1系统设计方案

设计了一个结合GPS，GPRS，UPS，CAN总线等技术，并以低功耗高性能ARM7嵌入式微处理器LPC2387为核心的数据采集系统。

1.1系统的总体结构

车载数据采集系统由ARM主控单元、电源管

1.2系统的功能

捣固车状态监测与故障诊断系统的功能总体来说就是要能够实时监测捣固车的作业状态参数，为工作人员提供实时作业情况．本系统具备功能如下。

1.2.1车载电源管理

机车作业时通过大功率整流二极管2CZ10A和大功率限流电阻对蓄电池进行浮充，当机车停止作业时，系统转由蓄电池组维持供电，系统维持最低功耗，由于机车作业时间不确定性，若遇到长时间不作业就会出现蓄电池“枯竭”现象，或长时间作业，都会对蓄电池产生不利影响．通过一迟滞比较器来有效防止蓄电池过充或过放电，提高蓄电池使用寿命，保护系统电路。

1.2.2车载数据采集

重要状态参数：CAN采集车辆制动、风压、发动机等工作状态参数及正矢、超高等作业质量数据，车载数据采集系统作初步处理。

GPS定位：车载数据采集系统采集大机车辆方位（经度、纬度）及速度。

1.2.3数据管理

机车实现对历史数据的保存，能够实现存储管理各类数据，包括位置信息、机车工作状态参数、报警信息等．机车和远程监控中心可以根据相应指令理单元、CAN采集单元、GPS采集单元、GPRS采集单元组成．它对捣固车各工作状态信息进行采集、处理、传输及消息中转，并通过GPS获取捣固车的实时地理信息；车载监控系统负责GPRS和CAN模块参数的配置，且为工作人员提供实时的工作状态信息以指导作业现场操作，方便查找故障，能有效节省线路返工、设备故障处理时间及提高天窗利用率；远程监控中心对设备的状态和工作质量进行集中监控、管理与维护，可以控制现场捣固车作业以避免重大作业失误，能产生明显时间、质量效益，保障捣固车安全快速施工，促进大型养路机械设备的科学管理．系统拓扑结构如图1所示。实现历史数据下载。

1.2.4支持远程和本地配置

为增加系统灵活性，即当外界需求变化时，系统软件能够对变化有较强的适应能力，如：可以更改数据上传频率，配置CAN模块采集通道，实现CAN模块即插即用，配置GPRS模块相关参数等。

1.2.5智能故障诊断

通过监测机车设备重要部件的工作状态来判断设备是否处于正常状态，当出现异常时，对相应故障进行实时报警，并结合文字、声音和图像告知工作人员出现异常的原因及可解决的方法．方便工作人员及时准确的处理故障。

1.3故障诊断处理与分析

捣固车的系统非常复杂，工作环境十分恶劣，故障率较高且故障原因隐蔽，难以查找．捣固车作业时，一旦出现故障，即使是专业人员也未必能在有限的施工封锁时间内查出故障的原因及部位，若不能及时排除故障，将导致作业的线路得不到有效的恢复、开通，以至严重影响列车的正常、安全运行．

本系统通过实时监测捣固车作业状态参数，当测得的工作参数与正常工况值不相符，出现异常变化时，说明捣固车的某个或某些部件有故障，例如捣固车的液压系统出现故障时，压力、流量、转速、温度等参数会出现不同程度的异常．该系统通过车载数据采集系统的CAN采集单元实时采集各设备作业状态信息，经过初步处理后打包成一定格式的数据帧并同时传送给车载电脑和远程监控中心，故障信息在车载电脑和远程监控中心中作进一步处理、分析并结合专家系统知识库，以文字、声音或图像的形式显示给工作人员，将设备作业状态、故障来源及可能的故障排除方法及时准确的告知工作人员，以便维修人员及时且有针对性地进行故障维修，从而提高设备利用率和捣固车的作业质量，状态监测与故障诊断方框图如图2所示。

捣固车本身的系统及结构非常复杂，它集机械、液压、气动、电气、计算机等技术于一体．其作业状态参数数量非常多，不可能进行全部监测，考虑到作业状态参数的实用性，本监测系统的经济性，以作业参数的重要性及是否为故障多发部位、故障造成后果的严重性、监测后对捣固车质量和节能降耗及作业质量的实际意义为标准，在综合考虑分析捣固车的复杂程度上，状态监测与故障诊断系统的监测内容如表1~表4所示（以08-32捣固车为例）。

1.4通信处理

由于系统通信中消息类型比较多，为提高通信的可靠性且方便车载数据采集系统、车载监控系统、远程监控中心三方的互相通信，需要对消息进行分类，因此制定了应用层通信协议标准，该协议由帧头、数据部分、校验码、帧尾4部分组成，其中帧尾由3个16进制数“0x530x540x41”来表示；数据部分包含两字节的数据长度、一字节的消息ID、两字节的终端ID、一字节的是否需要应答、n字节的有效数据，数据长度是从消息ID开始到校验码之前的数据总长度，消息ID即消息类型；终端ID则是标识本系统的唯-ID号；有效数据可有可无．校验码由两字节组成，一个字节采用简单的累加校验和的方式，校验数据为消息ID到校验码之前的数据求和后的低字节部分，另一个字节则取固定的0x00，帧头由三个十六进制数“454E44”来表示．协议如图3所示。

2系统测试

系统测试是开发过程中一个独立而且非常重要的阶段，是保证系统质量及可靠性的关键步骤，是分析系统设计和实施的最后核查．某一车载电脑实测数据如图4所示。

捣固车现场数据值和远程监控中心的实测值，包括检测各模拟量数据、开关量状态，其部分对比结果如表5所示。

3结语

捣固车状态监测与故障诊断系统通过对捣固车的作业状态等信息进行实时监测，记录机车作业时的多种参数，经有效的处理和分析，对捣固车的作业情况做出预判断，为捣固车的维修提供了可靠的依据，提高了作业效率和作业质量，同时本系统有极强的灵活性和扩展性，方便系统升级和降低系统维护成本及费用，具有良好的经济效益。