摘要：近年来为进步列车安全运转，列车暂时限速技能被应用到铁路体系，手持巡检设备是暂时限速体系的重要组成部分。列车暂时限速是指铁道线路固定限速之外的、具有时效性的限速。本文介绍了一种依据AVR单片机ATmega1280处理器的列车暂时限速手持巡检设备的作业原理及首要功能。该设备经过ZigBee无线通讯技能，精确及时获取安置在铁路上的RFID(射频辨认)标签信息，并结合GSM网络及时将标签数据传输给后台体系，以便在呈现紧急情况时，快速反应，及时处理危机，最大极限削减丢失。
0 导言
自1994年我国铁路施行大面积提速以来，铁路列车的硬件条件和服务质量都有了极大的改善和进步，但一起也暴露出一些薄弱环节和安全危险。技能装备的落后，人为对安全问题的忽略等都不能习惯铁路体系现代化的需求，铁路行车安全正越来越遭到人们的重视。列车暂时限速手持巡检设备是列车暂时限速预警设备中重要的辅佐设备。地上限速RFID电子标签信息的提取、设定和数据传送首要依托此设备。铁路巡检对铁路运输的安全确保有很重要的效果，可是曩昔对列车如车号等信息全赖口念、笔记等人工方法进行，功率低、讹夺多、耗时吃力!而且简略留下严重安全危险。新式电子巡检体系将电脑硬件软件渠道、ZigBee网络通讯等高新技能完美地融为一体，是如今科技进步的产品，它的呈现极大地下降了办理本钱。
1 体系概述
中心操控模块、能量供应电源模块、传输通讯模块、人机交互模块构成了手持巡检设备的硬件体系。其体系框图如图1所示。中心操控模块是AVR单片机Atmega1280芯片，它协调着各模块正常作业，其存储单元贮存读取的RFID电子标签信息。能量供应可确保整个设备体系正常安稳地运作。传输通讯模块包含ZigBee无线射频、GSM单元：手持巡检设备上的无线射频与RFID电子标签无线部分构成无线数据传输通道;GSM单元则能经过我国通讯网络GSM传送巡检设备获取到和即将设定的电子标签数据给后台办理体系，该网络牢靠安全。人机交互操作简略，支撑键盘输入，256色的TFT-LCD显现屏快捷明晰地显现RFID标签信息。
2 首要硬件体系规划
2.1 主操控模块挑选
Atmega1280是一款依据AVR RSIC结构的低功耗CMOS 8位单片机。它具有128k字节在线可重复编程Flash(擦写次数为10000次)。4k字节EEPROM(擦写次数为100000次);8k字节SRAM;54个通用I/O口;32个通用寄存器;实时计数器(RTC);6个具有比较形式和PWM的定时器/计数器;4个UART接口，一个两线串行(I%&&&&&%)接口;一个16通道10位具有可选增益查分输入的A/D转化器，一个带有内部振动器的可编程看门口定时器;一个SPI口;一个契合IEEE std.1149.1规范的JTAG测验接口，也可用拜访片内Debug体系编程;6种可经过软件挑选的省电形式;带有执行时间为两个时钟周期的硬件乘法器。Atmega1280现已内置RC振动线路，考虑通讯波特率的问题，手持巡检设备运用外接晶振线路。
2.2 射频电源模块的规划
手持巡检设备用两节可充电蓄电池(8.2V)作为电源，选用芯片LM2576和LD1117—3.3作为5V和3.3V降压芯片，以满意不同芯片的不同电压需求。LM2576电压操控芯片的降压方法有固定降压和可调理降压两种，而且它的降压输出安稳、电压转化功率高、电流输出驱动才干比较强，内部有过流与过热维护规划等长处。西门子公司的TC35i模块正常作业电压有比较共同的需求：供电电压需安稳地高于3.3V，否则会自动关机;模块在发射时，其电流峰值高达2A，且在此电流峰值送入模块的电压下降值要确保不能超越0.4V。鉴于此模块较高的电源要求，手持巡检设备选用LM2576可调降压方法独立对该模块供给4.2V安稳的直流电压，电路如图2所示。
依据LM2576芯片管脚的特性，对其作业时首要外围器材的挑选：
(1)输入电容C1、C2。挑选ESR低、电容值大的铝电容C1、C2作为旁路电容能有用避免输入端呈现大瞬态电压和高输出电流。一般电容的耐压值大于输入电压的1.5倍能够确保电容在作业时不被击穿。依据常见电容值，选用100 μF/25V铝电解电容。
(2)储能电感L1。从式(1)可知LM2576芯片实践的输入电压、可调输出电压以及开关频率参数能够定性电压奇妙常数(E*T)，此常数结合LM2576的负载电流曲线能承认所需的电感值。
手持巡检设备供电VIN为两节蓄电池8.2V，可调输出Vout需4.2V，由LM2576芯片手册得到该芯片的开关频率是52kHz：电压奇妙常数E*T=40V*μs，LM2576的最大负载电流为3A;图3中，在两线的交点邻近，L1选为47μs。
(3)份额调理电阻R2、R1。由公式
总归，挑选LM2576电压芯片能在下降电压损耗的一起削减电路对芯片的热损伤，更为重要的是，LM2576降压还能够很大程度地下降外界的高频搅扰和沟通、电压等起浮搅扰，提高了负载芯片作业的牢靠性和安全性。
2.3 通讯模块规划
2.3.1 阅览器单元
手持巡检设备的阅览器单元是该设备能否对RFID电子标签数据获取、设定的最要害部分;无线数据能否牢靠安全的传输，将直接关系手持巡检设备能否正确及时获取电子标签的数据。
CC2530是德州仪器公司供给的第二代ZigBee/IEEE802.15.4片上体系(SoC)解决方案的中心芯片，它具有增强型8051单片机内核和功能优秀的RF收发器。它具有256k字节flash记忆体，支撑一般的低功率无线通讯，支撑在体系编程。CC2530供给了101dB的链路质量，具有很高的灵敏度和抗搅扰才干。四种供电形式，以及一套广泛的外设集、2个UART串口、MAC定时器(T2)、5通道DMA、32kHz休眠定时器、电源监控器、温度传感器、12位的ADC、AES安全协处理器、一个16位定时器(T1)、2个8位定时器(T3和T4)等。这些丰厚的硬件资源对巡检设备阅览单元的规划供给了坚实的物理根底。CC2530模块首要的衔接原理图见图4。
上图中C1和C2为电压引进部分的滤波%&&&&&%，D1和D2作为射频模块调试指示灯，指示芯片的作业状况。第20管脚接上拉电阻，避免芯片作业时不断地进入复位形式。第22、23脚接外部晶振32M(高频时钟)和32k(低频时钟)。射频收发的匹配电路接在第25脚和第26脚，第34脚DC(调试时钟)和第35脚DD(调试数据)接JTAG调试接口。射频电路中第16脚(TX)和第17脚(RX)是与主控Atmega1280芯片进行数据交互的传输脚，在RFID电子标签中则是一般IO管脚。
2.3.2 GSM单元
手持巡检设备中的GSM单元首要是以短信的方法实时地将标签信息发给后台体系。西门子TC35i作业在EGSM900和GSM1800双频段，该模块是一个支撑中文短信息的工业级GSM模块，4.2V直流电压能够让其正常作业。TC35i的电流耗费在不同的时间有着不同的值-休眠状况只要3.5 mA，一般闲暇状况有25mA，发射时平均能达300mA，最高时有2.5A。Atmega1280经过UART接口向TC35i模块发送AT指令来关断信号、毛病康复，以及发送数据。它支撑Text和PDU格局的SMS(短消息)。手持巡检设备中作为TC35i的中心基带处理器首要处理RFID标签数据信号。
如图5所示，TC35i的第1～5引脚接电源正极，第6～10引脚是电源地。15脚是启动脚IGT，手持巡检设备上电后有必要给IGT引脚加一个大于100ms的低脉冲，且电平下降持续时间不行超越1ms：只用这样才干使TC35i进入作业状况。18脚RxD0、19脚TxD0和Atmega1280相应管脚通讯。
24～29管脚衔接SIM卡专用读卡器。CCIN引脚能够检测SIM卡是否杰出触摸：衔接正确，CCIN引脚输出高电平;如输出低电平，需从头校对SIM卡。
TC35i的第32脚SYNC引脚指示设备该模块的作业状况：当赤色LED平息时，标明TC35i处于封闭或睡觉状况;当LED为600ms亮/600ms熄时，标明SIM卡没有刺进或TC35i正在进行网络登录，需等候SIM卡注册结束才干进行下一步操作;当LED为75ms亮/3s熄时，阐明模块处于待机状况，此刻能够发送标签数据。
3 软件规划
手持巡检设备的体系软件流程图如图6所示。
(1)阅览器单元的软件实现是在ZigBee协议的根底上，与同样是ZigBee协议为根底的电子标签进行数据的交互;
(2)每次对标签信息进行修改后都需按既定的帧格局经过TC35i模块发送信息给后台;后台服务体系以短信的方法接纳电子标签的信息，并解析;
(3)“铲除标签”在得到承认后会删去主控芯片存储单元中的一切数据。
4 总结
本文介绍的列车暂时限速手持巡检设备能完善对铁路工区巡道工的办理。它的广泛应用能够极大地进步铁路办理体体系计的实时化、自动化，下降办理本钱。手持巡检设备操作简略、携带方便、记载精确且数据能够永久保存，它为提高铁道安全巡检机制供给了又一个可行性手法。当然，本文介绍的手持巡检设备还可进一步改善优化。
