基于嵌入式技术的接触网补偿装置监测系统的设计与实现

摘要

接触网是铁路牵引供电系统中的重要组成部分，它是一种向电力机车供电的特殊输电线路。接触网补偿装置是辅助接触网运行的配套设备，其主要作用是对接触网进行弹性补偿，提高接触网供电质量，确保电力机车正常运行。通过对接触网补偿装置的定点监测，可以实时了解接触网的工作状态。若监测点补偿装置发生故障，工作人员可以及时得知消息并前去维修，快速排查故障，能有效降低接触网及其补偿装置故障引发的风险，减小经济损失，一定程度保障人身和财产安全。　　论文结合传感器技术、无线通信技术和嵌入式技术，设计了一套接触网补偿装置监测系统。该系统主要通过测距传感器、温度传感器、风速传感器、拉力传感器和摄像头等设备，采集监测点补偿装置的参数(包括补偿装置的b值、接触网周围环境的温度、风速以及补偿绳的张力)和监测点图片，并采用基于ARM架构Cortex-M4内核的STM32F407作为主控芯片，对采集到的传感器数据进行预处理和分析，使其能识别接触网及其补偿装置的几种常见故障。然后通过无线通信模块，将采集到的数据和故障识别的结果发送至上位机服务器。上位机客户端可以读取服务器的数据并对这些数据进行展示，还可将这些信息存储至数据库，用户可随时查看这些信息。若补偿装置发生故障，则客户端能及时报警，同时用户可以通过摄像头上传的图片观看补偿装置的实际工作情况，实现对补偿装置的实时监测。　　论文设计的系统具有管理方便、成本低、结构简单、实时性较高等特点。工作人员无需到监测现场，也能通过该系统得知监测点补偿装置的状态，对于接触网补偿装置的在线监测具有一定的实用性与拓展性。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 论文的章节安排

第 2 章 系统设计思想

2.1.1 接触网

2.1.2 接触网补偿装置

2.2 系统设计思想

2.3 系统可行性研究

2.3.1 技术可行性

2.3.2 管理可行性

2.3.3 经济可行性

2.3.4 社会效益可行性

2.4 系统需求分析

2.4.1 功能需求分析

2.4.2 性能需求分析

2.5 本章小结

第 3 章 系统总体设计

3.1 总体方案设计

3.2 系统结构设计

3.2.1 硬件结构设计

3.2.2 软件结构设计

3.2.3 数据处理结构设计

3.3 系统技术路线

3.4 系统关键技术

3.4.1 嵌入式操作系统下的多线程技术

3.4.2 基于数字滤波器的噪声去除技术

3.4.3 基于莱因达准则的异常数据识别技术

3.4.4 基于4G和TCP/IP协议的无线通信技术

3.5 本章小结

第 4 章 系统详细设计

4.1 硬件详细设计

4.1.1 主控模块设计

4.1.2 摄像头模块设计

4.1.3 LCD显示模块设计

4.1.4 4G 无线通信模块设计

4.1.5 风速传感器模块设计

4.1.6 测距传感器模块设计

4.1.7 温度传感器模块设计

4.1.8 拉力传感器模块设计

4.1.9 电源转换电路模块设计

4.1.10电源接口电路模块设计

4.1.11存储模块设计

4.2 数据处理方法设计

4.2.1 传感器数据预处理

4.2.2 补偿装置故障识别

4.3 软件详细设计

4.3.1 操作系统移植

4.3.2 通信协议设计

4.3.3 下位机程序设计

4.4 上位机设计

4.4.1 服务器

4.4.2 管理客户端

4.4.3 数据库

4.5 本章小结

第 5 章 系统测试

5.1 模块测试

5.1.1 电源模块测试

5.1.2 最小系统模块测试

5.1.3 摄像头模块测试

5.1.4 各传感器模块测试

5.1.5 通信模块测试

5.2 系统联合测试

5.3 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果