專利名稱：機(jī)車信號(hào)運(yùn)行監(jiān)測及隔離系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)車信號(hào)監(jiān)測技術(shù)，特別是一種機(jī)車信號(hào)運(yùn)行監(jiān)測及隔離系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的機(jī)車運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)是以地面信號(hào)為主，機(jī)車信號(hào)為輔。隨著列車運(yùn)行速度的提升，機(jī)車運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)逐步發(fā)展為以機(jī)車信號(hào)為主，地面信號(hào)為輔的信號(hào)系統(tǒng)，機(jī)車信號(hào)也逐漸成為列車運(yùn)行的主要信號(hào)引導(dǎo)，機(jī)車信號(hào)是否穩(wěn)定可靠將直接關(guān)系到列車的運(yùn)行安全。為保證列車安全運(yùn)行，必須對(duì)機(jī)車信號(hào)進(jìn)行全程監(jiān)測，現(xiàn)行的辦法是依靠有經(jīng)驗(yàn)的維護(hù)人員，憑經(jīng)驗(yàn)判斷機(jī)車信號(hào)運(yùn)行故障成因，適時(shí)進(jìn)行清障維護(hù)，以保證機(jī)車信號(hào)運(yùn)行穩(wěn)定無亂碼。但這種方法對(duì)維護(hù)人員要求較高，而且準(zhǔn)確性往往因人而異，不夠穩(wěn)定，難以保證機(jī)車信號(hào)運(yùn)行故障都能夠得到及時(shí)排除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種機(jī)車信號(hào)運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)機(jī)車信號(hào)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析和處理，普通值班人員根據(jù)報(bào)表即可排除故障。
本發(fā)明因此提出一種機(jī)車運(yùn)行信號(hào)監(jiān)測及隔離系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺(tái)機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置、一臺(tái)手持設(shè)備和一臺(tái)管理計(jì)算機(jī)組成。機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置由電源模塊、電壓采集模塊、感應(yīng)電壓采集模塊、八路信號(hào)燈采集隔離模塊、公里標(biāo)讀取模塊、漏電流傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)等組成。其中電壓采集模塊用于監(jiān)測機(jī)車輸入電壓的變化和機(jī)車信號(hào)電源電壓輸出的變化，當(dāng)該電壓超出規(guī)定范圍時(shí)，即把當(dāng)前電壓值連同當(dāng)前監(jiān)測的其它參數(shù)包括當(dāng)前時(shí)間、公里數(shù)作為一條記錄保存到專用存儲(chǔ)器中，其余時(shí)間只監(jiān)測不記錄；感應(yīng)電壓采集模塊用于監(jiān)測軌道電路感應(yīng)電壓值的大小。當(dāng)機(jī)車信號(hào)燈出現(xiàn)調(diào)白燈和頻繁跳變時(shí)，即把當(dāng)前此感應(yīng)電壓值連同當(dāng)前監(jiān)測的其它參數(shù)，包括當(dāng)前時(shí)間和公里數(shù)等作為一條記錄保存到專用存儲(chǔ)器中，其余時(shí)間只監(jiān)測不記錄；八路信號(hào)燈采集模塊用于監(jiān)測八路信號(hào)燈和上/下行開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)八路信號(hào)燈出現(xiàn)調(diào)白燈和頻繁跳變時(shí)或上/下行狀態(tài)改變時(shí)，即將當(dāng)前燈位和上/下行狀態(tài)連同當(dāng)前監(jiān)測的其它參數(shù)，包括當(dāng)前時(shí)間和公里數(shù)等作為一條記錄保存到專用存儲(chǔ)器中，其余時(shí)間只監(jiān)測不記錄。漏電流傳感器用于監(jiān)測機(jī)車輸入電壓對(duì)機(jī)車車體的漏電流的變化。通過漏電電流可計(jì)算出機(jī)車輸入電壓對(duì)車體的絕緣電阻值，當(dāng)絕緣電阻小于規(guī)定范圍時(shí)，即把當(dāng)前此絕緣電阻值連同當(dāng)前監(jiān)測的其它參數(shù)，包括當(dāng)前時(shí)間、公里數(shù)等作為一條記錄保存到專用存儲(chǔ)器中，其余時(shí)間只監(jiān)測不記錄。單片機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)、存儲(chǔ)器、時(shí)間系統(tǒng)及串口等構(gòu)成，執(zhí)行如下程序系統(tǒng)初始化，確定各端口的功能，設(shè)置串口波特率、A/D采樣率、采樣間隔，打開定時(shí)器和全局中斷，系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)如果采樣時(shí)間到，系統(tǒng)進(jìn)入采樣定時(shí)中斷服務(wù)程序，采樣定時(shí)中斷服務(wù)程序完成對(duì)所有參數(shù)的采集和處理；如果本次采集中有某項(xiàng)參數(shù)超標(biāo)，則將本次采集的所有參數(shù)連同時(shí)間和公里標(biāo)信息記錄到專用存儲(chǔ)器中；如果本次采集中無超標(biāo)參數(shù)，系統(tǒng)直接返回主程序，等待下一次采樣時(shí)刻的到來。手持設(shè)備由CPU、顯示屏、鍵盤、串口等構(gòu)成，通過串口將機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置采集到的記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到手持設(shè)備的存儲(chǔ)器中，然后通過串口與管理計(jì)算機(jī)通信，將記錄數(shù)據(jù)導(dǎo)入管理計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析處理、顯示、打印。
本發(fā)明的機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置安置在機(jī)車上，可對(duì)機(jī)車信號(hào)連續(xù)監(jiān)測、隔離并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，普通值班人員根據(jù)報(bào)表即可排除故障，從而保障機(jī)車運(yùn)行安全。本發(fā)明可通過手持設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置進(jìn)行機(jī)車車號(hào)，運(yùn)行區(qū)段，日期，時(shí)鐘校對(duì)等管理操作，使用范圍廣。


圖1為本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)框圖 圖2為信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置模塊關(guān)系3為電壓采集模塊原理圖 圖4為感應(yīng)電壓采集模塊原理5為八路信號(hào)燈采集模塊原理6為公里標(biāo)讀取模塊原理7為單片機(jī)系統(tǒng)工作程序流程9為采樣定時(shí)中斷服務(wù)程序流程8為串口服務(wù)程序流程圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示，本發(fā)明由機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置、手持設(shè)備和管理計(jì)算機(jī)三部分組成。機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置通過串口、手持設(shè)備、串口與管理計(jì)算機(jī)相連，由電源模塊、電壓采集模塊、感應(yīng)電壓采集模塊、八路信號(hào)燈采集模塊、公里標(biāo)讀取模塊、漏電流傳感器、、單片機(jī)系統(tǒng)等組成。單片機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)、存儲(chǔ)器、時(shí)間系統(tǒng)、串口等構(gòu)成。
圖2為機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置模塊關(guān)系圖，描述了各個(gè)模塊和主板之間的連接關(guān)系，圖中標(biāo)有“。”的電路端子都是系統(tǒng)通過航空插頭與外部設(shè)備的接口，系統(tǒng)與外部設(shè)備的接口采用了規(guī)定的格式，此接口形式使系統(tǒng)能與不同的機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)兼容，且便于安裝，只要將對(duì)應(yīng)的插頭互相對(duì)插即可。
機(jī)車110V輸入電壓經(jīng)過漏電流傳感器后接入機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置，一方面它接到裝置的電源模塊上，經(jīng)電源模塊的DC/DC變換，為裝置提供工作電壓；另一方面，它作為裝置監(jiān)測的參數(shù)之一接到電壓采集模塊上，通過電壓采集模塊的隔離和線性變換，輸入到單片機(jī)的A/D采樣端口0，由單片機(jī)進(jìn)行采樣和處理。漏電流傳感器將漏電流的大小轉(zhuǎn)換成電壓量輸出，此電壓量直接輸入到單片機(jī)的A/D采樣端口2，由單片機(jī)進(jìn)行采樣和處理。如果機(jī)車110V輸入電壓對(duì)機(jī)車車體有漏電流存在，漏電流傳感器將有電壓輸出，此漏電流與漏電流傳感器的電壓輸出成線性正比關(guān)系，即U(輸出電壓)＝K*I(漏電流)。機(jī)車信號(hào)電源50V輸出電壓也作為本發(fā)明需要監(jiān)測的參數(shù)之一接到機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置的50V輸入的接線端子上，通過電壓采集模塊的隔離和線性變換，輸入到單片機(jī)的A/D采樣端口1，由單片機(jī)進(jìn)行采樣和處理。感應(yīng)電壓的采集是將軌道電路感應(yīng)線圈的兩端分別接到感應(yīng)電壓采集模塊的S1和S2端子上，此感應(yīng)線圈的輸出為一個(gè)交流小信號(hào)，經(jīng)感應(yīng)電壓采集模塊的隔離、線性放大和真有效值變換后，成為直流電壓量輸入到單片機(jī)的A/D采樣端口3，由單片機(jī)進(jìn)行采樣和處理。機(jī)車八路信號(hào)燈狀態(tài)(L、LU、UU、U、U2、HU、H、B)和上/下行狀態(tài)(U/D)分別通過接線端子接到八路燈信號(hào)采集模塊，由八路信號(hào)燈采集模塊進(jìn)行隔離和線性變換，輸入到單片機(jī)的9個(gè)通用輸入/輸出端口，由單片機(jī)采集這9個(gè)端口的電平狀態(tài)來判斷機(jī)車信號(hào)燈和上/下行狀態(tài)。
單片機(jī)每隔500ms采集一次信息，并將它們看作一條記錄，在采集完成每條記錄后要對(duì)這條記錄進(jìn)行處理，判斷這條記錄中的每條域是否存在超出機(jī)車信號(hào)運(yùn)行正常的情況，如果有，單片機(jī)則從時(shí)間系統(tǒng)和公里標(biāo)采集模塊讀取當(dāng)前時(shí)間和公里數(shù)，并將這條記錄連同時(shí)間和公里數(shù)保存到專用存儲(chǔ)器內(nèi)，值班人員可通過手持設(shè)備將所有的記錄傳到管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。
圖3所示為電壓采集模塊原理圖。為了保證機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)不受本系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)在對(duì)機(jī)車110V電壓和機(jī)車信號(hào)電源輸出50V電壓采集時(shí)，采用Slc800精密線性光耦合器對(duì)采集的電源量進(jìn)行隔離。Slc800精密線性光耦合器由紅外光LED照射分叉配置的一個(gè)隔離反饋光二極管和一個(gè)輸出光二極管組成。反饋光二極管吸收LED光通量的一部分而產(chǎn)生控制信號(hào)，輸出光二極管產(chǎn)生的輸出信號(hào)與LED發(fā)出的伺服光通量成線性比例。Slc800是以電流方式工作的，它的發(fā)光管LED的工作電流IF工作在1-10mA左右，因此用運(yùn)算放大器作為輸入以驅(qū)動(dòng)LETD，反饋光二極管產(chǎn)生電流IP1流過R15+R16，R15+R16接到輸入運(yùn)放的反相輸入端。光電流IP1的值滿足關(guān)系式IP1＝VI/R15+R16(VI為輸入模擬電壓)，此電流與LED電流成正比，比例系數(shù)為反饋傳輸增益K1(K1＝IP1/IF)。同樣輸出光二極管產(chǎn)生的電流IP2流過串聯(lián)的R11和R13，且兩串聯(lián)電阻接到輸出運(yùn)放的正相輸入端，輸出運(yùn)放的輸出端與反相輸入端相連，所以線性隔離后的輸出電壓VO滿足關(guān)系式VO＝IP2*(R11+R13)，此電流與LED電流成正比，比例系數(shù)為正向傳輸增益K2(K1＝IP2/IF)。電阻的選擇基本上滿足R15+R16≈R11+R13，有輸出關(guān)系VO＝VIK3(R11+R13)/(R15+R16)，K3為傳輸增益，是正向增益與伺服增益之比，及K3＝K2/K1，K3的典型值為1。為了抵消K3造成的線性偏差通過調(diào)整電位器R16和R11使K3(R11+R13)/(R15+R16)＝1，來補(bǔ)償K3超出部分，使輸入和輸出的線性關(guān)系比較理想。
圖4示出了感應(yīng)電壓采集模塊原理圖。為了不至于對(duì)機(jī)車信號(hào)主機(jī)接收軌道感應(yīng)信息造成影響，保證行車安全，在軌道感應(yīng)線圈和AD736芯片的輸入端之間插入一個(gè)隔離放大器ISO124，軌道感應(yīng)電壓經(jīng)ISO124隔離后輸入到AD736的高阻抗輸入端，對(duì)輸入的感應(yīng)電壓進(jìn)行“平方→求平均值→開平方”的運(yùn)算而得到感應(yīng)電壓的有效值。
圖5示出了八路信號(hào)燈采集模塊原理圖。八路燈信號(hào)采集模塊將八路信號(hào)燈狀態(tài)經(jīng)隔離后提供給其它用戶設(shè)備使用，這種經(jīng)隔離后的八路燈信號(hào)，當(dāng)其它用戶在使用過程中出現(xiàn)對(duì)這些信號(hào)的短路、過流、過壓等不正確操作時(shí)，將不會(huì)對(duì)機(jī)車上的八路信號(hào)燈狀態(tài)造成影響。為了保證采集時(shí)系統(tǒng)不會(huì)影響機(jī)車上八路燈信號(hào)和上/下行的狀態(tài)，八路燈信號(hào)和上/下行開關(guān)量的采集選用光耦隔離器TLP521-4和4N35兩種芯片。TLP521-4和4N35在用法上完全相同，TLP521-4是四路的光耦隔離器，4N35只是一路光耦隔離器。當(dāng)某路信號(hào)為高電平50V時(shí)，經(jīng)分壓和穩(wěn)壓后使光耦的輸入端的發(fā)光二極管導(dǎo)通，導(dǎo)致光耦隔離器的輸出端光敏三極管飽和導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)輸出為高電平。反之，當(dāng)某路信號(hào)為低電平0V時(shí)，光耦輸入端的發(fā)光二極管不導(dǎo)通，導(dǎo)致光耦隔離器的輸出端光敏三極管關(guān)斷，對(duì)應(yīng)輸出為低電平。
圖6所示為公里標(biāo)讀取模塊原理圖。列車TAX2箱每隔50ms以RS-485格式實(shí)時(shí)向外發(fā)送一次列車信息，其中包括列車的公里標(biāo)信息。為了保證系統(tǒng)在工作中不會(huì)影響TAX2，公里標(biāo)讀取芯片選用了電器完全隔離的RS-485通信數(shù)據(jù)接口芯片MAX1480B，MAX1480B的信號(hào)和電源通過隔離阻擋層傳遞。電源由邏輯側(cè)(非隔離側(cè))通過中心抽頭變壓器傳遞到阻擋層的隔離側(cè)，通過阻擋層的信號(hào)經(jīng)由光耦合器傳到邏輯側(cè)。它一般具有隔離幾千伏峰值的能力，能使檢測單元的數(shù)據(jù)不受干擾，也使系統(tǒng)出了故障而不影響其他單元。公里標(biāo)信息經(jīng)MAX1480B轉(zhuǎn)換成RS-232格式的信息，由單片機(jī)的UART口接收，圖中74HC86芯片用于控制信號(hào)的發(fā)送。
圖7是機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置的單片機(jī)工作程序流程圖，即單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集和處理的程序流程圖。如圖7所示，在上電復(fù)位后，單片機(jī)首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，確定各端口的功能，并設(shè)置串口波特率(19200bps)、A/D采樣率(8MHz/16)、采樣間隔(500ms)，并打開定時(shí)器和全局中斷，系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)。如果采樣時(shí)間(500ms)到，系統(tǒng)進(jìn)入采樣定時(shí)中斷服務(wù)程序，如9所示，采樣定時(shí)中斷服務(wù)程序中完成對(duì)所有參數(shù)的采集和處理。如果本次采集中有某項(xiàng)參數(shù)超標(biāo)，則將本次采集的所有參數(shù)連同時(shí)間和公里標(biāo)信息記錄到存儲(chǔ)器中。如果本次采集中無超標(biāo)的參數(shù)，系統(tǒng)直接返回主程序，等待下一次采樣時(shí)刻的到來。
機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置安裝在機(jī)車上，機(jī)車在出車前應(yīng)該進(jìn)行一次校準(zhǔn)，即操作人員通過手持設(shè)備從管理計(jì)算機(jī)取得當(dāng)前時(shí)間和本機(jī)車的機(jī)車編號(hào)，通過對(duì)機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置的校準(zhǔn)操作，將這些初始化信息下載到本裝置上。同時(shí)值班人員需要獲取本裝置的數(shù)據(jù)時(shí)，也可通過手持設(shè)備將本裝置采集的超標(biāo)數(shù)據(jù)傳送到管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、打印和顯示。這些通過手持設(shè)備的“校準(zhǔn)”和“取數(shù)”操作都是通過串口通信實(shí)現(xiàn)的。機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置在初始化完畢后，除了進(jìn)行參數(shù)的500ms定時(shí)采樣外，如有串口通信中斷請(qǐng)求，則進(jìn)入串口中斷服務(wù)程序中，如圖8所示，串口中斷服務(wù)程序首先判斷是“取數(shù)”還是“校準(zhǔn)”命令，如是“取數(shù)”命令則將所有保存在存儲(chǔ)器的記錄傳給手持設(shè)備，如是“校準(zhǔn)”命令，則從手持設(shè)備接收當(dāng)前時(shí)間和機(jī)車編號(hào)信息。該裝置監(jiān)測周期為0.5秒，即每隔0.5秒對(duì)所有影響機(jī)車信號(hào)的參數(shù)采集一次，所有采集均為光電隔離工作模式。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)車信號(hào)運(yùn)行監(jiān)測及隔離系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括一臺(tái)信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置、一臺(tái)手持設(shè)備和一臺(tái)管理計(jì)算機(jī)，該信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置由電源模塊、電壓采集模塊、感應(yīng)電壓采集模塊、八路信號(hào)燈采集模塊、公里標(biāo)讀取模塊、漏電流傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)等組成，電壓采集模塊經(jīng)過漏電流傳感器與機(jī)車輸入電壓相接，用于監(jiān)測機(jī)車輸入電壓的變化，通過接線端子與機(jī)車信號(hào)電源輸出電壓相接，用于監(jiān)測機(jī)車信號(hào)電源電壓輸出的變化；感應(yīng)電壓采集模塊通過端子分別與軌道電路感應(yīng)線圈兩端相連，用于監(jiān)測軌道電路感應(yīng)電壓的變化；八路燈信號(hào)采集模塊通過接線端子與機(jī)車八路信號(hào)燈狀態(tài)(L、LU、UU、U、U2、HU、H、B)和上/下行狀態(tài)(U/D)連接，用于監(jiān)測八路信號(hào)燈和上/下行狀態(tài)；漏電流傳感器通過接線端子分別與電壓采集模塊、電源模塊及機(jī)車輸入電壓相連，用于監(jiān)測機(jī)車輸入電壓對(duì)機(jī)車車體漏電流的變化，并分別輸入到單片機(jī)的相應(yīng)采樣端口，由單片機(jī)進(jìn)行采樣和處理；該手持設(shè)備由CPU、串口、顯示屏和鍵盤構(gòu)成，可通過串口將機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置采集的記錄數(shù)據(jù)用通信的方式導(dǎo)入管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電壓采集模塊通過Slc800精密線性光耦合器對(duì)采集的電源量信號(hào)進(jìn)行線性隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述感應(yīng)電壓采集模塊通過在軌道感應(yīng)線圈和AD736芯片的輸入端之間插入一隔離放大器ISO124，將軌道感應(yīng)電壓經(jīng)隔離后再輸入到AD736芯片進(jìn)行感應(yīng)電壓有效值變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于八路信號(hào)燈采集模塊通過光耦隔離器TLP521-4、4N35兩種芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于公里標(biāo)讀取模塊通過電氣完全隔離的RS-485通訊數(shù)據(jù)接口芯片MAX1480B，將公里標(biāo)信息由RS-485格式轉(zhuǎn)換到RS-232格式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置，手持設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)組成，手持設(shè)備通過串口將信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置采集到的數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)存到其存儲(chǔ)器中，然后通過串口與管理計(jì)算機(jī)通信，將記錄數(shù)據(jù)導(dǎo)入管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理、統(tǒng)計(jì)，打印報(bào)表和運(yùn)行曲線。本發(fā)明機(jī)車信號(hào)監(jiān)測及隔離裝置部分安置在機(jī)車上，可對(duì)機(jī)車信號(hào)連續(xù)監(jiān)測、隔離并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，及時(shí)排除行車安全隱患，從而保障機(jī)車安全運(yùn)行。本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)接口，可以對(duì)任何機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，適用范圍廣。
文檔編號(hào)B60L3/00GK1763789SQ20041008387
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月21日
發(fā)明者史天運(yùn), 馮云梅, 蔣秋華, 郭洪軍, 陳民生, 王成, 于鑫 申請(qǐng)人:北京經(jīng)緯信息技術(shù)公司