一種鐵路區間信息傳輸系統的製作方法
2023-05-23 06:23:21 2
專利名稱：一種鐵路區間信息傳輸系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及鐵路機車的控制系統的改進，更具體的說，是一種基於無線控制的鐵路區間信息傳輸系統。
背景技術：
目前我國的列車系統中，為了保證列車的行車安全和提高區間的通過能力，採用了閉塞技術。所謂的閉塞，就是保證區間或閉塞分區在同一時間內只能運行一個列車，而保證一個區間或閉塞分區在同一時間內只能運行一個列車的設備稱為閉塞設備。為了達到這種閉塞效果，需要在車站區間設備的主控單元與列車的車載設備之間傳遞區間信號，現有的區間信號(包括色燈信號、機車信號等)都是通過鐵軌進行有線傳輸。 現有的技術存在以下不足適應能力不足，當列車提高速度或者增加列車線路的時候，現有的閉塞設備就不能夠達到閉塞目的，需要對閉塞設備做出大量的調整，這需要耗費大量的人力、物力；無法效驗信號的正確與否，即在閉塞分區的主控單元向鋼軌發出有關行車信息，列車的車載設備接收處理後，結果顯示在信號機上，至於信號顯示是否正確，這種閉塞系統無法進行檢查；車站採用的軌道電路僅能檢查列車佔用時需要專門增設發送機車信號信息的車站電碼化設備；信號穩定性差，因為車軌處於一種自然暴露的環境下，而且系統採用模擬信號，信號容易受到幹擾造成解碼錯誤，特別是在電氣化牽引區段，牽引回流會對機車信號系統造成很大幹擾；傳遞的信息量小，因為軌道會產生趨膚效應，這樣使得軌道的信道容量較小，擠壓了列控信息量的增長空間，這一方面使得車站與列車的聯繫處於一個比較低的層次，另一方面使得信號沒辦法採用抗幹擾能力更強的跟信道編碼技術。
發明內容
本發明針對上述鐵路信息傳輸系統普遍存在的缺點，提出一種新的鐵路區間信息傳輸系統。本發明採取的設計方案為
一種鐵路區間信息傳輸系統包括區間設備、車載設備、站內設備，區間設備通過無線方式跟車載設備聯繫，區間設備通過有線或無線的方式跟站內設備聯繫，區間設備、車載設備、站內設備形成對機車信號的閉環控制。所述的區間設備包括主控單元、主控單元備份、區間射頻分路器、功分器、基站天線、信標天線，區間射頻分路器分別與主控單元、主控單元備份、功分器、信標天線相連，功分器連接若干基站天線，主控單元還分別與主控單元備份、若干天線相連。上述方案中的主控單元包括微處理器，和與微處理器連接的數字交換模塊、接口模塊和電源模塊，還包括與數字交換模塊相連的時序基準模塊。所述的微處理器通過三總線對數字交換模塊進行控制，從數字交換模塊讀取信標信息或機車信號信息，並通過串口控制的信標電臺發送信標信息，通過串口控制的基站電臺發送機車信號信息。所述的數字交換模塊採用FPGA完成四路HW總線信號的數據交換功能，在微處理器的控制下FPGA完成時隙交換。所述的車載設備包括車載控制主機、機車信號機、車載電臺，機車信號機和車載電臺與車載控制主機信號交互並受其控制。本發明有以下有益效果
本發明的區間設備與車載設備採用了無線的傳輸方式，這克服了機車鐵軌有線傳輸所存在的一系列不足，信道容量增加，可以提高信號抗幹擾能力，傳遞更加豐富的控制信息，並增加了信號反饋功能，能夠明顯的提高機車行駛的安全性能，能夠更具適應性的、更安全的、更具魯棒性地實現閉塞功能。本發明系統適應能力強，列車提速、或增加列車線路，只要對主控設備的程序稍加改變就能夠適用。在經濟增長和人民生活水平提高的需求下，我國列車提速是一個必然的過程。可是我國列車提速不是一蹴而就的，而是一個循序漸進的過程，在現有的技術下每一 次提速都需要巨大的資金投入去對硬體設備進行改變，這一面制約了鐵路運營部門的積極性，另一方面造成社會資源的巨大浪費。相比而言本發明鐵路區間信息傳輸系統更加經濟更具有市場價值。說明書附圖
圖I鐵路區間信息傳輸系統基本結構示意 圖2區間設備的模塊功能示意 圖3區間設備組成結構示意 圖4區間設備結構 圖5區間設備主控單元模塊 圖6存儲器擴展電路示意圖。
具體實施例方式為了讓本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明作進一步闡述。鐵路區間信息傳輸系統基本結構如圖I所示，其包括區間設備、車載設備、站內設備，區間設備通過無線方式跟車載設備聯繫，區間設備通過有線或無線的方式跟站內設備聯繫，區間設備、車載設備、站內設備形成對機車信號的閉環控制。鐵路區間信息傳輸系統的工作過程一般可以描述為信息採集、信息編碼、無線傳輸、信息解碼、信息顯示、信息回執。車載設備包括車載控制主機、機車信號機、車載電臺，機車信號機和車載電臺與車載控制主機信號交互並受其控制。地面控制主機從車站連鎖設備和區間閉塞設備採集有關信號、進路等信息，經過編碼和安全處理後形成機車信號信息，接著通過無線通信網絡設備將該信息發送出去。當機車進入地面無線機車信號發送設備的控制範圍內時，與地面設備、車載電臺建立無線通信鏈路接收到相應的機車信號信息，並傳送到車載設備的車載控制主機，進行解碼後，顯示出正確的機車信號。車載設備收到信息後，將向地面控制設備發送回執信息，供系統校核信息傳輸的正確性。車載設備的切換和接收載頻的鎖定可以通過查詢器感應地面無源應答器或者通過接收地面信標電臺的標誌信息來完成。區間設備是本發明的重要核心部分，其組成和系統功能模塊參見圖2、圖3。區間設備包括主控單元、主控單元備份、區間射頻分路器、功分器、基站天線、信標天線，區間射頻分路器分別與主控單元、主控單元備份、功分器、信標天線相連，功分器連接若干基站天線，主控單元還分別與主控單元備份、若干天線相連。區間設備還包括用於發送機車信號信息和接受車載設備的回執信息的基站電臺，以及用於發送車載設備越區切換的標誌信息的信標電臺，基站電臺採用450Mhz無線電波,信標電臺採用2. 4Ghz無線電波。區間射頻分路器用來實現主、備區間無線傳輸設備共用一套基站天線和信標天線。區間設備的功能包括接收站內設備提供的機車信號信息、發送信標信息、發送覆蓋閉塞分區的機車信號信息並接收回執、可實現遠程監控、接收並發送各業務終端數據業務等。機車信號信息從站內設備傳輸到區間設備的過程是靠分別設置在站內和區間的一對線路傳輸接口單元來完成的，通過一對區間線路連接，實現長距離的數據傳輸。圖5描述了區間設備主控單元硬體結構圖，主控單元包括微處理器，和與微處理器連接的數字交換模塊、接口模塊和電源模塊，還包括與數字交換模塊相連的時序基準模塊。
·
CPU採用ATMEL公司的AT91M55800A33AU。微處理器通過三總線對數字交換模塊進行控制，從數字交換模塊讀取信標信息或機車信號信息，並通過串口控制的信標電臺發送信標信息，通過串口控制的基站電臺發送機車信號信息。數字交換模塊通過FPGA來實現，由數字交換模塊和時間基準模塊兩部分組成,主要完成四路HW總線信號的數據交換功能。CPU從FPGA的緩存區讀取信標信息或機車信號信息，並通過串口控制信標電臺發送信標信息，控制基站電臺發送機車信號信息。採用MT8941B晶片構成的時間基準模塊電路，它主要功能是通過數字鎖相環(DPLL)電路進行相位調整，為系統提供同步的基本時鐘信號。串口模塊為CPU自帶的三個串口，分別用於測試接口、主備機通信和與區間傳輸接口單元通信。擴展串口模塊是用兩片ST16C554擴展的八個串口，分別提供RS232電平和RS422電平，用於信標以及基站的數據通信、診斷通信，其中兩個RS422接口預留。在計算機數字通信及實時控制中採用光電隔離，可以大大增加計算機工作的可靠性。此處，採用TLP627-4型的光電隔離器構成輸出控制模塊電路，以實現CPU對天線調整電機的控制。電平轉換模塊用於提供各接口所須的電平。檢測模塊需要實現的功能包括溫度檢測、電源電壓檢測、基站電臺駐波檢測、信標電臺駐波檢測、基站電臺場強檢測、主備電源板在位檢測、區間傳輸接口單元在位檢測、主備機在位檢測、門開啟檢測等。區間主控單元電路板採用插板方式與區間背板連接，輸入輸出全部通過64PIN的航空插頭行連接，參見圖4。AT91M55800A嵌入式處理器需要使用兩組電源，其中I/O 口的供電電源為3. 3V，內核及片內外設供電電源為2. 5V。本系統總輸入電源供給直流13. 8V，採用電源模塊 HZD05-12S05 實現 DC13. 8V 到 DC5V 的轉換。圖6為主控單元的存儲器擴展電路圖，由於AT91M55800A本身不具有片內程序存儲器R0M，因此必須通過外接ROM器件來存儲放電後仍需要保存的代碼和數據。區間設備主控單元選擇型號為AT49BV162A的FLASH晶片作為程序存儲區。區間主控單元的程序存放在片外的FLASH，上電運行時CPU從FLASH調出程序加載到SRAM，程序在SRAM裡運行。CPU輸出的NCSO片選信號必須與程序存儲FLASH的片選線相連接，因為當系統上電後，CPU將從與NCSO片選信號相連的存儲器開始執行指令。本發明通過系統的有線數字通道，以中心維護終端為核心，各設備組成系統內的監測網絡。除系統監測網絡外，各種設備還支持單機的監測/檢測方式，單機監測/檢測模式僅限於設備自身。(I)地面系統實時監測業務
站內設備實時監測自身及管轄的區間設備工作狀態，並在中心維護終端輪詢到時，將統計數據上報維護終端，維護終端接收並處理設備狀態信息(調整組網交換矩陣)。區間設備的歸屬區間設備同時連接上、下行鄰近的兩個車站，即這兩個車站所管轄的區間設備中含有同一個區間設備，維護終端應能識別。(2)地面系統手動監測/維護業務
中心維護人員可通過維護終端，監測/維護系統內的各個固定設備。系統利用空閒的數據通道，建立一條維護終端到被監測設備的虛擬專用通道，完成對設備的監測/維護。 (3)行動裝置監測業務
行動裝置在應答區間基站發送的無線機車信號信息時，將自身的監測數據附加到回執信息中，發送到地面設備，地面設備通過有線通道，傳遞給維護終端顯示並存儲。系統中心還可以擴展一種固定信息發送業務通過業務中心，可以對系統內的任意基站設置固定信息，基站在無線發送時，將固定信息打包發送出去；車載設備接收後，送輔助顯示終端顯示。
權利要求
1.一種鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於包括區間設備、車載設備、站內設備，區間設備通過無線方式跟車載設備聯繫，區間設備通過有線或無線的方式跟站內設備聯繫， 區間設備、車載設備、站內設備形成對機車信號的閉環控制。
2.根據權利要求I所述的鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於所述的區間設備包括主控單元、主控單元備份、區間射頻分路器、功分器、基站天線、信標天線，區間射頻分路器分別與主控單元、主控單元備份、功分器、信標天線相連，功分器連接若干基站天線，主控單元還分別與主控單元備份、若干天線相連。
3.根據權利要求2所述的鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於所述的主控單元包括微處理器，和與微處理器連接的數字交換模塊、接口模塊和電源模塊，還包括與數字交換模塊相連的時序基準模塊。
4.根據權利要求3所述的鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於所述的微處理器通過三總線對數字交換模塊進行控制，從數字交換模塊讀取信標信息或機車信號信息，並通過串口控制的信標電臺發送信標信息，通過串口控制的基站電臺發送機車信號信息。
5.根據權利要求4所述的鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於所述的微處理器採用 ATMEL 公司的 AT91M55800A33AU。
6.根據權利要求2所述的鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於區間設備還包括用於發送機車信號信息和接受車載設備的回執信息的基站電臺，以及用於發送車載設備越區切換的標誌信息的信標電臺，所述的基站電臺採用450Mhz無線電波，所述的信標電臺採用·2.4Ghz無線電波。
7.根據權利要求3所述的鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於所述的數字交換模塊採用FPGA完成四路HW總線信號的數據交換功能，在微處理器的控制下FPGA完成時隙交換。
8.根據權利要求3所述的鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於所述的接口模塊包括串口模塊和擴展串口模塊，所述接口模塊中包括微處理器自帶串口和ST16C554晶片擴展串口。
9.根據權利要求3所述的鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於所述的電源模塊包括電平轉換晶片，所述電平轉換晶片採用HZD05-12S05，電平轉換晶片進行DC-DC轉換，把輸入的13. 8V直流轉換成輸出的5V直流。
10.根據權利要求I所述的鐵路區間信息傳輸系統，其特徵在於所述的車載設備包括車載控制主機、機車信號機、車載電臺，機車信號機和車載電臺與車載控制主機信號交互並受其控制。全文摘要
本發明公開了一種鐵路區間信息傳輸系統，包括區間設備、車載設備、站內設備，區間設備通過無線方式跟車載設備聯繫，區間設備通過有線或無線的方式跟站內設備聯繫，區間設備、車載設備、站內設備形成對機車信號的閉環控制。所述的區間設備包括主控單元、主控單元備份、區間射頻分路器、功分器、基站天線、信標天線，區間射頻分路器分別與主控單元、主控單元備份、功分器、信標天線相連，功分器連接若干基站天線，主控單元還分別與主控單元備份、若干天線相連。所述的鐵路區間信息傳輸系統具有傳輸信息量大、抗幹擾能力強、適應能力好的特點。
文檔編號H04L29/08GK102932381SQ201110225410
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月8日 優先權日2011年8月8日
發明者戴瑜興, 胡火明, 黃建華, 李建成, 張勝紅, 翁文道 申請人:惠州市標頂空壓技術有限公司, 湖南大學