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2.1.4 ZigBee无线通信协议 8
2.2 GSM技术 8
2.2.1 移动通信技术 8
2.2.2 GSM短信息业务 9
2.2.3 GSM-R系统 10
2.3 本章小结 11
3 贯通地线故障监测系统的方案设计 12
3.1 贯通地线故障检测系统的整体结构 12
3.2 ZigBee模块CC2530 13
3.3 GSM模块TC35i 15
3.4 本章小结 17
4 监测系统硬件设计 18
4.1 数据采集模块 18
4.2 GSM模块 18
4.2.1 启动电路 18
4.2.2 SIM卡电路 19
4.2.3 指示灯电路 21
4.3 ZigBee模块 22
4.3.1 CC2530最小系统 22
4.3.2 无线射频电路 23
4.4电源电路 24
4.5 本章小结 25
5 监测系统软件设计 26
5.1 现场监控采集单元软件设计 26
5.2 室内控制单元软件设计 27
5.3 本章小结 29
6 总结与展望 30
致 谢 31
参考文献 32
附录 34
附录1 GSM模块电路图 34
附录2 ZigBee模块电路图 34
附录3 元件清单表 36
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
近年来，为了消除电气设备系统的接地电位差，保证铁路系统安全稳定可靠，我国铁路很多电气和非电气区段都设置了铁路专用的贯通地线[1]。这些贯通地线的主要作用是：
（1）将电气系统中的信号设备牵引回流，消除设备的接地极之间的电位差；
（2）避免雷击和电磁干扰，保证设备安全，确保设备稳定运行；
（3）将设备电流牵引回地，保证文修工人的安全。
综合铁路贯通地线的内部芯线的材料一般是铜质的，铜质的材料价格比较高，就会导致一些不法分子觊觎贯通地线，但是，综合贯通地线在一般情况下带的电流很小，这样就会导致贯通地线经常出现被盗或转让损坏的情况。特别是在桥梁和隧道沿铁路的部分，贯通地线不能掩埋，所以经常有不法分子偷盗或损坏贯通地线。由于铁路上的电气设备都是通过贯通地线回流接地的，所以列车的行车安全与贯通地线有着密切的关系。一旦贯通地线被盗或者被损坏，电气设备的所有的防护功能和回流功能就会丧失[2]。
综合贯通地线被不法分子盗窃或者被损坏时会造成很多严重的后果，比如：
（1）防雷性能信号削减，当设备受到雷击或浪涌电压不平衡大电流时，易燃烧，导致经营亏损，严重的话会危及铁路的安全;
（2）造成贯通地线的电缆的外壳设置的屏蔽地线失去效果，从而会使得信号设备的错误行动，进而影响到列车行车的安全;
（3）机械室外装备的金属部分如信号机和箱盒，会感应电压，从而使设备充电，会使得文修人员在文修时人生安全得不到保障[3]。
目前来看，铁路故障贯通地线的监测一般是由工人定期的去检查和文修，这种方式一般会浪费大量的人工和物力资源。北京铁路局在2012年提出了一个铁路贯通地线故障报警系统，这个系统有两个单元，室内单元和室外单元，两个单元由电缆线连接，这个系统的的传输距离比较远，但是这个系统消耗的成本很高，而且，室外单元消耗电力大，现场电力供应困难的问题没有得到解决。对于上面这个铁路贯通地线故障监测系统的不足，本论文设计了一种基于ZigBee和GSM技术的故障监测系统，这个系统的成本比较低，还可以解决现场电力供应难的难题，实现了铁路贯通地线故障的多点监测。