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)定單片機的雜散電流監(jiān)測體系，并對全體體系進(jìn)行了通信誤碼率和測試精度的實驗驗證。成果表明，該體系在雜散電流監(jiān)測體系利用成果較好，具有可靠性高，成本低等優(yōu)點。 關(guān)鍵詞：TCP/IP協(xié)定單片機，雜散電流，監(jiān)測 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，越來越多的單片機體系要求能夠通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。但是，支撐互聯(lián)網(wǎng)得以正常運行的TCP/IP協(xié)定是一個龐大而繁雜的協(xié)定族，受到自身資源及運行速度的限制，在普通單片機體系中不可能也沒有必要完全實現(xiàn)TCP/IP協(xié)定所要求的全體功能。現(xiàn)階段，在單片機通信與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合方面存在兩大趨勢。第一，依據(jù)單片機體系自身的須要有選擇的實現(xiàn)TCP/IP協(xié)定族中的某些協(xié)定；第二，在單片機通信體系中利用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，單片機或微掌握器（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在地下鐵道運行時泄漏到道床及其周圍土壤介質(zhì)中的電流。國內(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營的初期，走行軌與道床之間的絕緣程度較高，即軌地過渡電阻阻值較大，由走行軌泄漏到土壤介質(zhì)中的迷流也較少。但是隨著地鐵運營時間的推移，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。 地鐵迷流主要是對地鐵周圍的埋地金屬管道、通信電纜外皮以及車站和區(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，而且還會降低地鐵鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)的強度和耐久性，甚至釀成災(zāi)難性的事故。在我國，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營外，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)若干年運營后，要對主體結(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，對地鐵迷流的監(jiān)測與防護(hù)具有主要的現(xiàn)實意義。 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，通過對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)測體系，用以實現(xiàn)地鐵雜散電流的監(jiān)測和預(yù)報。 3 基于嵌入式TCP/IP協(xié)定的雜散電流監(jiān)測體系的設(shè)計 3.1體系功能描寫 《地鐵雜散電流蛻化防護(hù)技術(shù)規(guī)程》（CJJ49—92）規(guī)定：“對地鐵回流體系、隧道主體結(jié)構(gòu)等的電壓測量，應(yīng)在地鐵正常運行條件下進(jìn)行?！奔幢匦铚y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)計完備的雜散電流監(jiān)測體系，監(jiān)測主體結(jié)構(gòu)鋼筋是否遭遇雜散電流蛻化，以便涌現(xiàn)問題時及時采用法子，確保軌道交通主體結(jié)構(gòu)及周邊設(shè)施的安全。 該監(jiān)測體系通過傳感器在城市軌道交通沿線監(jiān)測點附近及時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）對主體結(jié)構(gòu)鋼筋的電位經(jīng)短距離的傳輸（小于10m）及時轉(zhuǎn)化（數(shù)字量），避免了長距離模仿量傳輸造成的誤差。微機體系安裝在車站的監(jiān)測室內(nèi)，微機與轉(zhuǎn)接器之間利用局域網(wǎng)基本設(shè)施進(jìn)行傳輸，依照必定的時間順序把傳感器的信號傳到微機采集體系，確保了所讀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 該監(jiān)測裝置主要監(jiān)測下面兩個參數(shù)：①極化電位——每個傳感器每隔30min存貯一個結(jié)構(gòu)鋼筋對參考電極電位的平均值；②軌道電位——傳感器每天在機車運行時，每隔一分鐘儲存一個軌道對結(jié)構(gòu)鋼筋的電位信號。 所有這些數(shù)據(jù)均儲存在監(jiān)測裝置上，可隨時顯示，并記憶下來。同時可把記憶的各個車站監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)通信方式傳給微機，并打印出來。 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，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)點是成本低，而且和其他嵌入式裝備的接口比擬簡單，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)定單片機接入網(wǎng)絡(luò)的方式[/align] 要將單片機體系接人Internet需做好兩方面的預(yù)備：①在硬件上，要給體系主控器——單片機加一個網(wǎng)絡(luò)接口；②在軟件上，要供給相應(yīng)的通信協(xié)定。 當(dāng)給一個體系配上一個以太網(wǎng)卡芯片，并供給TCP/IP協(xié)定和IEEE802.3協(xié)定時，這個體系就可以通過局域網(wǎng)接入Internet。同理，如果給體系配上一個DTE/DCE接口裝備，并支撐TCP/IP協(xié)定和PPP協(xié)定，它就可通過Modem上網(wǎng)；如果一個體系配上一個具有無線收發(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，那么它也能通過無線方式上網(wǎng)。由此看來，要將單片機體系接入Internet的癥結(jié)是如何實現(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）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口，由單片機來供給其他所需協(xié)定。在本體系中，CPU處置器選用Atmel公司的8位單片機AT89C58和RTL8019AS芯片構(gòu)成的體系。RTL8019AS是一個依據(jù)IEEE802.3的MAC層（媒體造訪掌握）協(xié)定尺度設(shè)計的以太網(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，依據(jù)相應(yīng)的校驗方式檢驗輸入數(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（具有碰撞檢測的載波偵聽式多址接人掌握）的沖突隨機退避，裝幀（加幀頭），拆幀（去幀頭）和實現(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，就由主控器運行存儲在體系擴(kuò)大ROM中的協(xié)定代碼來實現(xiàn)。 4 監(jiān)測體系的實驗驗證 4.1通信可靠性驗證 為了驗證此體系的通信可靠性，設(shè)計了2個通信轉(zhuǎn)接器，30個智能傳感器以及上位機的采集軟件，通信波特率設(shè)定為9600kps。上位機依次循環(huán)向每個智能傳感器要數(shù)，智能傳感器依據(jù)不同的命令，發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，通過長時間的測試，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智能傳感器測試精度的驗證 為了測試智能傳感器的精度，通過在傳感器的輸入端加上尺度可調(diào)信號源，通過采用在傳感器輸入信號端子上用萬用表測量（U1）和上位機采集顯示信號（U2）進(jìn)行比擬，來肯定傳感器的測量精度。測量精度計算公式為： 對設(shè)計的30個智能傳感器一一進(jìn)行測試，測試成果測量精度 0.5%，能滿足現(xiàn)場測試能精度的要求。 5 結(jié) 語 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，實現(xiàn)了對雜散電流蛻化因子參數(shù)的在線監(jiān)測。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,2002（6）:84～85 [3] 趙煜,李威.廣州地鐵雜散電流實時監(jiān)測體系設(shè)計及利用.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，中國籌劃出版社，1993 [5] 周曉軍，高波.地鐵迷流對鋼筋混凝土中鋼筋蛻化的實驗研討.鐵道學(xué)報，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，張衛(wèi)東，許曉鳴.以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線的互連方式.測控技術(shù)，2000（1） [8] 鐃運濤，鄒繼軍，鄭勇蕓.現(xiàn)場總線CAN原理與利用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，2003