一种基于火车声音的火车测速与测向装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于火车声音的火车测速与测向装置，包括第一声音传感模块、第二声音传感模块、第一信号调节模块、第二信号调节模块、第一AD采样模块、第二AD采样模块、DSP模块、以及接口模块，第一声音传感模块、第一信号调节模块、第一AD采样模块、DSP模块、以及接口模块顺次串联连接；第二声音传感模块、第二信号调节模块、第二AD采样模块、DSP模块、以及接口模块顺次串联连接。本发明专利技术能够解决现有有线传感器由于需要埋线施工方能投入运营，导致施工量大、周期长、且传感器的价格昂贵的技术问题，以及现有雷达测速装置和激光测速装置由于对安装位置有较高的要求，导致其使用灵活性差、且安装过程花费时间长的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于火车声音的火车测速与测向装置及其工作方法
本专利技术属于铁路运营安全
，更具体地，涉及一种基于火车声音的火车测速与测向装置及其工作方法。
技术介绍
在铁路信息化建设的快速发展下，铁路报警系统中广泛使用了火车测速和测向装置，用于判断火车与施工人员之间的距离、以及来车方向，并及时发出报警，以防止铁路施工事故的发生。现有的火车测速装置通常是通过有线传感器、雷达测速装置、或激光测速装置实现，而火车测向装置是通过多个有线传感器、雷达测速装置、以及激光测速装置的组合实现。然而，上述火车测距和测速装置均存在一些不可忽视的技术问题：第一，针对有线传感器(如磁钢传感器)而言，其需要埋线施工方能投入运营，施工量大，周期长，且传感器的价格非常昂贵；第二，雷达测速装置和激光测速装置都只能在无障碍物遮挡的情况下进行测速和测向操作，因此对于安装位置有较高的要求，导致其使用灵活性差，且安装过程花费时间长；第三，雷达测速装置和激光测速装置的功耗高，携带不方便。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于火车声音的火车测速与测向装置及其工作方法，其目的在于，解决现有有线传感器由于需要埋线施工方能投入运营，导致施工量大、周期长、且传感器的价格昂贵的技术问题，以及现有雷达测速装置和激光测速装置由于对安装位置有较高的要求，导致其使用灵活性差、且安装过程花费时间长的技术问题，以及现有雷达测速装置和激光测速装置的功耗高、携带不方便的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于火车声音的火车测速与测向装置，包括第一声音传感模块、第二声音传感模块、第一信号调节模块、第二信号调节模块、第一AD采样模块、第二AD采样模块、DSP模块、以及接口模块，第一声音传感模块、第一信号调节模块、第一AD采样模块、DSP模块、以及接口模块顺次串联连接；第二声音传感模块、第二信号调节模块、第二AD采样模块、DSP模块、以及接口模块顺次串联连接。优选地，工作时，第一声音传感模块和第二声音传感模块均与一侧铁轨平行设置，且第一声音传感模块和第二声音传感模块均与该侧铁轨垂直，第一声音传感模块与第二声音传感模块的距离d是10厘米到30厘米之间，优选为20厘米，第一声音传感模块和第二声音传感模块与该侧铁轨的距离L是10到50米之间，优选为30米。优选地，第一声音传感模块和第二声音传感模块完全相同，均采用KY-037型声音传感器；第一信号调节模块和第二信号调节模块完全相同，均包括顺次串联连接的前级放大电路、低通滤波电路、以及后级放大电路。其中前级放大电路和后级放大电路均采用ADA4625-2型运算放大器；低通滤波电路是由ADA4625-2型运算放大器组成的3阶巴特沃斯低通滤波器，3dB截止频率10kHz；第一AD采样模块和第二AD采样模块完全相同，均采用AD4680型采样芯片；DSP模块的型号是TMS320C203PZ80；接口模块包括彼此串联连接的Lora模块和RS232串口模块。总体而言，通过本专利技术所构思的以上装置与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术利用火车通过空气传播的声音对火车车速和车向进行测量，不受弯道和隧道等遮挡影响，安装位置宽松，不需要进入铁路网，只要在铁路附近即可，可以最大程度节省进入铁路网的一切成本问题。2、本专利技术使用方式多样，可固定安装，可便携安装，都不用埋线施工，只需要固定在铁路边即可，可以最大程度的节省施工时间。3、本专利技术使用声音传感器进行火车车速和测向测量，功耗低，价格低。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于火车声音的火车测速与测向装置的工作方法，包括以下步骤：(1)接口模块接收来自用户的工作指令，并启动DSP模块开始工作；(2)DSP模块关闭第二AD采样模块，设置计数器s＝1，并启动定时器T1和T2开始工作；(3)DSP模块控制第一AD采样模块进行单次采样，以获取多个电压值，并计算所有电压值中的最大值qmax和最小值qmin、以及所有电压值的和Qsum；(4)DSP模块判断是否有qmax<a成立，且qmin<b成立，且Qsum<c成立；如果是则进入步骤(5)，否则返回步骤(3)；其中a为第一阈值，b为第二阈值，c为第三阈值；(5)DSP模块设置计数器i＝1；(6)DSP模块控制第一AD采样模块和第二AD采样模块分别进行单次采样，以分别得到第i次采样结果Xi和Yi；(7)DSP模块判断定时器T1是否超时，如果是则设置i＝i+1，并进入步骤(8)，否则继续本步骤(7)的判断过程；(8)DSP模块判断是否有i大于预设的采样次数阈值FRA，如果是则进入步骤(9)，否则返回步骤(6)；其中FRA∈[3，10]。(9)DSP模块根据所有采样结果Xi和Yi分别计算对应的平均能量值D1和D2；(10)DSP模块控制第一AD采样模块和第二AD采样模块分别进行单次采样，以分别得到第s次采样结果As和Bs；(11)DSP模块分别计算采样结果As和Bs中所有电压值的和Sum1s和Sum2s，并判断是否有Sum1s和Sum2s均大于预设阈值Th，如果是则说明有火车接近本专利技术基于火车声音的火车测速与测向装置，并进入步骤(12)，否则说明没有火车接近本专利技术基于火车声音的火车测速与测向装置，并进入步骤(17)；(12)DSP模块对第s次采样结果As和Bs分别进行离散傅里叶变换，以分别得到变换结果Cs和Ds，并利用谱减法分别对变换结果Cs和Ds进行处理，以分别得到结果Es和Fs；(13)DSP模块分别对步骤(12)得到的结果Es和Fs进行离散傅里叶变换，以分别得到变换结果Ps和Qs，计算变换结果Ps和Qs之间的相关函数，并获取该相关函数的最小值所对应的自变量hs；(14)DSP模块根据步骤(13)得到的自变量hs获取火车与第一声音传感模块的麦克风质心和第二声音传感模块的麦克风质心二者正中间之间的连线与铁轨之间的夹角INCs，并判断该夹角INCs是否小于90度，如果是则将“火车方向为从第一声音传感模块开往第二声音传感模块”的信息发送给接口模块，然后进入步骤(15)，否则将“火车方向为从第二声音传感模块开往第一声音传感模块”的信息发送给接口模块，并进入步骤(15)；(15)DSP模块根据步骤(14)得到的夹角INCs获取第s次得到的第一声音传感模块的麦克风质心和第二声音传感模块的麦克风质心二者正中间在铁轨上的垂直投影与火车之间的距离Ds，并判断是否有s大于1，如果是则进入步骤(16)，否则返回步骤(10)；(16)DSP模块根据第s次得到的距离Ds和第s-1次得到的距离Ds-1计算火车车速，并将计算得到的火车车速发送到接口模块，并设置s＝s+1；(17)接口模块判断是否接收到来自用户的休眠指令，如果是则过程结束，否则进入步骤(18)；(18)接口模块判断是否接收到来自用户的环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于火车声音的火车测速与测向装置，包括第一声音传感模块、第二声音传感模块、第一信号调节模块、第二信号调节模块、第一AD采样模块、第二AD采样模块、DSP模块、以及接口模块，其特征在于，/n第一声音传感模块、第一信号调节模块、第一AD采样模块、DSP模块、以及接口模块顺次串联连接；/n第二声音传感模块、第二信号调节模块、第二AD采样模块、DSP模块、以及接口模块顺次串联连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于火车声音的火车测速与测向装置，包括第一声音传感模块、第二声音传感模块、第一信号调节模块、第二信号调节模块、第一AD采样模块、第二AD采样模块、DSP模块、以及接口模块，其特征在于，
第一声音传感模块、第一信号调节模块、第一AD采样模块、DSP模块、以及接口模块顺次串联连接；
第二声音传感模块、第二信号调节模块、第二AD采样模块、DSP模块、以及接口模块顺次串联连接。


2.根据权利要求1所述的基于火车声音的火车测速与测向装置，其特征在于，工作时，第一声音传感模块和第二声音传感模块均与一侧铁轨平行设置，且第一声音传感模块和第二声音传感模块均与该侧铁轨垂直，第一声音传感模块与第二声音传感模块的距离d是10厘米到30厘米之间，优选为20厘米，第一声音传感模块和第二声音传感模块与该侧铁轨的距离L是10到50米之间，优选为30米。


3.根据权利要求1或2所述的基于火车声音的火车测速与测向装置，其特征在于，
第一声音传感模块和第二声音传感模块完全相同，均采用KY-037型声音传感器；
第一信号调节模块和第二信号调节模块完全相同，均包括顺次串联连接的前级放大电路、低通滤波电路、以及后级放大电路。其中前级放大电路和后级放大电路均采用ADA4625-2型运算放大器；低通滤波电路是由ADA4625-2型运算放大器组成的3阶巴特沃斯低通滤波器，3dB截止频率10kHz；
第一AD采样模块和第二AD采样模块完全相同，均采用AD4680型采样芯片；
DSP模块的型号是TMS320C203PZ80；
接口模块包括彼此串联连接的Lora模块和RS232串口模块。


4.一种根据权利要求1至3中任意一项所述的基于火车声音的火车测速与测向装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接口模块接收来自用户的工作指令，并启动DSP模块开始工作；
(2)DSP模块关闭第二AD采样模块，设置计数器s＝1，并启动定时器T1和T2开始工作；
(3)DSP模块控制第一AD采样模块进行单次采样，以获取多个电压值，并计算所有电压值中的最大值qmax和最小值qmin、以及所有电压值的和Qsum；
(4)DSP模块判断是否有qmax<a成立，且qmin<b成立，且Qsum<c成立；如果是则进入步骤(5)，否则返回步骤(3)；其中a为第一阈值，b为第二阈值，c为第三阈值；
(5)DSP模块设置计数器i＝1；
(6)DSP模块控制第一AD采样模块和第二AD采样模块分别进行单次采样，以分别得到第i次采样结果Xi和Yi；
(7)DSP模块判断定时器T1是否超时，如果是则设置i＝i+1，并进入步骤(8)，否则继续本步骤(7)的判断过程；
(8)DSP模块判断是否有i大于预设的采样次数阈值FRA，如果是则进入步骤(9)，否则返回步骤(6)；其中FRA∈[3，10]。
(9)DSP模块根据所有采样结果Xi和Yi分别计算对应的平均能量值D1和D2；
(10)DSP模块控制第一AD采样模块和第二AD采样模块分别进行单次采样，以分别得到第s次采样结果As和Bs；
(11)DSP模块分别计算采样结果As和Bs中所有电压值的和Sum1s和Sum2s，并判断是否有Sum1s和Sum2s均大于预设阈值Th，如果是则说明有火车接近本发明基于火车声音的火车测速与测向装置，并进入步骤(12)，否则说明没有火车接近本发明基于火车声音的火车测速与测向装置，并进入步骤(17)；
(12)DSP模块对第s次采样结果As和Bs分别进行离散傅里叶变换，以分别得到变换结果Cs和Ds，并利用谱减法分别对变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，
申请(专利权)人：中科湖南先进轨道交通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43