專利名稱：一種地鐵故障檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用聲音識別定位故障、用于城市軌道交通的故障警報和故障定位的檢測裝置。
背景技術(shù)：
隨著軌道交通的高速發(fā)展，人們通常會選擇地鐵作為其出行的首選交通工具。目前地鐵故障很少發(fā)生，但在地鐵運營過程中一旦出現(xiàn)故障，容易導(dǎo)致部分路段的癱瘓，耽誤人們的出行。因此，安裝地鐵故障檢測裝置是城市軌道交通目前采取的的應(yīng)對措施。目前已知的地鐵故障檢測裝置有中國專利文件CN201590826U公開了 “一種地鐵故障數(shù)據(jù)自動采集糾錯裝置”，該裝置包括車載數(shù)據(jù)采集器、車載移動無線收發(fā)器、地面固定無線收發(fā)器、后端控制PC和終端服務(wù)器。列車中含有類似“黑匣子”裝置用于儲存故障信息。該裝置利用無線電收發(fā)器將故障信息實時傳送至后端控制PC，后端控制PC再將故障信息存儲在終端服務(wù)器中，進(jìn)而對列車進(jìn)行實時檢測。其不足之處是分析故障不全面，存在漏檢，檢測的效果達(dá)不到預(yù)期的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于解決上述問題，提供一種地鐵故障檢測裝置，該裝置通過紅外線能檢測是否有待測列車通過，并利用聲電轉(zhuǎn)換原理以頻譜分析為依據(jù)，快速檢測出待測列車的故障位置，同時還能將故障信息實時傳送至列車調(diào)度中心。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案?！N地鐵故障檢測裝置，包括頻譜檢測模塊、單片機(jī)、聲源定位模塊以及報警模塊；所述頻譜檢測模塊包括麥克風(fēng)，所述麥克風(fēng)與所述單片機(jī)電性相連，用于檢測待測列車發(fā)出的聲音信號并將所述聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送給所述單片機(jī)；所述單片機(jī)包括計時器，所述單片機(jī)分別與所述麥克風(fēng)、聲源定位模塊以及報警模塊電性相連，用于向所述頻譜檢測模塊發(fā)出控制信號，控制所述麥克風(fēng)檢測待測列車發(fā)出的聲音信號，并對所述麥克風(fēng)傳送的電信號進(jìn)行頻譜分析，在所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量相同時繼續(xù)控制所述麥克風(fēng)進(jìn)行檢測，在所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量不相同時觸發(fā)所述報警模塊，同時通過所述計時器記錄當(dāng)前時刻；所述聲源定位模塊包括紅外線裝置，所述紅外線裝置用于判斷是否有待測列車通過，進(jìn)而啟動或停止所述計時器和麥克風(fēng)；所述報警模塊在所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量不相同時發(fā)出警報信號，并顯示待測列車故障點的位置。進(jìn)一步，所述頻譜檢測模塊中的麥克風(fēng)包括駐極體話筒和NE555芯片。進(jìn)一步，所述聲源定位模塊進(jìn)一步包括鍵盤，用于輸入待測列車的長度。進(jìn)一步，所述報警模塊包括一蜂鳴器和數(shù)碼管，所述蜂鳴器用于在所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量不相同時發(fā)出警報聲；所述數(shù)碼管用于顯示待測列車故障點的位置。 進(jìn)一步，所述的蜂鳴器采用壓電式蜂鳴器。進(jìn)一步，所述一種地鐵故障檢測裝置進(jìn)一步包括通訊模塊，所述通訊模塊與單片機(jī)電性相連，用于接收單片機(jī)所發(fā)出的故障信息，并將所述故障信息發(fā)送至列車調(diào)度中心。進(jìn)一步，所述通訊模塊包括數(shù)據(jù)線或無線收發(fā)器，用于傳輸所述故障信息。本實用新型一種地鐵故障檢測裝置的積極效果是(I)檢測精度高、安裝容易；(2)操作簡單，檢測與定位都通過單片機(jī)完成，對于操作者的技術(shù)要求低；(3)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。

圖1是本實用新型一種地鐵故障檢測裝置的連接示意圖；圖2是本實用新型一種地鐵故障檢測裝置工作流程示意圖；圖3是本實用新型一種地鐵故障檢測裝置計時情況示意圖。圖中的標(biāo)號分別表示11、頻譜檢測模塊；111、麥克風(fēng)；12、單片機(jī)；13、聲源定位模塊；131、紅外線裝置； 1311、紅外線發(fā)射裝置；1312、紅外線接收裝置；132、鍵盤；14、報警模塊；141、蜂鳴器；142、數(shù)碼管；15、通訊模塊；151、數(shù)據(jù)線。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型一種地鐵故障檢測裝置的實施方式做詳細(xì)說明。參見圖1，一種地鐵故障檢測裝置，包括頻譜檢測模塊11、單片機(jī)12、聲源定位模塊13、報警模塊14以及通訊模塊15。所述頻譜檢測模塊11包括一麥克風(fēng)111，所述麥克風(fēng)111與所述單片機(jī)12電性相連，用于檢測待測列車發(fā)出的聲音信號，并將所述聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送給所述單片機(jī)12。所述麥克風(fēng)111包括駐極體話筒和NE555芯片。其中，駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點；NE555芯片可以使發(fā)送的電信號為可調(diào)節(jié)，所以用戶根據(jù)實際測量環(huán)境(例如，假設(shè)I號線是大型地鐵列車，5號線是小型地鐵列車，兩者的構(gòu)造型號完全不同，則其頻譜應(yīng)不同，而I號線的每列列車的型號相同，則其頻譜應(yīng)相同)，在設(shè)定基準(zhǔn)幅值變量時做相應(yīng)調(diào)整。所述聲源定位模塊13包括紅外線裝置131和鍵盤132。所述鍵盤132用于輸入列車的長度，比如列車的長度為a，并將該值a傳送到單片機(jī)12。然后在列車始發(fā)站處安裝聲源定位模塊13。務(wù)必保證使紅外線裝置131的紅外線接收裝置1312 (參見圖2所示)在沒有列車行駛過的情況下能夠接收到紅外線發(fā)射裝置1311 (參見圖2所示)所發(fā)射的信號。實施中需要對所述頻譜檢測模塊11的麥克風(fēng)111進(jìn)行初始化。列車正常行駛時會發(fā)出一定的聲響，麥克風(fēng)111檢測到正常狀態(tài)下的聲音信號后，將所述正常聲音信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號并傳遞到單片機(jī)12，由單片機(jī)12進(jìn)行頻譜分析，以得到基準(zhǔn)幅值變量。當(dāng)待測列車車頭駛過紅外線裝置131時，紅外線裝置131觸發(fā)單片機(jī)12中的計時器清零并開始計時，同時觸發(fā)麥克風(fēng)111接收聲音信號將其轉(zhuǎn)化為電信號傳送至單片機(jī)12。待測列車車尾離開紅外線裝置131時，紅外線裝置131再次觸發(fā)單片機(jī)12中的計時器停止計時，并且使麥克風(fēng)111停止工作。在待測列車行駛過紅外線裝置131的這一段時間內(nèi)，單片機(jī)12—直將所獲得的電信號與原先的基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，若測得的電信號與原先的基準(zhǔn)信號不同，則單片機(jī)12記錄當(dāng)前時刻(或稱故障時刻)并傳給單片機(jī)12 ;若測得的電信號與原先的基準(zhǔn)信號相同，則對單片機(jī)12中的計時器進(jìn)行清零，并等待檢測下一列列車。由于任何一個電信號都可以利用快速傅里葉變換(FFT)轉(zhuǎn)換成N次諧波，取前三個諧波并將其轉(zhuǎn)換合成為頻域信號，得到所檢測到電信號的幅值變量，所以記錄這三個諧波的幅值變量就是記錄了這個電信號；如果要提高精度可以增加為取前四個諧波，只需相應(yīng)地改變單片機(jī)的型號，以提高單片機(jī)的性能。所述單片機(jī)12分別與所述麥克風(fēng)111、聲源定位模塊13、報警模塊14以及通訊模塊15電性相連。所述單片機(jī)12采用凌陽61型單片機(jī)，該單片機(jī)12具有低功耗、低電壓以及指令系統(tǒng)功能強(qiáng)、效率高的優(yōu)點。所述單片機(jī)12向所述頻譜檢測模塊11發(fā)出控制信號，控制所述麥克風(fēng)111檢測待測列車發(fā)出的聲音信號。所述單片機(jī)12包括一計時器，用于記錄待測列車的通過時間以及故障時刻。通過記錄待測列車的通過時間、故障時刻以及待測列車長度，可以計算出故障點離列車車頭的水平距離。所述單片機(jī)12將接收到的電信號進(jìn)行傅里葉變換轉(zhuǎn)換成三次諧波，并將其轉(zhuǎn)換合成為頻域信號。所述單片機(jī)12對所述頻域信號的幅值變量，與原先測得列車正常運行行駛情況下的對應(yīng)頻譜信號(基準(zhǔn)幅值變量)作對比，若相同，則對單片機(jī)12中的計時器進(jìn)行清零；若不相同，則單片機(jī)12發(fā)出觸發(fā)信號，觸發(fā)所述報警模塊14，并且將故障時刻傳送至單片機(jī)12，進(jìn)而單片機(jī)12通過計算獲得故障點離列車車頭的水平距離，并將該距離顯示在數(shù)碼管142上。所述聲源定位模塊13包括紅外線裝置131和鍵盤132。所述紅外線裝置131包括紅外線發(fā)射裝置1311和紅外線接收裝置1312，用于檢測是否有待測列車通過，進(jìn)而啟動或停止計時器和麥克風(fēng)111。所述鍵盤132用于輸入待測列車長度。所述報警模塊14與單片機(jī)12電性相連，用于當(dāng)所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量不相同時發(fā)出警報信號，并顯示出現(xiàn)故障點的位置。所述報警模塊14可以包括蜂鳴器141和數(shù)碼管142，所述蜂鳴器141用于在所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量不相同時發(fā)出警報信號。所述蜂鳴器141可以采用壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器是一種電聲轉(zhuǎn)換器件，壓電式蜂鳴器因受機(jī)械變形而發(fā)出聲響(壓電效應(yīng))。所述數(shù)碼管142用于顯示故障點離列車車頭的水平距離。由此，可以實現(xiàn)列車的故障定位，為技術(shù)人員對故障的排除提供依據(jù)。所述通訊模塊15與單片機(jī)12電性相連。在本實施例中，通過數(shù)據(jù)線151與列車調(diào)度中心相連。在其他實施例中，可根據(jù)實際情況采用無線收發(fā)器(圖中未示)替代數(shù)據(jù)線151用于傳輸故障信息。在檢測到故障點后，單片機(jī)12通過數(shù)據(jù)線151將故障信息傳送至列車調(diào)度中心。通過列車調(diào)度中心的調(diào)度使列車不載客，并直接駛向維修列車的停車場，以
做進(jìn)一步檢查。[0037]參見圖2，本實用新型一種地鐵故障檢測裝置工作流程示意圖。初始化狀態(tài)鍵盤輸入列車長度，記為變量a，正常工作狀態(tài)的列車車頭駛過紅外線裝置131時，紅外線接收裝置1312未接收到紅外線發(fā)射裝置1311所發(fā)射的紅外線信號，觸發(fā)單片機(jī)12中的計時器開始計時，同時觸發(fā)頻譜檢測模塊11中的麥克風(fēng)111將聲音信號實時轉(zhuǎn)換成電信號，并傳輸至單片機(jī)12。單片機(jī)12分析并記錄所檢測到電信號的幅值變量，以此作為聲音信號的初始值(或稱基準(zhǔn)值)。當(dāng)列車車尾離開紅外線裝置131時，紅外線接收裝置1312接收到紅外線信號，并向單片機(jī)12發(fā)送信號，以使單片機(jī)12中的計時器停止計時，同時停止頻譜分析(參見圖3所示)。繼續(xù)參見圖2所示，裝置安裝完畢并初始化后進(jìn)入工作狀態(tài)當(dāng)待測列車車頭駛過紅外線裝置131時，紅外線接收裝置1312未接收到紅外線發(fā)射裝置1311所發(fā)射的紅外線信號，觸發(fā)單片機(jī)12中的計時器開始計時，同時觸發(fā)頻譜檢測模塊11中的麥克風(fēng)111將聲音信號實時轉(zhuǎn)換成電信號，并傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)12。單片機(jī)12分析并記錄所檢測到電信號的幅值變量，以此作為聲音信號的實時值。單片機(jī)12將得到的實時值與單片機(jī)12存儲器中存儲的初始值進(jìn)行比較。若實時值與初始值不同，則觸發(fā)單片機(jī)12的計時器記錄當(dāng)時時亥IJ，并觸發(fā)報警模塊14中的蜂鳴器141發(fā)出警報聲。當(dāng)待測列車車尾離開紅外線裝置131時，紅外線接收裝置1312接收到紅外線信號，并向單片機(jī)12發(fā)送信號，以使單片機(jī)12中的計時器停止計時，同時停止頻譜分析。故障檢測狀態(tài)單片機(jī)12可以利用故障時刻、整個列車的通過時間和列車的車長計算出故障點離列車車頭的水平距離，并將該距離顯示在報警模塊14中的數(shù)碼管142上。同時觸發(fā)通訊模塊15開始工作，將故障信息通過數(shù)據(jù)線151傳輸至列車調(diào)度中心，使該列地鐵不載客直接駛向維修地鐵的停車場，以進(jìn)一步故障檢測。通過單片機(jī)12計算故障點離列車車頭的水平距離的算法，具體如下鍵盤輸入得到車長為a ;通過單片機(jī)12中的計時器得到列車通過時間t ;以及故障點出現(xiàn)的時刻b，則認(rèn)為列車車速V=a\t ,因此，測得故障點離列車車頭的水平距離為S = Fi。通過上述算法，可以既精確，又快速地測得列車的故障點，檢測精度高。而且操作簡單，整個檢測與定位都通過單片機(jī)完成。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施例，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型結(jié)構(gòu)的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種地鐵故障檢測裝置，其特征在于，包括頻譜檢測模塊、單片機(jī)、聲源定位模塊以及報警模塊；所述頻譜檢測模塊包括麥克風(fēng)，所述麥克風(fēng)與所述單片機(jī)電性相連，用于檢測待測列車發(fā)出的聲音信號，并將所述聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送給所述單片機(jī)；所述單片機(jī)包括計時器，所述單片機(jī)分別與所述麥克風(fēng)、聲源定位模塊以及報警模塊電性相連，用于向所述頻譜檢測模塊發(fā)出控制信號，控制所述麥克風(fēng)檢測待測列車發(fā)出的聲音信號，并對所述麥克風(fēng)傳送的電信號進(jìn)行頻譜分析，在所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量相同時繼續(xù)控制所述麥克風(fēng)進(jìn)行檢測，在所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量不相同時觸發(fā)所述報警模塊，同時通過所述計時器記錄當(dāng)前時刻；所述聲源定位模塊包括紅外線裝置，所述紅外線裝置用于判斷是否有待測列車通過，進(jìn)而啟動或停止所述計時器和麥克風(fēng)；所述報警模塊在所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量不相同時發(fā)出警報信號，并顯示待測列車故障點的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種地鐵故障檢測裝置，其特征在于，所述頻譜檢測模塊中的麥克風(fēng)包括駐極體話筒和NE555芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的一種地鐵故障檢測裝置，其特征在于，所述聲源定位模塊進(jìn)一步包括鍵盤，用于輸入待測列車的長度。
4.如權(quán)利要求1所述的一種地鐵故障檢測裝置，其特征在于，所述報警模塊包括蜂鳴器和數(shù)碼管，所述蜂鳴器用于在所檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量不相同時發(fā)出警報聲；所述數(shù)碼管用于顯示待測列車故障點的位置。
5.如權(quán)利要求4所述的一種地鐵故障檢測裝置，其特征在于，所述的蜂鳴器采用壓電式蜂鳴器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種地鐵故障檢測裝置，其特征在于，所述一種地鐵故障檢測裝置進(jìn)一步包括通訊模塊，所述通訊模塊與單片機(jī)電性相連，用于接收單片機(jī)所發(fā)出的故障信息，并將所述故障信息發(fā)送至列車調(diào)度中心。
7.如權(quán)利要求6所述的一種地鐵故障檢測裝置，其特征在于，所述通訊模塊包括數(shù)據(jù)線或無線收發(fā)器，用于傳輸所述故障信息。
專利摘要一種地鐵故障檢測裝置，包括頻譜檢測模塊、單片機(jī)、聲源定位模塊及報警模塊；頻譜檢測模塊包括麥克風(fēng)，與單片機(jī)電性相連，用于檢測列車發(fā)出的聲音信號并將聲音信號轉(zhuǎn)為電信號；單片機(jī)分別與麥克風(fēng)、聲源定位模塊及報警模塊電性相連，用于控制麥克風(fēng)檢測列車發(fā)出的聲音信號，并對麥克風(fēng)傳送的電信號進(jìn)行頻譜分析，若測得的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量相同，則繼續(xù)控制麥克風(fēng)檢測，若不相同，則觸發(fā)報警模塊，同時通過單片機(jī)的計時器記錄當(dāng)前時刻；聲源定位模塊包括紅外線裝置，用于判斷是否有待測列車通過，進(jìn)而啟動或停止計時器和麥克風(fēng)；報警模塊在檢測到的電信號的幅值變量與基準(zhǔn)幅值變量不相同時發(fā)出警報信號，并顯示列車故障點的位置。
文檔編號G01M17/08GK202853911SQ201220560520
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者陳倩倩, 周海平, 陸永耕, 李龍, 白穎, 陳曦, 何振 申請人:上海電機(jī)學(xué)院