地铁作业平台辅助管理系统

摘 要：针对地铁检修过程中，存在威胁人身安全的安全隐患。本文对安全隐患进行分析、探讨。并提出相应的解决方案，试图从技术层面彻底解决该问题，设计了一套检修作业管理系统。该系统以STM32控制为核心，身份识别、进出检测为主要检测装置，对作业人员的作业动态进行实时监管，当作业平台存在作业人员时报警提示，防止疏忽而造成的触电事故，同时该系统还能够对人员身份进行识别，防止因意外闯入而造成触电的隐患。

关键词：地铁检修;STM32;身份识别;进出检测

引言

地铁日常故障处理及修程中需要检修人员登顶三层平台进行作业，大多数地铁公司采用受电弓的方式进行供电如南京地铁、济南地铁等，受电弓在该平台，如果人员管理不到位，则可能造成人员触电的风险[1]。各地铁公司虽然制定了严谨且详细的管理措施，流程上虽一定程度上减少了风险隐患，但降低了作业效率增加了人员负担，同时仍存在受电弓已供电人员未撤离的风险隐患[2]，因此，设计一套具备人员身份识别、出入检测、紧急报警的检修作业辅助管理系统至关重要。

1 装置整体设计

检修管理系统包括主处理器、傳感器模块、电源模块、显示模块、报警模块等部分组成，其中传感器模块包括红外模块和射频卡模块，其结构如图1所示。主处理器采用ARM构架的M3系利芯片STM32F103RCT6，该芯片具备高性能、低功耗能够满足设计要求，采用射频卡模块采集人员身份核实进入权限;采用红外传感器对人员的出入状态进行实时监测，进入三层平台时若多人采用一张射频卡进入品台系统进行提示并将信息反馈到调度组但不报警;撤离作业平台时，首先查看进入人员数量是否与撤离人员数量相同，人数不相等时直接进行声光报警谨防人员进行合闸操作，试图从技术层面上剞劂人身安全问题。

2 硬件部分设计

2.1传感器模块设计

射频卡模块采用RC522，该芯片应用于13.56MHz非接触式通讯的读写芯片，该模块广泛应用于图书馆管理、门禁系统等领域。该模块采用SPI与ST2M32通讯，使用SPI通讯时，STM32仅使用4个普通I/O口即可实现数据写入与读取[4，5]，本文中使用端口为PA0、PA1、PA4及PA12。红外传感器其内部结构较为简单，有一个红外发射装置和一个红外接受装置，当遇到障碍物时接受装置反馈高电平信号，当无遮挡物时接受装置反馈低电平信号，通过多组传感器检测人员的进出状态，本文使用PA8、PA9、PA11、PA14端口的红外检测装置作为人员进入检测，使用PC11、PC12、PD2、PA15端口的红外检测装置作为人员撤离检测。

2.2 显示模块及报警模块电路设计

显示模块采用2.8英寸TFTLCD屏幕，该块屏幕同时具备电阻触屏功能，能够在原有界面中直接开发管理模式，无需增添按键模块，为用户的二次开发提供了硬件基础，其数据传输采用并口方式，该方式能够实现数据的实时刷新不存在延时现象，但占用STM32的I/O口较多。

2.3报警模块

报警模块的主体是有源蜂鸣器，通过声音的方式进行报警提示，该模块不能采用STM32的I/O口直接进行驱动，需要设计相应的外围电路。本文中使用三极管开关电路进行驱动。报警时采用高亮LED进行配合，以此警示合闸人员不允许合闸（作业人员未撤离现场）。同时，利用作业人员进入区间和撤离区间的时差，完成作业时长统计。

3 软件部分设计

3.1检测及报警程序设计

系统采用STM32来进行设计，软件部分采用Keil Uvision5进行开发，检测模块使用射频卡及红外传感器，系统首先对各部分使用引脚进行初始化，后对人员身份进行认证，认证通过后允许人员通过，认证通过后对人员进出状态进行判定，当撤离人员少于进入人员时系统自动进行提醒，其软件流程图如下图2所示。

3.2显示模块程序设计

系统采用TFTLCD作为显示模块，该LCD驱动程序与普通LCD驱动程序基本相同，但由于TFTLCD包含红、蓝、绿、棕、灰等颜色种类，因而程序执行中首先对颜色进行设置，该模块不具有汉字字库，因而通过设计汉字字库的方式显示汉字显示。

4 功能测试

完成硬件搭建和程序设计后，对装置进行测试，首先模拟列车以挂好接地线（屏幕显示接地杆已落下），对射频卡身份识别和人员出入状态分别进行测试，经测试射频卡模块能够准确判断出人员身份，红外模块能够识别出人员进出状态，符合预期的设计目标，实物测试如图3所示。

参考文献：

[1]吴凡，基于安全双冗余技术的机车整备作业安全联锁监控系统[J]，中国设备工程，2018（10）65-66.

[2]王健，铁路客车整备作业辅助系统设计[J]，中国铁路，2016（10）52-55.

[3]陈保平，张亚飞.基于Rabbit3000的无线数据采集系统[J]，微计算机信息，200223（11-2），53-55.

[4]Rosenbaum B P. RFID in Health Card： Privacy and Security Concerns Limiting Adoption[J]. Journal of Medical Systems.2014，38（3）：197-209.

[5]刘燕红，储晓华. 基于STM32的智能门禁系统设计[J].科技经济导刊，2018，26（7）：25-27.

[6]杨晶晶. 基于STM32的智能门禁系统的设计[D].唐山：华北理工大学，2019.

作者简介：

孙腾飞（1985.11—），男，汉族，山东青岛，学历：本科，职称：助理工程师，研究方向：检测与监控技术。