差分信号。

Claims (6)

1.一种列车站上水吸污安全作业智能监控系统，其特征在于，包括：监控显示端、中继设备和采集终端；

所述监控显示端的服务器利用CAN转网口转接器通过CAN总线分别与多个中继设备通信连接；一个中继设备分别与多个采集终端通信连接。

2.根据权利要求1所述的列车站上水吸污安全作业智能监控系统，其特征在于，所述采集终端包括：电池、第一电源管理模块、采集终端主控模块、第一Lora无线通信模块、匹配模块和无源压力传感器；

所述第一电源管理模块的输入端与电池连接，其输出端分别与采集终端主控模块的供电端、第一Lora无线通信模块的供电端和匹配模块的供电端连接；所述采集终端主控模块分别与匹配模块的输出端和第一Lora无线通信模块连接；所述无源压力传感器与匹配模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的列车站上水吸污安全作业智能监控系统，其特征在于，所述匹配模块包括：电阻R3、电阻R4、接地电阻R5和接地电容C1；

所述电阻R3的一端作为匹配模块的供电端，其另一端分别与电阻R4的一端和接地电阻R5连接，并作为匹配模块的输入端；所述电阻R4的另一端与接地电容C1连接，并作为匹配模块的输出端。

4.根据权利要求1所述的列车站上水吸污安全作业智能监控系统，其特征在于，所述中继设备包括：12V电源、12V转5V稳压模块、继电器隔离模块、第二电源管理模块、中继设备主控模块、第二Lora无线通信模块和CAN总线模块；

所述12V转5V稳压模块的输入端与12V电源输出端连接，其输出端分别与继电器隔离模块的输入端和第二电源管理模块的输入端连接；所述继电器隔离模块的输出端与CAN总线模块的第一供电端连接；所述第二电源管理模块的输出端分别与中继设备主控模块的供电端、第二Lora无线通信模块的供电端和CAN总线模块的第二供电端连接；所述中继设备主控模块分别与二Lora无线通信模块和CAN总线模块连接。

5.根据权利要求4所述的列车站上水吸污安全作业智能监控系统，其特征在于，所述12V转5V稳压模块包括：降压稳压芯片U1和电容C2；

所述降压稳压芯片U1的VIN-端与12V电源的GND端连接，其VIN+端分别与电容C2的正极和12V电源的正极连接，其+5V端作为12V转5V稳压模块的输出端；所述电容C2的负极接地；

所述继电器隔离模块包括：继电器U2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；

所述继电器U2的VIN-端分别与电容C3的负极和电容C4的负极连接，并接地GND，其VIN+端分别与电容C3的正极和电容C4的正极连接，并作为继电器隔离模块的输入端；所述继电器U2的0V端分别与电容C5的负极和电容C6的负极连接，并接地GND_CAN0，其VO端分别与电容C5的正极和电容C6的正极连接，并作为继电器隔离模块的输出端。

6.根据权利要求4所述的列车站上水吸污安全作业智能监控系统，其特征在于，所述CAN总线模块包括：光耦器U3、光耦器U4、CAN总线接口芯片U5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、接地电阻R11和电阻R12；

所述光耦器U3的二极管的正极与电阻R6的一端连接，其二极管的负极与电阻R7的一端连接，并作为CAN总线模块的CAN0-Tx端；所述电阻R6的另一端分别与电阻R9的一端和光耦器U4的VCC端连接，并作为CAN总线模块的第二供电端；所述光耦器U3的VCC端分别与电阻R12的一端、光耦器U4的二极管的正极和CAN总线接口芯片U5的VCC端连接，并作为CAN总线模块的第一供电端；所述光耦器U3的输出端分别与电阻R7的另一端、电阻R12的另一端和CAN总线接口芯片U5的TXD端连接；所述光耦器U4的输出端分别与电阻R9的一端和电阻R8的一端连接，并作为CAN总线模块的CAN0-Rx端，其二极管的负极与电阻R10的一端连接；所述CAN总线接口芯片U5的RXD端分别与电阻R8的另一端和电阻R10的另一端连接，其Rs端与接地电阻R11连接，其CANH端和CANL端为CAN总线模块的总线接口与CAN总线连接。

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