應用於鐵道機車的gps定位裝置的製作方法
2023-06-03 11:12:11 1
專利名稱：應用於鐵道機車的gps定位裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於鐵道機車安全設備控制技術領域，具體涉及一種集授時、定位、測速於一體的應用於鐵道機車的GPS定位裝置。
背景技術：
目前，大多數系列的鐵道安全行車設備中使用的授時、定位和測速的方法如下授時大多數系列的安全行車設備採用的時間依據是人為修改裝備時間，這樣會造成各個設備運行的時刻不同步，有的甚至相差很大，造成了很多不必要的麻煩。
定位我國目前的系列安全行車設備採用的是將地面運行參數預存的「車載模式」，此種模式明顯的不足之處在於在機車運行過程中，若要使機車識別的線路狀態與實際的線路狀態相吻合，乘務員要對監控裝置進行較多的幹預。
測速目前的系列安全行車設備採用的速度都是通過輪軸速度傳感器採樣的速度，其本身存在機械缺陷當輪對發生空轉和輪滑時，其速度就會失真。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術中存在的時間不同步、誤差大、自動化程度不高等缺陷，提供一種集授時、定位、測速於一體的應用於鐵道機車的GPS定位裝置。
解決本實用新型技術問題所採用的技術方案是該應用於鐵道機車的GPS定位裝置包括GPS接收模塊，還包括控制器、存儲器、鍵盤驅動、數碼管顯示和數據通信模塊，所述的GPS接收模塊與控制器連接，GPS接收模塊接收GPS信號傳輸給控制器，控制器對GPS信號進行處理後，將結果通過數碼管顯示出來，且由數據通信模塊對外實現數據通信，所述數據通信模塊包括2路CAN總線、1路RS232總線和1路RS485總線，CAN總線、RS232總線、RS485總線與控制器之間，連接有對外電氣隔離的光耦，所述的存儲器、鍵盤驅動和2路CAN總線通過內部並行總線與控制器連接。
所述的存儲器包括程序存儲器和數據存儲器，所述程序存儲器為AM27C256，所述數據存儲器為WS62256。
所述的控制器為單片機DS80C320。
所述的2路CAN總線連接於控制器DS80C320的P0.0-P0.7口，總線控制器為SJA1000，總線控制器SJA1000與總線驅動器82C250連接。
所述的鍵盤驅動為SN74HC245。
所述的控制器上還連接有LED顯示，所述用於驅動數碼管顯示和LED顯示的驅動晶片為MAX7219。
所述的控制器上連接有一為整個系統上電復位、手動復位、電壓監視以及軟體看門狗電路功能的DS1232晶片。
所述的CAN總線、RS232總線、RS485總線與控制器之間，連接的對外電氣隔離的光耦為6N137C。
所述的GPS定位系統通過數據通信接口與機車總監控系統相連。
本實用新型所產生的有益效果是本實用新型的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，集授時、定位、測速於一體，該定位裝置能夠獲取運行中機車的時間、位置、速度，並可通過與機車總監控系統相連，為其提供統一的時間、位置、速度等精確參數，使總監控系統的控制更加具有實時性和準確性，實現了機車自動開車對標功能、自動粗略定位，進入支線後自動判別，總監控系統利用GPS的定位功能在總監控系統的正常應用過程中，能夠進行位置自動識別，減少了其對乘務員的依賴程度，提高了鐵道機車運行的自動化程度。
圖1為本實用新型系統總體方框圖；圖2為本實用新型數據通信模塊方框圖；圖3為本實用新型人機界面示意圖；圖4為本實用新型控制器部分電路圖；圖5為本實用新型程序存儲器電路圖；圖6為本實用新型數據存儲器電路圖；圖7為本實用新型鍵盤驅動電路圖；圖8為本實用新型其中一路CAN總線控制電路圖；圖9為本實用新型其中一路CAN總線驅動電路圖；圖10為本實用新型RS232總線驅動電路；圖11為本實用新型RS485總線驅動電路；圖12為本實用新型用於驅動數碼管顯示的驅動電路；圖13為本實用新型數碼管顯示電路；圖14為本實用新型總線數據鎖存器電路；圖15為本實用新型LED信號顯示。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型實施例做進一步的詳細描述。
本實用新型主要是針對鐵道機車上總監控系統的一種集授時、定位、測速於一體的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，為實現鐵道機車的全自動監控和運行，機車需要根據GPS提供的時間、位置、速度等參數對全車進行監控，其總監控系統在以下幾個功能方面可實現自動化1、在「開車對標」點實現自動開車對標功能。
2、在全自動閉塞區間的信號機位置，裝置可進行位置及距離的自動粗略定位。
3、在半自動閉塞區間預告機前可以增加一個或多個「絕對校正」點實現裝置的自動粗略定位。
4、在機車進入支線後，裝置可進行自動判別。
5、監控裝置可利用GPS提供的速度信息，消除因為機車空轉會造成監控裝置過大的位置誤差。
6、可以識別「過分相斷」、「過分相合」、「鳴笛」等點位，使裝置能夠進行相應控制。
機車要實現以上若干自動化功能，首先，需要採集存儲以上各個點位的GPS時間、地理坐標信息。然後，系統在運行過程中，根據GPS提供的實時地理坐標信息，監控裝置通過與存儲的地理坐標信息比較，從而實現裝置位置的校核與自動定位。
需要採集的GPS地理坐標信息分類如下關鍵地理坐標位置1、車站中心位置2、開車對標位置3、各種類型信號機位置4、特殊區段位置5、公裡標突變位置6、地面特殊點校正位置7、特殊語音位置8、過分相「斷」位置9、過分相「合」位置一般地理坐標位置把這些在信號機之間插入的地理坐標位置，標記為一般地理坐標位置。
GPS固定點測距首先進行固定點靜態測量經緯度。測量方法是在固定點由計算機連接GPS模板，進行記錄經緯度，大約記錄15～20分鐘，並且取記錄的經緯度的平均值。其次進行隨機車動態測量。動態測量的方法是由監控程序自動記錄固定點的經緯度和速度方向，並且取10次以上的平均值。通過兩種測量結果的比較誤差最大在40米內，說明動態測量和靜態測量誤差不大。由於固定點靜態測量相當麻煩，一天只能測量幾個點，因此，在做大量固定點測量時，採用機車動態測量方法。建議地面數據的GPS點的數據是由動態測量的平均值。本次試驗中測量的固定點有開車點、開車後第一信號機前200米點，預告信號機前200米點。
對於GPS點的位置精度進一步確定，根據GPS校正後，200米後的信號機會再一次進行校正，此時的校正距離作一個統計表，在進行多次統計後，計算其平均值，把其平均值加入地面數據裡GPS點的前方距離。這樣地面數據的GPS點的位置相對更精確些。
GPS固定點距離校正在地面數據裡增加固定點的GPS信息，監控程序在過分區時，提取當前車站前後5個車站的GPS點信息，目前為10個點，組成一個GPS信息表。從GPS車載系統傳來的GPS信息(1秒鐘1次)與GPS信息表比較。如果與信息表中的某一點比較，經緯度相差在60以內(經緯度最後一位數的1表示1.8519米)，速度方向相差在30度以內，則單獨提取這一點，並且用這一點與以後從GPS車載系統傳來的信息比較。假如提出的這一點稱為「點1」，點1與當前GPS信息的距離S0和點1與上一次GPS信息的距離S1進行比較，如果S0＜S1，則上一次GPS信息＝當前GPS信息，如果S0＞＝S1，則上一次GPS信息為最短距離，程序根據點1來查找地面數據，並且進行定位。並且把上一次GPS信息保存下來，如果後面還有GPS信息的距離比它小，則取更小的那次再進行定位，定位計算了1秒鐘的延時和通信延時，此方法為最短距離法。
GPS開車點開車對標在降級狀態下，根據司機輸入的站號，提取此站號前後5個站共10點的開車點GPS信息，是否是開車點由地面數據的開車標誌來判斷，組成GPS開車點信息表，當司機重新設定參數後，此表重新提取。由於站場每一股道的開車點不在同一點上，故擴大比較範圍，當GPS信息的經緯度與GPS開車點信息表的某一點經緯度比較相差在120以內，速度方向30米以內，則從GPS開車點信息表中提取這一點「點1」，由於站場的複雜性，開能有2個(S，S』)或2個以上最短距離點。採用最短距離法確定的GPS點有一定的誤差，故在最短距離法的前提上加了一個速度判斷，當速度滿足一定速度(20KM/H)後再用最短距離法。並且加上在開車後的第一信號機前200米進行距離校正。故開車點控制基本上比較完善。
本實用新型的裝置就是為總監控系統提供精確時間、位置、速度等參數的集授時、定位、測速於一體的車用GPS定位裝置，其具體的實施方式如下
如圖1所示，本實用新型的裝置包括GPS接收模塊，控制器、存儲器、鍵盤驅動、數碼管顯示和數據通信模塊，GPS接收模塊與控制器連接，GPS接收模塊接收GPS信號傳輸給控制器，控制器對GPS信號進行處理後，將結果通過數碼管顯示出來，且由數據通信模塊對外實現數據通信，存儲器、鍵盤驅動和數據通信模塊通過內部並行總線與控制器連接，控制器為8051系列單片機的最小系統，採用單片機DS80C320，如圖4所示，單片機DS80C320連接一能產生11.0592MHz的晶振，為該裝置正常工作提供時鐘信號，單片機DS80C320的復位端，連接有一為整個系統上電復位、手動復位、電壓監視以及軟體看門狗電路功能的DS1232晶片。單片機DS80C320的P0.0-P0.7口與P2.0-P2.7口分別構成外部並行總線。單片機P2.0-P2.7口的總線上，連接有一個總線數據鎖存器74HC573，如圖14。
如圖2所示，本實用新型的數據通信模塊包括有2路CAN總線、一個RS232串口和一個RS485串口，各個通信收發器與控制器之間，都連接有光電隔離裝置，以排除不必要的幹擾，控制器上還連接有一個能驅動數碼管和LED的顯示驅動晶片。
2路CAN總線控制器晶片採用的是SJA1000完成(如圖8)；為了完整接收GPS接收模塊發送的所有信息並實現信息的接收、篩選與驗證，電路設計上留有32K的數據存儲器WS62256用於數據緩存(如圖6)，同時留有32K的程序存儲器AM27C256(如圖5)；鍵盤的驅動由一片SN74HC245完成(如圖7)。
GPS數據通信模塊主要功能是完成CAN總線、RS485總線、RS232總線的驅動和對外的電氣隔離，圖9為其中2路CAN總線中1路驅動電路圖，其驅動晶片82C250與CAN控制晶片間，連接有光耦6N137。圖10為RS232總線驅動電路，其驅動晶片TSC232IJE與控制器之間也連接有光耦6N137，以減少對控制器的幹擾，圖11為RS485總線驅動電路，其驅動晶片MAX487E與控制器之間也連接有光耦6N137C。顯示驅動由一片串行的顯示驅動晶片完成，晶片的型號為MAX7219，如圖12，驅動7個8段數碼管(如圖13)和8個LED顯示(如圖15)；本裝置電源由一個5W的電源模塊完成，電源模塊將外部輸入+12V電源轉換為系統所需的+5V。
由圖7中的鍵盤、8個圖13中的數碼管和8個圖15中的LED顯示，構成了如圖3所示的人機界面，用於模式選擇和顯示輸出結果，在預設狀態數碼顯示標準的時間時/分/秒。控制人員可以通過按鍵與按鍵組合顯示其他內容，例如日期、速度、高度、速度方向、經緯度等等信息。
權利要求1.一種應用於鐵道機車的GPS定位裝置，包括GPS接收模塊，其特徵在於還包括控制器、存儲器、鍵盤驅動、數碼管顯示和數據通信模塊，所述的GPS接收模塊與控制器連接，GPS接收模塊接收GPS信號傳輸給控制器，控制器對GPS信號進行處理後，將結果通過數碼管顯示出來，且由數據通信模塊對外實現數據通信，所述數據通信模塊包括2路CAN總線、1路RS232總線和1路RS485總線，CAN總線、RS232總線、RS485總線與控制器之間，連接有對外電氣隔離的光耦，所述的存儲器、鍵盤驅動和2路CAN總線通過內部並行總線與控制器連接。
2.根據權利要求1所述的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，其特徵在於所述的存儲器包括程序存儲器和數據存儲器，程序存儲器為AM27C256，數據存儲器為WS62256。
3.根據權利要求2所述的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，其特徵在於所述的控制器為單片機DS80C320。
4.根據權利要求1或2或3所述的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，其特徵在於所述的2路CAN總線連接於控制器DS80C320的P0.0-P0.7口，總線控制器為SJA1000，總線控制器SJA1000與總線驅動器82C250連接。
5.根據權利要求4所述的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，其特徵在於所述的鍵盤驅動為SN74HC245。
6.根據權利要求5所述的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，其特徵在於所述的控制器上還連接有LED顯示，所述用於驅動數碼管顯示和LED顯示的驅動晶片為MAX7219。
7.根據權利要求6所述的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，其特徵在於所述的控制器上連接有一為整個系統上電復位、手動復位、電壓監視以及看門狗電路功能的DS1232晶片。
8.根據權利要求1或7所述的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，其特徵在於所述的CAN總線、RS232總線、RS485總線與控制器之間，連接的對外電氣隔離的光耦為6N137C。
9.根據權利要求8所述的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，其特徵在於所述的GPS定位系統通過數據通信接口與機車總監控系統相連。
專利摘要本實用新型公開了一種集授時、定位、測速於一體的應用於鐵道機車的GPS定位裝置，其通過接收GPS信號，獲取在機車運行當中的精確時間、位置和速度，並將該系列參數實時傳送給機車總監控系統，提高了鐵道機車運行的自動化程度；該裝置包括GPS接收模塊、控制器、存儲器、鍵盤驅動和數據通信模塊，所述的GPS接收裝置與控制器連接，所述數據通信模塊包括2路CAN總線接口、1個RS232接口和1個RS485接口，所述的存儲器、鍵盤驅動和數據通信模塊通過內部並行總線與控制器連接。
文檔編號G01S5/00GK2842446SQ200520051479
公開日2006年11月29日 申請日期2005年7月22日 優先權日2005年7月22日
發明者呂浩炯, 張家歡 申請人:中國南車集團株洲電力機車研究所