铁路营业线防侵限系统研究
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【摘 要】近年来，铁路营业线防侵限越来越受到重视，本文研究的防侵限系统就是为了解决营业线区域的安全问题。该系统主要由现场检测装置和信号楼终端装置两部分组成，这两部分由无线模块通过无线通信进行数据传输。该系统包括红外检测模块、GPS定位模块、声光报警模块、GPRS无线模块以及数据显示模块等构成，具备稳定、可靠、便携、智能等特点。
【关键词】防侵限系统;红外检测;GPS;GPRS
中图分类号： U216.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）02-0160-002
【Abstract】In recent years， more and more attention has been paid to the anti-intrusion limit of railway line.The anti-intrusion limit system studied in this paper is to solve the safety problem of the business line area. The system is mainly composed of two parts： the field detection device and the signal tower terminal device. The two parts are transmitted by wireless module through wireless communication. The system includes infrared detection module， GPS positioning module， acoustic and optical alarm module， GPRS wireless module and data display module， etc.. It has the characteristics of stability， reliability， portability， and intelligence.
【Key words】Anti-invasion limit system; Infrared detection; GPS; GPRS
随着铁路里程的剧增，外来人员随意踏入营业线区域等问题愈演愈烈，但是我国大部分营业线安防措施仍主要是使用“彩带绳”、防护栅栏进行隔离[1]，由于措施较为简易，因此也伴随着巨大的安全隐患。针对上述情况，本文研究的系统不仅可以辨别有效的侵限行为，也能够在确认其行为后讓工作人员及时获取到信息，减少甚至避免不必要的人身财产损失。
1 设计思路
根据需求分析，系统分成两部分：现场检测装置和信号楼终端装置。现场检测装置中红外检测模块能够检测侵限行为，为降低误碰率可以采用两次检测，一经确认立刻进行声光报警。定位模块将位置信息传输给单片机，单片机把数据稍加处理后通过GPRS无线通信模块传输至信号楼[2]。信号楼终端装置中无线模块接收到信息传给单片机，单片机处理后通过声光报警提示工作人员发生侵限行为，并显示现场数据。系统总体设计框图如图1所示。
2 主控电路设计
系统采用STC12C5A60S2单片机[3]用作主控处理器，在现场检测装置中，定位模块与无线通信模块的数据传输均利用串口实现，此单片机内有两个串口可以满足此需求。该处理器主要资源如表1所示。STC12系列单片机含有内部时钟，处理器为保证系统每个部分时钟状态同步同样需要外部时钟，外部时钟电路由晶振和电容构成，在具体的选择和使用时，可根据实际情况自主选择。该系列单片机也需要外围复位电路，该部分电路由电解电容、下拉电阻和按键构成，有两种工作方式：上电复位和按键复位。单片机外围复位电路是在其复位引脚上连接一个下拉电阻接至地，同时连接一个电容和按键的并联电路接至5V电源。手动复位则是在按下按键后，由于电阻对电容有一放电过程，在这个过程中在复位引脚上产生一个复位信号。
3 软件设计
（1）现场检测装置整体由现场红外检测与报警、GPS定位和GPRS无线通信这三部分组成。红外检测与报警的用途为检测侵限行为并防止是误碰行为以及确认发生侵限行为后，现场进行声光报警。GPS定位的作用是接收、解析装置所在地理位置的数据，包括经度、纬度、时间等相关信息。GPRS无线通信主要用于将现场数据进行一定处理后，发送给信号楼终端的无线模块[4]。现场检测装置主程序软件流程图如图2所示。现场检测装置在初始化后，利用红外检测确认是否有侵限行为，为防止误碰可两次检测确认，当侵限行为确定后则进行声光报警。GPS模块获取装置当前的定位信息，单片机将定位信息进行解析，然后获取到信息数据利用GPRS无线模块把现场数据发送到信号楼终端。
（2）信号楼终端软件首先进行初始化，GPRS无线模块用来接收现场检测装置传输过来的数据，当GPRS模块接收到信息数据后通过串口传递给单片机，然后单片机将数据内容进行处理，提取有效的现场数据后进行存储并在液晶屏上展现，此时信号楼终端进行声光报警。
4 测试与分析
（1）红外检测测试：将模块供电，正常供电时，绿灯亮且蜂鸣器不响，报警时红灯亮且蜂鸣器叫响。用手触碰金属网，在进行防误碰测试时，迅速触碰然后收回，此时声光报警模块应该不工作。在侵限测试时，触碰维持时间相对较长，观测声光报警模块是否正常工作，通过触碰时间长短来进行误碰或侵限行为的检测。
（2）GPS定位测试：通过移动GPS模块的位置改变其地理位置，当红外检测模块检测到发生侵限行为时，单片机接收并解析GPS模块所传数据，将解析后的有用数据即模块所在地理位置在液晶显示屏上进行显示，并和实际模块所在的位置进行对比，比较模块获取经纬度数据的精确度[5]。
（3）GPRS无线通信测试：当红外检测到发生侵限行为时，单片机接收并解析GPS模块传输数据，将处理后的现场数据通过液晶显示屏进行显示，然后将处理后的数据通过GPRS模块中短信服务将数据发送到信号楼终端，并检测是否数据发送成功，信号楼终端将短信内容进行提取，并显示在接收端显示屏上，比较发送端和接收端数据。
通过本系统测试结果可见，红外检测可以区分误碰行为与侵限行为，减少系统误碰率和漏报率;GPS定位模块能够获取到模块所在经纬度，数据精确度较高;GPRS无线通信模块现场检测装置所得到的时间信息和位置信息与信号楼终端所获取数据相一致，能够将数据准确无误的进行传输;当现场有侵限行为时，现场进行声光报警，信号楼终端在数据接收后同样进行报警，系统能够完成设计任务。
【参考文献】
[1]陈昉.高铁线路防入侵预警系统的研究[J].铁道通信信号，2015，51（12）：65-68.
[2]杨一帆，李斌，姚骏，王高扬.基于GPRS的远程监控系统设计[J].工业控制计算机，2016，29（12）：98-99.
[3]路孟，马尚昌，张广超，张素娟.基于GPRS无线传输的日照采集系统设计[J].成都信息工程大学学报，2016，31（05）：458-462.
[4]周鹏.基于STC12C5A60S2单片机的测障系统设计[J].微型机与应用，2013，32（12）：17-19，23.
[5]王增彩.机场围界防入侵激光报警系统的研究[D].大连：大连交通大学，2012.
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