基于S3C2410 的铁路道岔融雪加热控制系统

李楠 张华卫

（1 兰州交通大学计算机与科学技术国家级实验教学示范中心，甘肃 兰州 730070；2 兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730070）

0 引言

道岔是铁路轨道连接的重要设备，它直接关系着铁路运输的效率和行车安全[1-2]。目前我国铁路道岔的日常清雪仍以人工方式为主，费时费力，尤其是在北方的冬季，道岔积雪难以及时清除，这对于高速铁路来说，是一个影响安全正点运行的弊端[3]。目前融雪方式除了人工扫雪外，还有化学融雪、高压气吹式融雪、电加热灯融雪、热水循环融雪等方法[4-5]，这些方法大多因技术不成熟、安装复杂、不可靠、能耗大等诸多原因无法进行大范围的推广应用。基于以上原因，设计一个能够有效融雪加热的智能控制系统势在必行。

本文提出的铁路道岔融雪加热系统，是通过安装在道岔上的电加热元件对道岔进行加热，以达到除雪的目的。

1 融雪加热系统总体架构及工作原理

系统由远程控制中心、本地工作站、电气控制柜、隔离变压器和电加热元件组成。其基本组成框图如图1所示。远程控制中心位于车站调度中心，主要由服务器、路由器、交换机、电源、电磁干扰防护设备组成，通过铁路专用网络与本地工作站通信，集中监控各车站道岔整体的状态；本地车站控制中心位于各个车站的调度室，由专业级的计算机、网络设备、电源、电磁干扰的防护设备等组成，可以对该站所有的电气控制柜及电加热元件进行实时控制，同时可以与远程控制中心进行通信；电气控制柜通常安装于室外，采用分散控制方式，控制现场道岔加热系统的开关、运行状态的监控、环境数据的采集和参数设置等；电加热元件安装在轨内侧或滑床板边，用于道岔电加热融雪。

图1 融雪加热系统组成框图

2 电气控制柜核心控制模块硬件构成

电气控制柜是融雪加热系统的核心构件，其内部的核心控制模块采用的是SAMAUNG 公司的S3C2410[6]，其余还包括环境数据采集模块、GSM 通信模块、报警模块等。电气控制柜系统框图如图2所示。

2.1 核心控制模块S3C2410

S3C2410 是SAMSUNG 公司推出的基于ARM920T内核和AMBA 总线的16/32 位RISC 微处理器，其内部的电源模块为整个系统提供能量，具有极其重要的地位。经过分析，在电源系统中，至少需要3.3V 和1.8V 的两种直流稳压电源。

2.2 环境数据采集模块

环境数据的采集主要指采集外界温湿度、雨雪天气信息和导轨温度。温湿度数据采集选用JCJ175A 传感器，雨雪数据通过FM-YX 雨雪传感器获取；导轨温度传感器安装在钢轨的底部，选用PT100 贴片式温度传感器。由于选用的传感器均为RS485 输出型传感器，而S3C2410具有的是RS232 串口，因此需要RS232 和RS485 的接口转换器，这里选用UT-2127 型转换器。

图2 电气控制柜系统框图

2.3 GSM 通信模块

GTM900-C 是华为公司研制的GSM/GPRS 模块，支持标准的AT 命令及增强AT 命令[7-8]，本系统利用GTM900-C 的短消息服务功能，将现场情况及时通知给系统管理人员。

3 电气控制柜核心控制模块软件设计

软件部分以linux-2.6.24.4 为系统核心，采用armlinux-gcc-3.4.6 编译器，各个模块的应用程序分别调用相应的驱动程序驱动设备，前台界面采用Qt-4.4.0 编写[9-10]。软件设计包括前端采集程序、数据处理程序、信息传输程序和QT 界面模块。这里仅列出数据处理工作流程图，如图3所示。

图3 数据处理工作流程图

4 系统性能测试

由于环境的限制，本融雪加热控制系统在现场进行初步简单试验，我们首先把温度阈值设为25°，湿度阈值设为60%，对一段钢轨进行加热，实验数据如表1所示。

表1 融雪加热系统测试数据

从实验数据来看，本系统能够完成预定的功能。

5 结语

本文提出了一种基于S3C2410 的融雪加热控制系统的设计方案，该系统能够及时、准确、自动地将铁路道岔积雪信息动态情况反映到S3C2410 核心处理器上，以便对道岔进行合理的管理，提高列车运行安全，保证铁路系统的正常运行。实验数据表明：本设计方案可以满足系统的需求，具有可靠性和实用性的特点，考虑到数据传输的效率问题，下一步可以将ZIGBEE 技术等无线新技术引入到设计方案中。