摘要：本文體系介紹了雜散電流的發(fā)生及迫害及嵌入式TCP/IP協(xié)定單片機(jī)體系接入Internet網(wǎng)絡(luò)的方式，并組建了基于嵌入式TCP/IP協(xié)定單片機(jī)的雜散電流監(jiān)測(cè)體系，并對(duì)全體體系進(jìn)行了通信誤碼率和測(cè)試精度的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。成果表明，該體系在雜散電流監(jiān)測(cè)體系利用成果較好，具有可靠性高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：TCP/IP協(xié)定單片機(jī)，雜散電流，監(jiān)測(cè) 1 引言 TCP/IP（傳輸掌握協(xié)定/網(wǎng)際協(xié)定）是當(dāng)今Internet/Intranet的根本通信協(xié)定的尺度。TCP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流量掌握，并保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性；IP負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從一處傳送至它地。隨著互聯(lián)網(wǎng)的日益發(fā)展，越來(lái)越多的單片機(jī)體系要求能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。但是，支撐互聯(lián)網(wǎng)得以正常運(yùn)行的TCP/IP協(xié)定是一個(gè)龐大而繁雜的協(xié)定族，受到自身資源及運(yùn)行速度的限制，在普通單片機(jī)體系中不可能也沒(méi)有必要完全實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)定所要求的全體功能?，F(xiàn)階段，在單片機(jī)通信與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合方面存在兩大趨勢(shì)。第一，依據(jù)單片機(jī)體系自身的須要有選擇的實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)定族中的某些協(xié)定；第二，在單片機(jī)通信體系中利用TCP/IP協(xié)定中的某些先進(jìn)思想和技術(shù)，進(jìn)步單片機(jī)通信效力與可靠性。 Internet現(xiàn)已成為主要的基本信息設(shè)施之一，和人們的生活緊緊地接洽在一起，是人們遠(yuǎn)距離傳遞和共享信息的主要媒體。同時(shí)，單片機(jī)或微掌握器（MCU），通稱嵌入式體系，已經(jīng)在家庭和工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了利用。 2 雜散電流的發(fā)生及迫害 地鐵迷流，又稱地鐵雜散電流（metro stray current）．主要是指由采用直流供電牽引方式的地鐵列車(chē)在地下鐵道運(yùn)行時(shí)泄漏到道床及其周?chē)寥澜橘|(zhì)中的電流。國(guó)內(nèi)北京、天津、上海、廣州和香港地鐵均采用直流電力牽引（DC—Powered transit system）的方式。在這種供電方式當(dāng)中，列車(chē)直流牽引體系采用正極接接觸網(wǎng)，走行軌兼作負(fù)極回流線。在地鐵建成并投入運(yùn)營(yíng)的初期，走行軌與道床之間的絕緣程度較高，即軌地過(guò)渡電阻阻值較大，由走行軌泄漏到土壤介質(zhì)中的迷流也較少。但是隨著地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，由于受到不可避免的污染、潮濕、滲水、漏水和高地應(yīng)力作用等因素的影響，使地鐵車(chē)站以及區(qū)間隧道中的軌地絕緣性能降低或先期防護(hù)法子失效，勢(shì)必增大了由走行軌泄漏到土壤介質(zhì)中的雜散電流。 地鐵迷流主要是對(duì)地鐵周?chē)穆竦亟饘俟艿?、通信電纜外皮以及車(chē)站和區(qū)間隧道主體結(jié)構(gòu)中的鋼筋發(fā)生電化學(xué)蛻化。它不僅能縮短金屬管、線的使用壽命，而且還會(huì)降低地鐵鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性，甚至釀成災(zāi)難性的事故。在我國(guó)，地鐵作為城市主要的交通工具正得到敏捷發(fā)展，除北京、上海、香港、天津和廣州地鐵己投入運(yùn)營(yíng)外，目前深圳、南京地鐵也正在建設(shè)之中。由于地鐵是一種繁雜的地下工程，其結(jié)構(gòu)在施工完成后已定型。經(jīng)若干年運(yùn)營(yíng)后，要對(duì)主體結(jié)構(gòu)因迷流蛻化而進(jìn)行更換或翻修則是十分困難的。因此，對(duì)地鐵迷流的監(jiān)測(cè)與防護(hù)具有主要的現(xiàn)實(shí)意義。 在本論文中，筆者依據(jù)目前地鐵局域網(wǎng)建設(shè)已根本成熟的條件下，通過(guò)對(duì)地鐵工程中雜散電流的監(jiān)控方式和技術(shù)進(jìn)行深入過(guò)細(xì)的研討，利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)，研制了一套基于嵌入式TCP/IP協(xié)定的雜散電流監(jiān)測(cè)體系，用以實(shí)現(xiàn)地鐵雜散電流的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。 3 基于嵌入式TCP/IP協(xié)定的雜散電流監(jiān)測(cè)體系的設(shè)計(jì) 3.1體系功能描寫(xiě) 《地鐵雜散電流蛻化防護(hù)技術(shù)規(guī)程》（CJJ49—92）規(guī)定：“對(duì)地鐵回流體系、隧道主體結(jié)構(gòu)等的電壓測(cè)量，應(yīng)在地鐵正常運(yùn)行條件下進(jìn)行?！奔幢匦铚y(cè)出結(jié)構(gòu)鋼筋極化電壓正向偏移值（CJJ49—92規(guī)定偏移平均值不得超過(guò)0.5V）以及走行軌與結(jié)構(gòu)鋼筋間電壓變化情況。為此，必需設(shè)計(jì)完備的雜散電流監(jiān)測(cè)體系，監(jiān)測(cè)主體結(jié)構(gòu)鋼筋是否遭遇雜散電流蛻化，以便涌現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)采用法子，確保軌道交通主體結(jié)構(gòu)及周邊設(shè)施的安全。 該監(jiān)測(cè)體系通過(guò)傳感器在城市軌道交通沿線監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近及時(shí)將所采集到的主體結(jié)構(gòu)鋼筋的極化電位（模仿量）和鋼軌（回流軌）對(duì)主體結(jié)構(gòu)鋼筋的電位經(jīng)短距離的傳輸（小于10m）及時(shí)轉(zhuǎn)化（數(shù)字量），避免了長(zhǎng)距離模仿量傳輸造成的誤差。微機(jī)體系安裝在車(chē)站的監(jiān)測(cè)室內(nèi)，微機(jī)與轉(zhuǎn)接器之間利用局域網(wǎng)基本設(shè)施進(jìn)行傳輸，依照必定的時(shí)間順序把傳感器的信號(hào)傳到微機(jī)采集體系，確保了所讀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 該監(jiān)測(cè)裝置主要監(jiān)測(cè)下面兩個(gè)參數(shù)：①極化電位——每個(gè)傳感器每隔30min存貯一個(gè)結(jié)構(gòu)鋼筋對(duì)參考電極電位的平均值；②軌道電位——傳感器每天在機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)，每隔一分鐘儲(chǔ)存一個(gè)軌道對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋的電位信號(hào)。 所有這些數(shù)據(jù)均儲(chǔ)存在監(jiān)測(cè)裝置上，可隨時(shí)顯示，并記憶下來(lái)。同時(shí)可把記憶的各個(gè)車(chē)站監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信方式傳給微機(jī)，并打印出來(lái)。 3.2 體系的構(gòu)成 體系的構(gòu)成如圖1所示，利用目前最常用的微處置器8位單片機(jī)，嵌入TCP/IP協(xié)定，并利用尺度RS485接口連接傳感器，使所有傳感器與局域網(wǎng)相連，進(jìn)一步可以連接Internet上網(wǎng)。 本體系的優(yōu)點(diǎn)是成本低，而且和其他嵌入式裝備的接口比擬簡(jiǎn)單，便于和現(xiàn)有的終端裝備進(jìn)行連接，利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)方便，傳輸速度也比擬快。 [align=center] 圖1 體系構(gòu)成框圖[/align] 3.3 嵌入式TCP/IP協(xié)定單片機(jī)體系接入Internet網(wǎng)絡(luò)的方式 [align=center] 圖2 嵌入式TCP/IP協(xié)定單片機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的方式[/align] 要將單片機(jī)體系接人Internet需做好兩方面的預(yù)備：①在硬件上，要給體系主控器——單片機(jī)加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口；②在軟件上，要供給相應(yīng)的通信協(xié)定。 當(dāng)給一個(gè)體系配上一個(gè)以太網(wǎng)卡芯片，并供給TCP/IP協(xié)定和IEEE802.3協(xié)定時(shí)，這個(gè)體系就可以通過(guò)局域網(wǎng)接入Internet。同理，如果給體系配上一個(gè)DTE/DCE接口裝備，并支撐TCP/IP協(xié)定和PPP協(xié)定，它就可通過(guò)Modem上網(wǎng)；如果一個(gè)體系配上一個(gè)具有無(wú)線收發(fā)功能的網(wǎng)絡(luò)接口（RF），并支撐TCP/IP協(xié)定和IEEE802.11系列協(xié)定，那么它也能通過(guò)無(wú)線方式上網(wǎng)。由此看來(lái)，要將單片機(jī)體系接入Internet的癥結(jié)是如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口，以及供給相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)定。 利用NIC（網(wǎng)絡(luò)掌握器／網(wǎng)卡）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口，由單片機(jī)來(lái)供給其他所需協(xié)定。在本體系中，CPU處置器選用Atmel公司的8位單片機(jī)AT89C58和RTL8019AS芯片構(gòu)成的體系。RTL8019AS是一個(gè)依據(jù)IEEE802.3的MAC層（媒體造訪掌握）協(xié)定尺度設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)NIC。它除了具有接收物理介質(zhì)上的串行數(shù)據(jù)和發(fā)送串行數(shù)據(jù)到物理介質(zhì)的功能外，還具有MAC層的掌握功能。如發(fā)生MAC幀的CRC校驗(yàn)，依據(jù)相應(yīng)的校驗(yàn)方式檢驗(yàn)輸入數(shù)據(jù)等等。其內(nèi)部的協(xié)定邏輯陣列能夠?qū)崿F(xiàn)IEEE802.3協(xié)定，包孕CSMA/CD協(xié)定（具有碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)式多址接人掌握）的沖突隨機(jī)退避，裝幀（加幀頭），拆幀（去幀頭）和實(shí)現(xiàn)接收同步。至于高層協(xié)定，如網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)定、ARP協(xié)定、ICMP協(xié)定、傳輸層的UDP協(xié)定、TCP協(xié)定、利用層的PPP協(xié)定、FTP協(xié)定等等，就由主控器運(yùn)行存儲(chǔ)在體系擴(kuò)大ROM中的協(xié)定代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。 4 監(jiān)測(cè)體系的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 4.1通信可靠性驗(yàn)證 為了驗(yàn)證此體系的通信可靠性，設(shè)計(jì)了2個(gè)通信轉(zhuǎn)接器，30個(gè)智能傳感器以及上位機(jī)的采集軟件，通信波特率設(shè)定為9600kps。上位機(jī)依次循環(huán)向每個(gè)智能傳感器要數(shù)，智能傳感器依據(jù)不同的命令，發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，通信誤碼率為0，闡明采用這種組網(wǎng)通信模式，通信可靠性高。 4.2智能傳感器測(cè)試精度的驗(yàn)證 為了測(cè)試智能傳感器的精度，通過(guò)在傳感器的輸入端加上尺度可調(diào)信號(hào)源，通過(guò)采用在傳感器輸入信號(hào)端子上用萬(wàn)用表測(cè)量（U1）和上位機(jī)采集顯示信號(hào)（U2）進(jìn)行比擬，來(lái)肯定傳感器的測(cè)量精度。測(cè)量精度計(jì)算公式為： 對(duì)設(shè)計(jì)的30個(gè)智能傳感器一一進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試成果測(cè)量精度 0.5%，能滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試能精度的要求。 5 結(jié) 語(yǔ) 本體系充足利用了地鐵的網(wǎng)絡(luò)資源，不須要在地鐵沿線鋪設(shè)通信電纜投入的情況下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雜散電流蛻化因子參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)。改變了傳統(tǒng)疏散的采集模式，采用了集中監(jiān)控方式，減少了日常測(cè)試的工作量。目前該體系已在地鐵中使用，大大進(jìn)步了維護(hù)管理的質(zhì)量和效益。 參考文獻(xiàn): [1] 汪圓圓.雜散電流“源處置”方式的研討與探討，城市軌道交通研討，2001.1:42～45 [2] 汪圓圓.雜散電流分區(qū)域防護(hù)的研討[J].鐵道尺度設(shè)計(jì),2002（6）:84～85 [3] 趙煜,李威.廣州地鐵雜散電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系設(shè)計(jì)及利用.城市軌道交通研討，2001.1:63～65 [4] 地鐵雜散電流蛻化防護(hù)技術(shù)規(guī)程（CJJ49-92）. 北京，中國(guó)籌劃出版社，1993 [5] 周曉軍，高波.地鐵迷流對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋蛻化的實(shí)驗(yàn)研討.鐵道學(xué)報(bào)，VOL.21 NO.5 1999 12～24 [6] 呂京建.嵌入式因特網(wǎng)技術(shù)的興起與前景.今日電子，2001（增刊）:4～5 [7] 吳譽(yù)，張衛(wèi)東，許曉鳴.以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的互連方式.測(cè)控技術(shù)，2000（1） [8] 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