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本文作者：閆宏凱1李敏2作者單位：1.烏魯木齊鐵路局科學技術研究所2.中國聯通新疆分公司運行維護部

通過對大風監測系統風力監測信息信號流圖的分析，對風力監測點至就近車站的信號傳輸進行監測，或者對主機房大風監測主服務器進行監測，就能夠在第一時間發現數據是否正常傳輸。為了實現對設備運行狀態的自動監測，提出基于GSM無線通訊模塊的故障自動診斷遠程報警系統來保證第一時間發現故障，從而快捷高效地完成設備維護任務。

系統的設計思路

鐵路大風監測設備故障自動診斷遠程報警系統實時接收大風監測主服務器（或測風點）發送的有效數據，對接收到的數據進行分析，發現有報警信息時提取合并，由GSM無線通訊模塊進行撥打電話，電話接通后交由語音合成芯片進行語音合成，語音播放報警信息內容，短信發送報警信息內容，系統生成報警日志并存儲系統設計原理如圖4所示。

系統的技術實現

1系統構成

鐵路大風監測設備故障自動診斷遠程報警系統從功能上可以劃分為系統主控部分、語音合成部分、GSM通訊部分3大部分，如圖5所示。系統主控部分通過Com1接受外部有效數據，進行分析判斷，確認報文含有報警內容時通過Com2向語音合成部分發送需要合成的內容及命令，通過Com3向GSM通訊部分發送命令撥打電話。系統主控部分判斷電話接通狀態，控制語音合成部分向GSM通訊部分播放語音內容，系統主控部分生成報警日志并存儲。

（1）系統主控部分硬件構成

系統主控部分核心部件選取SOM-2387模塊。SOM-2387模塊是一款性價比極高、尺寸極為緊湊的嵌入式控制模塊，具有體積小、功能多等優點。SOM-2387采用嵌入式高性能16位處理器，該處理器內部為32位RISC架構且與80C186處理器兼容，具有極高的性能，主頻為100M。可以通過16C550擴展2路串口，另外還有2路CPU串口可以使用。

（2）語音合成部分硬件構成

XF-S4240中文語音合成模塊，是安徽某信息科技公司基于其在嵌入式中文語音合成領域的最新成果而設計的一款中文語音合成模塊。該模塊可以通過異步串口（UART）、SPI接口及I2C總線3種方式接收待合成的文本，直接合成為語音輸出。XF-S4240中文語音合成模塊是一款針對嵌入式應用領域而設計，具有合成任意中文文本的能力及英文字母合成的語音合成模塊。該模塊的主要特點是合成語音自然度高，控制接口簡單方便，功能強大。

（3）GSM通訊模塊硬件構成

GSM通訊模塊選取TC35i。TC35i是Siemens公司推出的無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實現系統方案中的數據、語音傳輸、短消息服務（ShortMessageService）和傳真。模塊的工作電壓為3.3～5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz2個頻段，所在頻段功耗分別為2W（900M）和1W（1800M）。通過獨特的40引腳的ZIF連接器，實現電源連接、指令、數據、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。在電路設計中，預留了JLINE和JEARPHONE2個音頻調試插孔與GSM通訊模塊相連，具有通話語音監聽的功能，在系統調試中使用。

（4）供電部分硬件構成

SOM-2387模塊工作電壓為DC5V，工作電流330mA@+5V；XF-S4240中文語音合成模塊工作電壓為DC3.3V；GSM模塊的工作電壓為DC3.3～5.5V，模塊的供電電壓如果低于DC3.3V會自動關機。同時模塊在在發射時，電流峰值可高達2A。同時在此電流峰值時，電源電壓（送入模塊的電壓）下降值不能超過DC0.4V。因該模塊對電源的要求較高，電源的內阻+FFC聯接線的電阻必須小于200mΩ；考慮到上述因素，選取12V30W的AC/DC電源變換器作為系統總供電電源。選取LM317K、LM317T加以外圍電路分別作為系統總控部分、語音合成部分、GSM通訊部分的供電電路。在設計時采用的AC/DC變換器是通過國際電工委員會（IECEE）CB認證和歐盟CE認證的電源模塊，具有完善的過壓過流自動保護、故障解除自動恢復功能。AC/DC變換器輸入范圍為85～264VAC，溫度適應范圍均為－40～85℃，濕度適應范圍均為10％～95％RH，過載能力可達150％。LM317K、LM317T是高性能電壓調節器，其電壓輸入可達DC40V，電壓輸出在DC1.2～37V內可調，具有大電流輸出的能力，內部提供DC1.25V的基準電壓VREF。

2系統軟件流程

（1）系統主程序流程系統主程序流程如圖6所示。

（2）數據接收超時處理流程

數據接收超時處理流程如圖7所示。

（3）報警處理流程

報警處理流程如圖8所示。

3系統接口協議

（1）SOM2387電子盤預存配置文件

鐵路大風監測設備故障自動診斷遠程報警系統電子盤中預存station.txt、dhhm.txt、dxhm.txt和yy－bj.ini4個文件，程序運行時從文件中獲取相關配置信息才能正常工作。station.txt文件是大風監測設備區站碼及對應中文名稱，其中標點符號均為西文半角字符，如圖9所示。dhhm.txt文件是鐵路大風監測設備故障自動診斷遠程報警系統需要撥打的電話號碼表，最大預存10組電話號碼，其中標點符號均為西文半角字符。dxhm.txt文件是鐵路大風監測設備故障自動診斷遠程報警系統需要發送短信的電話號碼表，最大預存10組電話號碼，其中標點符號均為西文半角字符。yybj.ini文件是系統配置文件，由11位編碼組成。前5位代表報警系統監測的設備區站碼，后6位是Com1端口通訊速率。

（2）接收報文格式

上位機與遠程報警系統通訊報文采用內容便于擴充，帶有CRC-16校驗的協議。該通訊協議有很高的可靠性，良好的擴充性，即隨著要素的變化，報文的既有結構可以保持穩定。接收上位機有報警信息報文格式見表1。目前，采用服務器端每5min發送心跳包、每15min1次報警信息的運行方式，時間間隔可由服務器端自行設置。接收上位機（計算機、服務器）有報警信息報文示例：AEO，BJT，201201281830，YHC，大風監測遠程報警系統通話測試，紅山渠車站與18：15信號中斷，請檢查原因，43517。

（3）心跳包格式

心跳包格式見表2。接收上位機（計算機、服務器）無報警信息報文示例：AEO，BJT，201201281830，HBT，63435。

4日志文件格式

鐵路大風監測設備故障自動診斷遠程報警系統在每次報警時都會形成日志文件，內容包括報警內容、撥打的電話號碼、成功接聽及接聽時間（系統接收到報文后會自動更新時間）。日志文件格式見表3。

系統的應用與推廣價值

鐵路大風監測設備故障自動診斷遠程報警系統在鐵路大風監測中的應用可以在第一時間將設備故障信息發送到設備維護人員手中，壓縮設備維護時間，提高大風監測設備正常使用時間，對鐵路大風監測設備產生的社會和經濟效益有進一步的提升。鐵路大風監測設備故障自動診斷遠程報警系統涵蓋的技術性能也可滿足無人值守設備的狀態監測。通過對不同狀態監測量的分析和程序修改，遠程報警系統可以適用于野外無人值守且無遠程監控手段的各種自動設備。