(南昌航空大学，江西 南昌 330000)
：为准确、及时地创造铁路打仗网补偿装置的故障，文中通过监测打仗网环境温度及承力索、打仗线的长度变革来判断打仗网补偿装置是否有卡滞征象。该系统以C8051F930芯片作为系统的主掌握器，以SIM900A无线传输模块作为无线传感网络的通信节点，各个节点之间以不同的韶光间隔向做事器发送数据，结合GPRS无线通讯技能及Web互联网技能，将节点连接到远程做事器。实验结果表明，该系统性能稳定，检测精度高，知足干系设计哀求。
：打仗网；补偿装置；远程监控系统；GPRS；SIM900A
：TN806文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.05.002
引用格式：谭朋柳,周乐,冒苏敏.基于GPRS的打仗网补偿装置远程监控系统设计［J］.微型机与运用，2017,36（5）：4-7,10.
0弁言
基金项目： 国家自然科学基金帮助项目(61364023);航空基金帮助项目(2013ZD56008);江西省教诲厅科技项目(GJJ13516)随着列车运行速率的提高,铁路运行密度逐步加大,对牵引供电系统安全可靠性的哀求也越来越高。打仗网是牵引供电系统的主要设备之一［14］,运行中的打仗网要承受电力机车以一定的压力高速打仗摩擦运行，再加上通过打仗网的电流高达1 000 A以上，打仗网还受拉力、电弧、风雪、雾雨及大气污染的浸染，使打仗网昼夜一直地处在振动、摩擦、电弧、污染、伸缩的动态运行状态之中，一旦发生故障将中断行车,扰乱电气化铁路的运输秩序,带来经济丢失［5］。快速、准确地创造故障，及时、迅速地进行抢修，肃清供电事件，最大限度地减少事件影响，是铁路电气化区段运行检肄业界追求的目标，是努力提高铁路做事质量的保障。对打仗网进行在线监测是提高打仗网可靠性的主要方法之一,本文对打仗网在线监测技能进行研究，提出基于GPRS的打仗网补偿装置远程监控系统设计。
1系统总体设计
随着大气温度的变革，承力索和打仗线会线性伸长（或缩短），通过监测打仗网所处环境的温湿度以及补偿坠砣到打仗网下锚支柱之间的位移，比拟不同温度下的位移变革来判断打仗网是否有补偿卡滞征象，实现对打仗网的监测。打仗网补偿装置远程监控系统安装在支架和坠砣之间，丈量时设备对打仗网的运行状态影响很小。
图1系统总体框图基于GPRS的打仗网补偿装置远程监控系统架构如图1所示，图中的虚线表示旗子暗记按无线办法传输。系统由无线采集节点、GPRS基站、互联网做事器、用户终端（打算机）构成。该系统的事情过程是对温湿度传感器和位移传感器周期性地进行数据采集，利用SIM900A模块通过基站将采集的数据发送到互联网做事器，打算机用户通过Internet来完成对温度和位移的监测。
该系统具有以下上风：（1）电源及监测模块不仅能够供应稳定的直流电压，还能快速地检测电源的电压和通断情形，确保保存的数据不丢失；（2）采取物联网［6］卡进行GPRS无线数据传输，担保数据传输率和可靠性，所用资费比GSM短信资费要低。
2系统硬件设计
系统硬件紧张包含电源模块、微处理器模块、GPRS通讯模块、传感器等，系统硬件组成如图2所示。
2.1电源模块
电源系统输入电压为AC 220 V，输出12 V为运算放大器供电、5 V为外置传感器供电、4 V为GPRS模块供电、3.3 V为MCU模块供电，如图3所示。稳定的电源供电是系统能够安全并且高效事情的根本，考虑到打仗网所处环境恶劣，设计时电源输入端采取金升阳LD1020B12电源转换模块［7］将220 V互换电输入转换为+12 V/1 A
输出。LD1020B12是小体积开关电源模块，具有输出短路、过流、过压保护等功能。其EMC及安全规格知足国际IEC/EN610004、CISPR11/EN55011、UL60950、EN60601的标准。最主要的是该电源模块输出隔离电压可达 4 000 V AC ，适用于高隔离及严格电磁兼容的运用处所。
2.2微处理模板
无线采集节点是该系统的核心部件，考虑到系统的运用处所及功能特点，其必须知足高性能、低功耗、低本钱、小体积的哀求，同时便于安装与掩护。在硬件设计时选用C8051f 930单片机为微处理器［8］，其与8051内核兼容，扩展的中断系统为CIP-51供应多个中断源。
器数据采集、电源模块掌握、电源掉电监测等。个中MCU与GPRS通过串口通讯，与温度传感器通过IO口仿照的I2C接口通讯，通过IO口采集拉线式位移传感器输出的仿照量电压旗子暗记。
2.3GPRS通讯模块
无线通讯办法包括红外线、蓝牙、WiFi、ZigBee、GPRS等，但在超过1 km数据传输间隔中，最可靠、最便捷、最低本钱的办法是GPRS。GPRS无线网络具有覆盖范围广、接入速率快、利用本钱低和永久在线等特点［910］，因此上位机监测系统可以及时地获取打仗网补偿装置干系参数，实时剖析打仗网补偿装置是否可靠运行。GPRS模块选用希姆通的SIM900A模块，其内部集成多种网络通信协议，可以实现语音、短信、数据等信息的远程传输，能够通过AT指令来实现与GPRS网络的连接。
GPRS模块电路如图4所示，由天线、阻抗匹配电路、SIM卡电路、ESD保护电路组成。个中RF管脚与50 Ω的射频天线相连，TXD、RXD管脚分别连接MCU串口吸收端和发送端。系统所用SIM卡为13位物联网卡，用户可以获取丰富的码号资源。且物联网具有高质量的网络性能，通过培植物联网短信中央、物联网GGSN、物联网HLR等物联网专用网元，实现物联网用户与大众用户的网络分离，为行业客户供应可靠和稳定的网络。用户可以通过运用平台供应的接口，对终真个事情状态、通信状态等进行实时自主管理。
2.4防雷击接口设计
电子系统可能会受到瞬时过电压滋扰，这些滋扰源紧张包括：由于通断感性负载或启停大功率负载，线路故障等产生的过电压，由于雷电等自然征象引起的雷电浪涌［11］。为避免浪涌电压危害电子设备，设计时采取箝位保护器，即保护器件在击穿后，其两端电压坚持在击穿电压上不再上升，以箝位的办法起到保护浸染，紧张器件是氧化锌压敏电阻(MOV)、瞬态电压抑制器（TVS）。
3系统软件设计
3.1下位机程序设计
下位机软件采取C措辞编写，在Keil 4 C51编译器下编译。下位机系统软件设计紧张包括两部分：一是单片机对电源模块的掌握及数据的采集；二是GPRS模块数据传输。下位机软件功能模块组成如图5所示。
3.2单片机对电源模块的掌握及数据的采集
为降落功耗，MCU采集一组数据后休眠一段韶光再进行数据采集，MCU有两种事情状态，即数据采集状态和休眠状态。数据采集状态下通过GPIO26打开电源开关，对外设模块供电，进行GPRS通讯初始化、数据采集、数据传输。休眠状态时通过GPIO26关闭电源开关，对外设模块断电同时MCU事情在休眠模式。
3.3GPRS模块数据传输
单片机通过串口与GPRS模块交流数据, 包括串口初始化、写串口数据等函数。读串口数据是通过中断来完成的。在串口函数根本上编写GPRS模块的驱动函数，掌握方法是采取AT命令［12］。紧张涉及的命令如表1所示。
GPRS终端和数据中央根据各自的IP地址相互通讯。常用的系统组网办法有3种［1314］：（1）采取公网固定IP，通讯速率快、运行可靠、组网大略，但该办法必须拥有固定的IP地址，总体本钱较高。（2）采取公网动态IP+DNS域名解析办法，其通讯速率适中、通讯质量较为稳定、网络培植事情量小、通讯用度较低。（3）采取GPRS专线办法，其数据安全性好、通讯速率快，但是系统初期培植本钱高。考虑到系统实验的条件,本系统采取公网动态IP+DNS域名解析的组网办法。
3.4上位机程序设计
数据采集时节点每隔30 min自动进行一次采集任务，并把采集到的数据发送给做事器。做事器吸收数据并存储到数据库中。做事器设计采取Web框架：Struts2+Spring+Hibernate+JSP+JFreeChart，JDK版本为jdk 1.7。数据库做事器平台选用MySQL 5.5，其与做事端监测程序共用同一数据库，以实现数据共享［15］。上位机软件功能模块如图6所示。
4实验与运用
为验证打仗网补偿装置远程监控系统的可行性，分别将拉线式传感器1和拉线式传感器2的拉线端固定在承力索和打仗线的坠陀上，传感器的另一端固定在支架上，现场安装图如图7所示。人工丈量不同韶光点环境温度值、拉线式传感器1和拉线式传感器2的长度值，再与Web做事器监测的数据进行比拟，实验数据如表2所示。测试结果显示传感器丈量数据较准确，方案可行。
5结论
本文设计并实现了一套完全的打仗网补偿装置远程监控系统，该系统以C8051F930芯片作为系统的主掌握器，以SIM900A模块作为无线传感网络的通讯节点，个节点之间以不同的韶光间隔向做事器发送数据，结合GPRS无线通讯及Web做事器技能，将节点连接到远程做事器。通过监测环境温度及打仗网承力索、打仗线的长度变革来判断打仗网补偿装置是否有卡滞征象。该系统经试运行，能快速、及时、准确地探求到故障点。
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