城市轨道交通系统无线设备监测系统的实现

厉高 张其虎

摘要：针对现今机械设备状态监测系统的不足，以无线网络技术为基础，利用传感器作为系统硬件核心，开发一种无线设备状态监测系统，其硬件组成包括传感器和无线微处理器；软件设计包括WinCE6.0平台、传感器节点应用程序、监控软件开发环境。根据实验结果可知，文章设计的基于网络技术的无线设备状态监测系统与传统系统相比，在等量数据点条件下，其监测效率占有一定优势。

关键词：城市轨道；交通系统；无线设备；监测系统；实现

引言

现代技术的不断发展,使设备故障的预测在生产过程中己显现得尤为重要.检修计划的合理制订、生产成本的有效控制、安全事故的预防与避免、费用重复投入等无不与设备在线运行工况息息相关。随着无线通信网络的不断发展,其传输速率不断提高,数据传输业务的不断增加使得无线通信技术正在进入自动控制领域川。本文介绍一种基于无线数字网络通信技术的设备状态监测系统,可以完全替代传统的数据采集与数据传输模式。

1无线设备运营情况现状分析

针对区间无线通信系统的性能特点，并分析城市轨道交通实际线路的环境情况，区间无线设备主要存在如下几方面问题。数据信息通过无线电波传输，无线通信系统性能受到设备自身功能和外界自然环境的双重影响，一旦发生故障，不仅定位复杂，而且排查耗费人力，因此设备维护多采用故障修方式。随着系统老化等外界不可控因素的影响，无线通信的发射、接收系统不可避免地会发生信号衰减、天线增益衰减等渐变问题。区间无线通信系统使用多种公用无线频段不仅外界无线设备的低频高能量信号可能产生干扰，地铁内部无线通信系统间也会发生谐波干扰。信号专业的无线设备要求相邻无线ＡＰ（基站天线）之间彼此要存在交叠的区域，以保证车载无线设备在ＡＰ之间漫游切换，因此有效可靠的信号交叠区域又是确保无线通信质量的重要因素之一。

2硬件设计和软件构架

2.1数据采集及无线传输设计

硬件电路的设计主要考虑集成化,模块化的方式,便于修改和维护。其中包括传感器与信号转换单元,数据收集单元、数据分析单元、数据传输单元和电源管理单元等,可根据现场实际情况增减传感器模块以满足实际需要,如无线流量传感器就需要以上所有单元;而无线信号转发器只需要数据分析单元、数据传输单元和电源管理单元就能满足需要。现场采集到的信息例如流量、压力、温度等通过数据采集单元负责采集信息并完成数据转换;数据分析单元则负责一个站点的数据操作、控制传输、休眠管理等等功能;数据传输单元负责单一站点和其他站点的通信;电源管理单元为系统提供稳定的电源供应,并提供备用电源以便特殊情况发生时保持电源供应的稳定。现场的仪表采集现场数据,经信号转换处理并按照定义的通信协议经CYRF6936无线芯片传送给该站点的无线转发器。无线转发器将该数据通过其它无线转发器传输到接收中心中。接收中心通过数据转换后把程序能识别的标准数据发给计算机数据库。

点检设备人员在点检过程中,通过手持式点检仪将该设备的编号读出,并且将测量点所需要的测量数据读出,提供给设备人员参考。每个设备配备一个ID,每个ID能配备128个测量数据号。CYRF6936的工作电流仅为21mA,传输数据速率高达1Mbit/s,延迟时间小于2ms,效率高而能耗小,并且其采用了直接序列扩频技术(directse-quencespreadspectrum),抗干扰能力强,能很好的屏蔽来自WLAN、Bluetooth、手机和Microwave等其他无线信号的干扰。具有在线和离线无线点检模式。在线模式时,传感器模块通过无线方式向外发送测量数据,最终所有的数据都收集到计算机数据库中。离线模式时,设备ID牌平时处于休眠状态,仅在检测到离线点检时信号时会发送设备ID号和设备测量数据号。

2.2数据处理和计算机系统

该管理系统的主要包括以下功能:数据采集功能:程序自动接收无线网络发送回来的数据,并且根据设备ID存入相应的数据库以供日后分析性能,处理问题。管理数据库功能:包括创建数据库、维护数据库、查询数据库。历史曲线功能:根据数据库数据系统能够绘制基于日期的历史曲线,便于设备维护人员查询和掌握一定时间段内该设备的运行状况。该管理系统采用VisualBasic语言编程,数据库采用Ac-cess语言编程,程序可读性强,也便于维护。可以实时显示和处理了来自现场传感器的数据,出现数据异常后还可以实时报警,便于维护人员及时处理现场问题。

3主要功能及实施效果

3.1实现方式

无线设备监测系统主要由车载监测装置、实时监控应用系统和数据分析系统组成。其中列车上的车载监测装置，包括信号接收机、无线信号处理板卡、全频段接受天线等，用于监测区间无线设备的频谱以及数据的集合存储。通过定期监测通信及信号专业的全线区间无线信源设备，对交互设备的场强、无线信号的中心频率、带宽、频偏、占用带宽、调制度、信号占用度、场强、信噪比等进行连续测试，可有效判断无线网络的覆盖情况；在网络设备故障未完全显现时，可根据场强、信噪比等参数的变化趋势，提前定位和预警，使得系统故障点位提前得以发现。

3.2传感器节点应用程序设计

传感器节点主要是利用CC1081芯片的四条SPI总线对芯片的工作模式进行合理配置，实现读写数据的缓存功能。借助CAA引脚状态对清除空闲信道进行预估设置，利用SDF引脚状态对时钟信息的输入进行控制。当节点输电时，就会自动侦查无线通信网络传输的入网信息，获得入网络许可以后，每一个传感器的数据采集节点就会直接被划分到唯一的网络IP地址内。同时数据采集节点也开始进入工作状态，传感器将采集到的关键数据上传至微处理器内，再经由微处理器进行一系列的简单操作，传感器节点每隔一个固定时间就会对传感器发送一次目前数据所处特征值，传感器将次特征值和标准值进行对比，一旦发现异常，就会请求中断，将出现问题的振动数据波形利用传感器节点上传至监控中心，继续处理。发送结束后就将等待下次请求中断后继续发送数据。

3.3监控软件开发环境

监测软件的界面主要式在C++Builders.1环境下完成开发的。C++Builder作为Boreland公司继Delphi后推出的又一款可视性集成工具，C++Builder具备在短时间内优化可视化开发环境，虽编译程序较为简单，但实际功能发挥却很强大，只需简单地将控件拖拽至窗体，设置好基本属性，再修改一下外观，应用程序界面立即就能够建设好了，C++Builder内设了超过200个完全具备WINDOWS公用特征并且还拥有可扩展性(包括全面支持ActiveX控件)的可重复性处理组件；凡是C++开发环境具备高效、机动的功能，且其CPU能够实现完全透视，完成监测任务。

3.4数据处理和计算机系统

该管理系统的主要包括以下功能:数据采集功能:程序自动接收无线网络发送回来的数据,并且根据设备ID存入相应的数据库以供日后分析性能,处理问题。管理数据库功能:包括创建数据库、维护数据库、查询数据库。历史曲线功能:根据数据库数据系统能够绘制基于日期的历史曲线,便于设备维护人员查询和掌握一定时间段内该设备的运行状况。该管理系统采用VisualBasic语言编程,数据库采用Ac-cess语言编程,程序可读性强,也便于维护。可以实时显示和处理了来自现场传感器的数据,出现数据异常后还可以实时报警,便于维护人员及时处理现场问题。

结语

城市轨道交通无线设备监测系统能有效监测通信、信号专业无线设备的系统参数变化，通过定位干扰源来排除干扰造成的故障隐患，以此大大提高故障定位的效率及精确度，减少故障排查时所需要的大量人力、物力，并为城市轨道交通运营维护工作中无线通信设备，提供精准的修程和维护依据。

参考文献

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