一種軌道電路信號採集系統及方法
2023-06-12 12:03:11 2
一種軌道電路信號採集系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種軌道電路信號採集系統，包括用於採集鐵路軌道電路信號的軌道電路信號採集單元、A/D轉換模塊、用於將數位訊號通過移頻算法獲取軌道電路的電路工作狀態檢測信號的移頻解調模塊和用於將移頻解調模塊解調的電路工作狀態檢測信號傳輸到管理機的數據傳輸模塊。本發明提供的一種軌道電路採集系統，可實時監測鐵路信號及其設備是否正常。通過採集鐵路上鋼包銅線和電纜的電流，軌面和電纜電壓，以及鐵路設備的溫溼度等數據。可隨時掌握鐵路每個區間運行狀況，定性分析各區間的工作狀態，可提前排除可能發生的故障。當發生故障時，根據監測的信號可將故障定位到具體的區間及設備，為排除故障帶來了極大的便利。
【專利說明】一種軌道電路信號採集系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鐵路軌道電路電氣監測領域，尤其是涉及一種軌道電路信號採集系統及方法。
【背景技術】
[0002]軌道電路以一段鐵路線路的鋼軌為導體構成的電路，用於自動、連續檢測這段線路是否被機車車輛佔用，也用於控制信號裝置或轉轍裝置，以保證行車安全的設備。利用鐵路線路的鋼軌作導體組成的，用以檢查有無列車、傳遞列車佔用信息以及實現地面與列車間傳遞信息的電路，稱之為軌道電路。在鐵路信號的日常維護中，通過對軌道電路的電氣特性的檢測、調整以保證軌道電路的正常運用，是保證行車安全、維護行車秩序的基本條件。目前，對軌道電路檢測不能實現自動準確預測和判斷鐵路軌道電路在實際狀態所存在的故障，因此無法及時向維護人員提供有效的預防手段和維修，給鐵路運行帶來安全隱患。
[0003]現有的軌道電路信號採集和檢測裝置存在許多不足，因此有必要予以改進。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種軌道電路信號採集系統及方法，它具有自動採集軌道電路信號的特點。
[0005]本發明的目的之一是提出一種軌道電路信號採集系統；本發明的目的之二是提出一種軌道電路信號採集方法。
[0006]本發明的目的之一是通過以下技術方案來實現的:
[0007]本發明提供的一種軌道電路信號採集系統，包括軌道電路信號採集單元、A/D轉換模塊、DMA傳輸模塊、移頻解調模塊、存儲器和數據傳輸模塊；所述軌道電路信號採集單元，用於採集鐵路軌道電路的電路工作狀態信號；所述A/D轉換模塊，用於將電路工作狀態信號轉換成數位訊號；所述DMA傳輸模塊，用於將數位訊號傳輸至內存中；所述移頻解調模塊，用於將數位訊號通過移頻算法獲取軌道電路的電路工作狀態檢測信號；所述存儲器，用於存儲數據處理模塊輸出的處理數據信號；所述數據傳輸模塊，用於將移頻解調模塊解調的電路工作狀態檢測信號傳輸到管理機。
[0008]進一步，所述數據傳輸模塊包括電力載波接收模塊和電力載波發射模塊；所述電力載波接收模塊將電源線上的信號耦合到軌道電路信號採集單元；所述電力載波發射模塊將需要發送的數據經過耦合到電源線上傳輸給管理機。
[0009]進一步，所述軌道電路信號採集單元包括電流傳感器、電壓傳感器、溫度信號採集單元和溼度信號採集單元；
[0010]所述電流傳感器，用於採集鐵路上鋼包銅線和電纜的電流信號；
[0011]所述電壓傳感器，用於採集軌道軌面和電纜電壓信號；
[0012]所述溫度信號採集單元，用於採集鐵路設備的溫度數據信號；
[0013]所述溼度信號採集單元，用於採集鐵路設備的溼度數據信號。
[0014]進一步，所述管理機內設置有為鐵路各區間上的軌道電路信號採集單元提供電源的開關電源。
[0015]進一步，所述A/D轉換模塊採用STM32單片機自帶的A/D轉換器，通過A/D轉換器對多個通道的信號進行輪流轉換；具體如下:
[0016]採用STM32單片機的定時器計數器計時，當計數器的值減為O時，計數器溢出，定時器進入中斷服務，觸發A/D轉換，使每個通道的信號進行A/D轉換，同時定時器重新計時，準備下一次觸發。
[0017]進一步，所述DMA傳輸模塊的傳輸過程如下:
[0018]當A/D轉換沒模塊將電流電壓信號轉換成數位訊號後，先將轉換後的數位訊號傳輸到預先開闢的內存區，當內存區的數據達到預設值時，觸發DMA傳輸模塊中斷，進入DMA中斷服務子程序，將數位訊號分別傳輸給各個通道存放數據的數組，然後再輸入到移頻解調模塊中。
[0019]本發明的目的之二是通過以下技術方案來實現的:
[0020]本發明提供的一種軌道電路信號採集方法，包括以下步驟:
[0021]S1:採集鐵路軌道電路的電路工作狀態信號；
[0022]S2:將電路工作狀態信號轉換成數位訊號；
[0023]S3:將數位訊號傳輸至內存中；
[0024]S4:將數位訊號通過移頻算法獲取軌道電路的電路工作狀態檢測信號；
[0025]S5:將電路工作狀態檢測信號存儲在存儲器中；
[0026]S6:將移頻解調模塊解調的電路工作狀態檢測信號傳輸到管理機；
[0027]S7:將電源線上的信號耦合到軌道電路信號採集單元；
[0028]S8:將需要發送的數據經過耦合到電源線上傳輸給管理機。
[0029]進一步，所述電路工作狀態檢測信號包括採集鐵路上鋼包銅線和電纜的電流信號、採集軌道軌面和電纜電壓信號、採集鐵路設備的溫度數據信號和採集鐵路設備的溼度數據信號。
[0030]進一步，所述管理機內設置有為鐵路各區間上的軌道電路信號採集單元提供電源的開關電源。
[0031]進一步，所述A/D轉換採用STM32單片機自帶的A/D轉換器，通過A/D轉換器對多個通道的信號進行輪流轉換；具體如下:
[0032]採用STM32單片機的定時器計數器計時，當計數器的值減為O時，計數器溢出，定時器進入中斷服務，觸發A/D轉換，使每個通道的信號進行A/D轉換，同時定時器重新計時，準備下一次觸發。
[0033]所述DMA傳輸的傳輸過程如下:
[0034]當A/D轉換沒模塊將電流電壓信號轉換成數位訊號後，先將轉換後的數位訊號傳輸到預先開闢的內存區，當內存區的數據達到預設值時，觸發DMA傳輸模塊中斷，進入DMA中斷服務子程序，將數位訊號分別傳輸給各個通道存放數據的數組，然後再輸入到移頻解調模塊中。
[0035]採用上述結構後，本發明和現有技術相比所具有的優點是:
[0036]本發明提供的一種軌道電路採集系統，可實時監測鐵路信號及其設備是否正常。通過採集鐵路上鋼包銅線和電纜的電流，軌面和電纜電壓，以及鐵路設備的溫溼度等數據。可隨時掌握鐵路每個區間運行狀況，定性分析各區間的工作狀態，可提前排除可能發生的故障。當發生故障時，根據監測的信號可將故障定位到具體的區間及設備，為排除故障帶來了極大的便利。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明:
[0038]圖1是本發明的軌道電路採集單元框圖；
[0039]圖2是本發明的軌道電路信號採集單元通信示意圖；
[0040]圖3是本發明的軌道電路信號採集管理機框圖。
【具體實施方式】
[0041]以下所述僅為本發明的較佳實施例，並不因此而限定本發明的保護範圍。
[0042]實施例，見圖1至圖3所示:
[0043]本發明提供的一種軌道電路採集系統，包括軌道電路信號採集單元、A/D轉換模塊、DMA傳輸模塊、移頻解調模塊、存儲器和數據傳輸模塊；
[0044]所述軌道電路信號採集單元，用於採集鐵路軌道電路的電路工作狀態信號；
[0045]所述A/D轉換模塊，用於將電路工作狀態信號轉換成數位訊號；
[0046]所述DMA傳輸模塊,用於將數位訊號傳輸至內存中；
[0047]所述移頻解調模塊，用於將數位訊號通過移頻算法獲取軌道電路的電路工作狀態檢測信號；
[0048]所述存儲器，用於存儲數據處理模塊輸出的處理數據信號；
[0049]所述數據傳輸模塊，用於將移頻解調模塊解調的電路工作狀態檢測信號傳輸到管理機。
[0050]所述數據傳輸模塊包括電力載波接收模塊和電力載波發射模塊；所述電力載波接收模塊將電源線上的信號耦合到軌道電路信號採集單元；所述電力載波發射模塊將需要發送的數據經過耦合到電源線上傳輸給管理機。
[0051]還包括數據預處理模塊，所述數據預處理模塊設置於移頻解調模塊和電力載波接收模塊之間，所述數據預處理模塊用於對移頻解調模塊通過移頻算法獲取的軌道電路的電路工作狀態檢測信號進行數據預處理，數據預處理包括對數據進行濾波處理。
[0052]所述軌道電路信號採集單元包括電流傳感器、電壓傳感器、溫度信號採集單元和溼度信號採集單元；
[0053]所述電流傳感器，用於採集鐵路上鋼包銅線和電纜的電流信號；
[0054]所述電壓傳感器，用於採集軌道軌面和電纜電壓信號；
[0055]所述溫度信號採集單元，用於採集鐵路設備的溫度數據信號；
[0056]所述溼度信號採集單元，用於採集鐵路設備的溼度數據信號。
[0057]所述管理機內設置有為鐵路各區間上的軌道電路信號採集單元提供電源的開關電源。
[0058]所述A/D轉換模塊採用STM32單片機自帶的A/D轉換器，通過A/D轉換器對多個通道的信號進行輪流轉換；具體如下:
[0059]採用STM32單片機的定時器計數器計時，當計數器的值減為O時，計數器溢出，定時器進入中斷服務，觸發A/D轉換，使每個通道的信號進行A/D轉換，同時定時器重新計時，準備下一次觸發。
[0060]所述DMA傳輸模塊的傳輸過程如下:
[0061]當A/D轉換沒模塊將電流電壓信號轉換成數位訊號後，先將轉換後的數位訊號傳輸到預先開闢的內存區，當內存區的數據達到預設值時，觸發DMA傳輸模塊中斷，進入DMA中斷服務子程序，將數位訊號分別傳輸給各個通道存放數據的數組，然後再輸入到移頻解調模塊中。
[0062]本實施例中的移頻解調模塊調用移頻解調算法進行解調，獲取數位訊號的真實電流電壓值和低頻碼信號。
[0063]本實施例中的數據處理模塊採用標定係數來計算實際電流電壓信號值；根據理管理機發來的命令，完成相應工作，或上傳相應數據或狀態；以及定時上傳檢測到數據，當有過車或設備損壞時實時上傳相應數據，實現對異常狀態的實時監測。
[0064]本實施例中的存儲器用於存儲採集單元的標定係數、設備自身ID、主頻值數據，啟動時讀取數據並配置軌道電路採集系統的工作模式。
[0065]本實施例中的軟體看門狗，用於對程序進行監測，當程序出現異常時，復位單片機。硬體看門狗用於對單片機進行監測，當單片機在1.6S內沒有向硬體看門狗輸出脈衝時，硬體看門狗便向單片機發出一個復位脈衝使單片機重新啟動。軌道電路信號採集單元與管理機之間採用電力載波方式通訊，只需要兩根線電源線，通訊距離可達10km。
[0066]本實施例中的數據處理模塊採用標定係數來計算實際電流電壓信號值；根據理管理機發來的命令，完成相應工作，或上傳相應數據或狀態；以及定時上傳檢測到數據，當有過車或設備損壞時實時上傳相應數據，實現對異常狀態的實時監測。
[0067]本實施例中的管理機內設置有為鐵路各區間上的軌道電路信號採集單元提供電源的開關電源，各採集單元裝有小功率開關電源模塊，該開關電源模塊具有較寬的輸入電壓，以適應長距離供電時不同距離供電電壓壓差較大的情形，同時給採集單元提供穩定的直流供電。採集單元採用低功耗理念設計，選用高效率開關電源及器件，使其整機功耗達到最低，採用管理機內置的開關電源便能實現與數十個採集單元的級聯
[0068]本實例還提供了一種軌道電路信號採集方法，包括以下步驟:
[0069]S1:採集鐵路軌道電路的電路工作狀態信號；
[0070]S2:將電路工作狀態信號轉換成數位訊號；
[0071]S3:將數位訊號傳輸至內存中；
[0072]S4:將數位訊號通過移頻算法獲取軌道電路的電路工作狀態檢測信號；
[0073]S5:將電路工作狀態檢測信號存儲在存儲器中；
[0074]S6:將移頻解調模塊解調的電路工作狀態檢測信號傳輸到管理機；
[0075]S7:將電源線上的信號耦合到軌道電路信號採集單元；
[0076]S8:將需要發送的數據經過耦合到電源線上傳輸給管理機。
[0077]所述電路工作狀態檢測信號包括採集鐵路上鋼包銅線和電纜的電流信號、採集軌道軌面和電纜電壓信號、採集鐵路設備的溫度數據信號和採集鐵路設備的溼度數據信號。
[0078]所述管理機內設置有為鐵路各區間上的軌道電路信號採集單元提供電源的開關電源。
[0079]所述A/D轉換採用STM32單片機自帶的A/D轉換器，通過A/D轉換器對多個通道的信號進行輪流轉換；具體如下:
[0080]採用STM32單片機的定時器計數器計時，當計數器的值減為O時，計數器溢出，定時器進入中斷服務，觸發A/D轉換，使每個通道的信號進行A/D轉換，同時定時器重新計時，準備下一次觸發。
[0081]所述DMA傳輸的傳輸過程如下:
[0082]當A/D轉換沒模塊將電流電壓信號轉換成數位訊號後，先將轉換後的數位訊號傳輸到預先開闢的內存區，當內存區的數據達到預設值時，觸發DMA傳輸模塊中斷，進入DMA中斷服務子程序，將數位訊號分別傳輸給各個通道存放數據的數組，然後再輸入到移頻解調模塊中。
[0083]軌道電路信號採集系統目前已廣泛使用，其它結構和原理與現有技術相同，這裡不再贅述。
【權利要求】
1.一種軌道電路信號採集系統，其特徵在於:包括軌道電路信號採集單元、A/D轉換模塊、DMA傳輸模塊、移頻解調模塊、存儲器和數據傳輸模塊；所述軌道電路信號採集單元，用於採集鐵路軌道電路的電路工作狀態信號；所述A/D轉換模塊，用於將電路工作狀態信號轉換成數位訊號；所述DMA傳輸模塊，用於將數位訊號傳輸至內存中；所述移頻解調模塊，用於將數位訊號通過移頻算法獲取軌道電路的電路工作狀態檢測信號；所述存儲器，用於存儲數據處理模塊輸出的處理數據信號；所述數據傳輸模塊，用於將移頻解調模塊解調的電路工作狀態檢測信號傳輸到管理機。
2.根據權利要求1所述的軌道電路信號採集系統，其特徵在於:所述數據傳輸模塊包括電力載波接收模塊和電力載波發射模塊；所述電力載波接收模塊將電源線上的信號耦合到軌道電路信號採集單元；所述電力載波發射模塊將需要發送的數據經過耦合到電源線上傳輸給管理機。
3.根據權利要求1所述的軌道電路信號採集系統，其特徵在於:所述軌道電路信號採集單元包括電流傳感器、電壓傳感器、溫度信號採集單元和溼度信號採集單元； 所述電流傳感器，用於採集鐵路上鋼包銅線和電纜的電流信號； 所述電壓傳感器，用於採集軌道軌面和電纜電壓信號； 所述溫度信號採集單元，用於採集鐵路設備的溫度數據信號； 所述溼度信號採集單元，用於採集鐵路設備的溼度數據信號。
4.根據權利要求1所述的軌道電路信號採集系統，其特徵在於:所述管理機內設置有為鐵路各區間上的軌道電路信號採集單元提供電源的開關電源。
5.根據權利要求1所述的軌道電路信號採集系統，其特徵在於:所述A/D轉換模塊採用STM32單片機自帶的A/D轉換器，通過A/D轉換器對多個通道的信號進行輪流轉換；具體如下: 採用STM32單片機的定時器計數器計時，當計數器的值減為O時，計數器溢出，定時器進入中斷服務，觸發A/D轉換，使每個通道的信號進行A/D轉換，同時定時器重新計時，準備下一次觸發。
6.根據權利要求1所述的軌道電路信號採集系統，其特徵在於:所述DMA傳輸模塊的傳輸過程如下: 當A/D轉換沒模塊將電流電壓信號轉換成數位訊號後，先將轉換後的數位訊號傳輸到預先開闢的內存區，當內存區的數據達到預設值時，觸發DMA傳輸模塊中斷，進入DMA中斷服務子程序，將數位訊號分別傳輸給各個通道存放數據的數組，然後再輸入到移頻解調模塊中。
7.—種軌道電路信號採集方法，其特徵在於:包括以下步驟: 51:採集鐵路軌道電路的電路工作狀態信號； 52:將電路工作狀態信號轉換成數位訊號； S3:將數位訊號傳輸至內存中； 54:將數位訊號通過移頻算法獲取軌道電路的電路工作狀態檢測信號； 55:將電路工作狀態檢測信號存儲在存儲器中； 56:將移頻解調模塊解調的電路工作狀態檢測信號傳輸到管理機； 57:將電源線上的信號耦合到軌道電路信號採集單元； S8:將需要發送的數據經過耦合到電源線上傳輸給管理機。
8.根據權利要求7所述的軌道電路信號採集方法，其特徵在於:所述電路工作狀態檢測信號包括採集鐵路上鋼包銅線和電纜的電流信號、採集軌道軌面和電纜電壓信號、採集鐵路設備的溫度數據信號和採集鐵路設備的溼度數據信號。
9.根據權利要求7所述的軌道電路信號採集方法，其特徵在於:所述管理機內設置有為鐵路各區間上的軌道電路信號採集單元提供電源的開關電源。
10.根據權利要求7所述的軌道電路信號採集方法，其特徵在於:所述A/D轉換採用STM32單片機自帶的A/D轉換器，通過A/D轉換器對多個通道的信號進行輪流轉換；具體如下: 採用STM32單片機的定時器計數器計時，當計數器的值減為O時，計數器溢出，定時器進入中斷服務，觸發A/D轉換，使每個通道的信號進行A/D轉換，同時定時器重新計時，準備下一次觸發。 所述DMA傳輸的傳輸過程如下: 當A/D轉換沒模塊將電流電壓信號轉換成數位訊號後，先將轉換後的數位訊號傳輸到預先開闢的內存區，當內存區的數據達到預設值時，觸發DMA傳輸模塊中斷，進入DMA中斷服務子程序，將數位訊號分別傳輸給各個通道存放數據的數組，然後再輸入到移頻解調模塊中。
【文檔編號】G05B19/042GK104267633SQ201410453552
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】陳榮華, 洪照明, 陳新暉, 冉迎春 申請人:寧波思高信通科技有限公司