基于AVR单片机和GPRS的矿区铁路道口监测系统

1 引言

　　矿区铁路是衔接国家铁路与矿区的中间环节，是铁路运输网的重要组成部分。据有关资料统计，目前国内矿区铁路超过2万公里且其沿线附近通常分布着多个道口。由于道口大多分布在远离市区的矿山企业内部，并且其数量多、分散以及道口之间的距离长，加上矿区内各种运输工具的交叉作业及车辆、人员的不固定的流动，使矿区铁路道口的安全管理成为十分突出的问题。为使各级矿区管理部门能及时、准确掌握各个道口的的安全情况，本文以 Atmega128和MC55为核心，设计一套铁路道口监测系统，实现对铁路道口监测管理的自动化、数字化和网络化。这对保证矿区正常生产、提高矿山企业经济效益和通过道口车辆、行人安全具有重要意义。

　　2 系统组成

　　整个系统由道口监控中心组成。从功能上分，该系统可分为信号采集部分、道口部分、信号传输和发送部分以及道口监控中心５个部分。图１以其中的一个道口为例，给出简化后的系统总体框图。

　2.1 信号采集部分

　　信号采集部分主要用于采集列车接近及离去信号，为自动实现收放护栏提供决策信号。目前道口系统中有采用振动传感器、射频传感器,GPS+ ARM+GPRS、视频监控设备或踏板开关等几种方式检测来车信号，它们各有优缺点。本系统中信号采集部分由4个磁电传感器组成，分别成对的放置在道口两侧的钢轨内侧。 当有列车经过该置时，磁电传感器可检测到来车信号，经放大电路和A/D转换电路后，直接发送到单片机 Atmega128。

　　2.2 道口部分

　　道口部分设道口信号机、声光报警器和栏木装置各2套，分别用来指示火车即将到达信号、声光报警和执行放杆操作。在道口设置自动控制箱，既可由矿区道口监控室中心的PC机远程控制各装置动作，也可由操作人员在现场手动操作。报警器由音响电路板、筒式扬声器及回转警示灯组成，用来提醒来往车辆司机及过往行人注意安全不要抢道。

　　2.3 信号传输和发送部分

　　磁电传感器安装在距道口500 m左右处，当它检测到来车信号后，通过铜轴电缆将信号传送至道口自动控制箱内的单片机Atmega128。MC55是信号发送的主要设备，它将单片机采集到的数据打包后通过GＰRS网络传输到矿区道口监控中心，由道口监控中心对数据做进一步的分析处理。

　　2.４　矿区道口监控中心部分

　　矿区道口监控中心设ＰＣ机1台，主要用于接收各道口列车运行状态的数据。该监控中心采用动态IP结合DNS域名解析组网方式来实现对道口的远程监测。这种方式首先需要联系DNS服务商，为监控中心申请1个域名，把这个域名写入单片机Atmega128中。监控中心接入Internet后，与DNS服务器进行连接，将当前获得的动态IP报告给DNS服务器，再由DNS服务器找到监控中心公网动态IP，这样就可以在两者之间建立通讯连接。

　　3 系统硬件设计

　　系统硬件设计主要是指道口控制部分硬件设计，按照信号流程大体可以分为三个硬件模块，即传感器信号放大和Ａ/Ｄ转换电路设计、单片机Atmega128与MC55接口设计以及驱动现场各种设备接口电路设计，其中Atmega128与MC55接口电路是该监测系统硬件设计的重点和特色。图２给出以该接口电路为核心的监测站硬件系统电路图。ATmega128L和MC55都有标准的RS232接口，因此硬件设计相对比较简单，只需把Atmega128L的PE5与MC55的 IGT相连，用于启动MC55模块，Atmega128L的TX0/RX0与MC55的TX0/RX0相连，进行数据的输入输出；MC55的RING0接从ATmega128L的中断线，作为数据传输的中断信号。Atmega128是Atmel公司推出的８位高性能单片机，片内具有128KＢ的程序存储器, 4KB的数据存储器，4KB的EEPROM，有8个10位ADC通道、2个8位和2个16位硬件定时J计数器,8个PWM通道，具有可编程看门狗定时器和片上振荡器、片上模拟比较器、JTAG、UART、SPI,和I2C总线等接口以及六种可以通过软件选择的省电模式。本设计中，ATmega128L是整个数据采集系统核心，主要完成信号的传感器信号采集、软件滤波、数据运算及各种控制功能。M C55是西门子公司生产的GPRS二频模块，它除了具有GSM模块原有的功能外还支持分组业务功能，内嵌了TCP/IP协议；它的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合RS232接口标准，且有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位。它与 Atmega128协同工作，共同完成数据的远程传输。