專利名稱：故障安全型紅外線雙向應答器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及故障安全技術領域和査詢應答器領域，尤其涉及軌道 交通運行控制領域特定需求下的應答器系統(tǒng)。
背景技術：
軌道交通運行控制領域中需要使用査詢應答器系統(tǒng)，用于車輛的準確 定位，其特定領域要求應答器系統(tǒng)具備雙向數(shù)據(jù)通信能力，車載閱讀器和 地面應答器都能輸出信號給各自的控制系統(tǒng)，因此車載閱讀器和地面應答
器應做成對稱結構；具備故障導向安全功能，因此系統(tǒng)應使用故障安全理 論和容錯技術設計；具備較高的通信可靠性和寬角度的通信覆蓋范圍，因 此系統(tǒng)應使用各種冗余技術；具有較低的電磁輻射水平，避免干擾業(yè)已安 裝使用的射頻應答器。針對以上特點，用于軌道交通車輛定位的雙向應答 器系統(tǒng)與一般性的射頻應答器系統(tǒng)在結構上有重大差異。
目前現(xiàn)存的查詢應答器系統(tǒng)大部分采用射頻技術實現(xiàn)，包括各種有源 和無源應答器系統(tǒng)，使用的頻率范圍為125kHz lGHz。射頻應答器的特點 是信息量多；存在較強的電磁輻射，多套應答器近距離同時工作可能相互 干擾；不具備故障導向安全的特性；標簽是孤立的，不能輸出信號給其他 系統(tǒng)。申請?zhí)枮?1808272.6的專利描述一種用于通信系統(tǒng)的光應答器， 能夠將電信號轉化為光信號并饋送到另一端。申請?zhí)?00580025167. 2的專 利描述了一種低成本聲頻應答器定位系統(tǒng)，由基站和應答器標簽組成；使 用聲頻信號進行通信以確定標簽在有界的3D空間中的位置。以上應答器產(chǎn)
品和專利其標簽都是孤立的，不能輸出信號給連接的相關控制系統(tǒng)；不具
3備故障導向安全的特性；。
如何設計一種能夠有效的滿足上述需求的適用于軌道交通運行控制的 故障-安全型應答器系統(tǒng)是技術人員要解決的問題。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型需要解決的技術問題是提供了一種適用于軌道交通運行控 制特定領域的故障安全紅外線雙向應答器系統(tǒng)，旨在解決上述的問題。
為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的 本實用新型包括 一個安裝在移動車輛上的車載閱讀器和一個安裝軌 旁的地面應答器；車載閱讀器和地面應答器由各自的發(fā)射單元、接收單元
以及相對應的紅外線收發(fā)陣列構成。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是能夠可靠實現(xiàn)車輛和地 面的雙向紅外線數(shù)據(jù)通信，閱讀器和應答器都能輸出信號給各自的控制系 統(tǒng)，滿足了車輛準確定位的需求；實現(xiàn)了設備故障導向安全，提高軌道交 通運行的安全性；不干擾附近位置的射頻應答器系統(tǒng)，提高了設備的適應 性。


圖l為本實用新型結構示意圖2為圖1中發(fā)射單元結構示意圖3為圖1中接受單元結構示意圖4為圖1中紅外線陣列結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述 由圖l、圖2、圖3、圖4可見本實用新型包括 一個安裝在移動車
輛上的車載閱讀器和一個安裝軌旁的地面應答器；車載閱讀器和地面應答
器由各自的發(fā)射單元1、接收單元2以及相對應的紅外線收發(fā)陣列3構成；本實用新型中車載閱讀器和地面應答器的發(fā)射單元1、接收單元2硬件 結構相同，但軟件控制邏輯和動作時序不同。
所述的發(fā)射單元1包括 一組主電路和至少一組以上的、與主電路相
同的備用電路；所述的主電路和備用電路連接切換電路9，切換電路9與紅 外線陣列相連；所述的主電路包括依次連接的CPU5、編碼電路6、調制 電路7以及與切換電路9相連的驅動電路8;
所述的接收單元2包括三個相同的解碼器；所述的解碼器包括連 接紅外線陣列的隔離整形電路11;隔離整形電路11通過CPU12與監(jiān)督定
時器13連接；三個解碼器中的CPU分別與三中取二表決器14相連；三中
取二表決器14通過故障一安全驅動電路15與安全繼電器16相連；安全繼
電器16分別與三個解碼器中的CPU相連；
所述的安全繼電器16是重力式安全繼電器或者是帶強制導向接點的彈 力式安全繼電器；
由圖4可見所述的紅外線收發(fā)陣列3采用多組紅外線發(fā)射管和接收 管在空間位置上交替排列而成；
本實用新型的主要原理是地面應答器將系統(tǒng)預存的數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼、調 帝ij，驅動880nm或940nm波長的紅外線收發(fā)陣列3，發(fā)射扇形寬角度紅外光
束。當車輛越過地面應答器時，調制紅外光束照射到車載閱讀器的紅外線 收發(fā)陣列3，產(chǎn)生相應的光電流，并經(jīng)過隔離、整形，濾除干擾噪聲后，送 入微處理器解碼，恢復出原始數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)經(jīng)過和車載預存的數(shù)據(jù)比較一 致后，送入故障一安全型驅動電路15產(chǎn)生輸出電壓，驅動安全繼電器16 吸起，輸出有效信號給連接的相關控制系統(tǒng)。車載閱讀器向地面發(fā)送數(shù)據(jù) 的過程和上述過程類似。車載閱讀器和地面應答器的通信在時間上交替進 行，采用相同的載波頻率。
地面應答器將預存的若干字節(jié)數(shù)據(jù)送入編碼電路6，將用戶信息附加上CRC校驗碼，以提高抗干擾能力，然后進行脈沖調制7。調制用的載波通常 選定33kHz 56kHz的矩形波，占空比1/3，也可以選擇別的頻率和占空比。 頻率和占空比的選擇由使用的紅外線接收管決定。脈沖調制的方法是數(shù)據(jù) 信號先反相，再和載波進行"與"操作。脈沖調制的結果是數(shù)據(jù)位為"1" 時，調制輸出恒為"0"，無載波；調制數(shù)據(jù)位為"0"時，輸出為載波，即 輸出載波的持續(xù)時間就是數(shù)據(jù)位"0"時間寬度。調制信號經(jīng)過驅動電路8 放大后，送入紅外線收發(fā)陣列3，轉化成紅外線光信號，向外輻射。
由圖2可見為提高發(fā)射電路的可靠性，發(fā)射單元l采用雙機熱備的 硬件冗余結構。具體方法是發(fā)射電路環(huán)節(jié)(5) (8)安裝相同的兩套， 一套為主發(fā)射電路， 一套為備用發(fā)射電路。主、備發(fā)射電路同時工作，具 體哪套電路向后級輸出由切換電路9控制，切換電路又受故障檢測電路10 控制。主發(fā)射電路工作正常時，故障檢測電路10輸出"主輸出"指令給切 換電路9，此時主發(fā)射電路的信號經(jīng)過切換電路輸出，驅動紅外線收發(fā)陣列 3。當故障檢測電路10檢測出主發(fā)射電路故障時，就發(fā)出"備用輸出"指 令，切換電路9斷開主發(fā)射電路的輸出，接通備用發(fā)射電路，其輸出信號 經(jīng)過切換電路送入紅外線收發(fā)陣列3，同時故障檢測電路發(fā)出"主發(fā)射電路 故障"的報警，提醒用戶及時檢修。
接收單元2采用故障一安全型結構實現(xiàn)，具體方法是解碼處理使用三 中取二的容錯電路，隔離整形電路11、 CPU12和監(jiān)督定時器13組成一個 解碼器，整個接收單元共有三個相同的解碼器，見圖3中的三個虛線框。三 個解碼器各自獨立工作，其解碼的輸出為"有效"指令和"無效"指令兩 種。三路解碼輸出送入三中取二表決器14。表決器14按照大數(shù)表決的模式 工作，當三路解碼輸出有兩路或三路均為"有效"指令時，表決器14輸出 "有效"指令；若三路解碼輸出有兩路或三路均為"無效"指令時，表決 器14輸出"無效"指令。單個解碼器的故障不影響系統(tǒng)正常運行。為了保
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證安全，表決器14也是故障一安全結構的，即表決器故障時，總輸出"無
效"指令，防止了系統(tǒng)誤動。
為了提高運行的穩(wěn)定性，各解碼器還帶有獨立的監(jiān)督定時器13。CPU12 工作正常時，定時發(fā)送刷新脈沖給監(jiān)督定時器13。若CPU12未在規(guī)定時間 內(nèi)發(fā)刷新脈沖給監(jiān)督定時器13，通常表明CPU12產(chǎn)生了故障，監(jiān)督定時器 13將自動產(chǎn)生復位信號，促使CPU12復位，重新引導執(zhí)行程序，恢復正常 工作。使用監(jiān)督定時器13，可以有效地提高CPU抗突發(fā)干擾的能力，提高 了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
表決器14的輸出指令保證了邏輯輸出的正確性，執(zhí)行環(huán)節(jié)的正確性由 故障一安全驅動電路15和安全繼電器16保證。普通的驅動電路，當驅動 電路故障時，輸出高低電平的幾率是相同的，若輸出高電平，則繼電器16 吸起，常開接點閉合，產(chǎn)生危險輸出，這是絕對不允許的。如果使用普通 繼電器，萬一產(chǎn)生接點熔接、卡死等故障，即使繼電器線圈無電，常開接 點也可能閉合，從而產(chǎn)生危險輸出。因此安全系統(tǒng)的輸出必須使用故障一 安全驅動電路15和安全繼電器16的組合形式。驅動電路15采用動態(tài)脈沖 驅動，在接收到特定頻率和特定幅度的脈沖信號后，內(nèi)部的電容充、放電 路電路按特定節(jié)拍順序動作，產(chǎn)生電流輸出。當電路中的任一元件故障時， 包括開路、短路故障，充、放電電路都會缺乏必須的工作條件而停止工作， 電容上原先的電荷在很短的時間泄放殆盡，最終無電流輸出，繼電器(16) 落下，實現(xiàn)了故障一安全。
本系統(tǒng)還采用了閉環(huán)控制的模式。繼電器16的輸出狀態(tài)被反饋到 CPU12進行監(jiān)督。當發(fā)生接點熔接或卡死的故障時，安全繼電器16的強制 導向結構確保其各組接點都是聯(lián)動的，即所有的前接點狀態(tài)都一致，所有 的后接點狀態(tài)也一致。通過接點狀態(tài)的反饋，能夠實時檢測繼電器16的狀 態(tài)，經(jīng)與CPU12的解碼輸出比對，即可知繼電器工作是否正常。若不正常，則及時報警，導向了運用安全。閉環(huán)模式和安全繼電器16的配合使用，消
除了繼電器故障無法檢測的隱患。在閉環(huán)控制模式下，通過驅動電路15和 安全繼電器16的協(xié)同，保證了系統(tǒng)最終執(zhí)行輸出的安全性。
考慮到車載閱讀器和地面應答器通信時，位置可能不完全對準，從而 造成紅外線光束不能完全對準接收管，產(chǎn)生通信丟碼。為了保證通信的可 靠，降低丟碼現(xiàn)象，系統(tǒng)采用了紅外線收發(fā)陣列3。該陣列接收采用器件冗 余和空間冗余技術，其結構示意圖見圖4。具體實施方法時采用多支發(fā)射管 和多支接收管，發(fā)射管和接收管空間位置交替排列，和單管收發(fā)相比，紅 外線的發(fā)射角度和接收角度大大拓寬，形成較寬的面狀覆蓋范圍；電路設 計上保證任意一支接收管接收到紅外線信號即表示陣列接收到紅外線信 號，任意一支發(fā)射管發(fā)射的紅外線光束的強度都能保證接收設備可能動作； 以上兩方面的措施提高了通信的可靠性。以車載閱讀器為例，陣列使用3 支紅外線發(fā)射管17、 19和21，使用3支接收管18、 20和22。發(fā)射管和接 收管只要有任意一支發(fā)射管的紅外光束能夠對準接收設備即能可靠通信， 同理只要有任意一支接收管能夠收到發(fā)射設備的紅外光束即能可靠通信。
雖然本實用新型已對有限數(shù)目的實例做了描述，但應知道，本實用新 型可以在附錄的權利要求范圍內(nèi)進行很多變化、改進和其他應用。
權利要求1、一種故障安全型紅外線雙向應答器系統(tǒng)，其特征在于包括一個安裝在移動車輛上的車載閱讀器和一個安裝軌旁的地面應答器；車載閱讀器和地面應答器由各自的發(fā)射單元(1)、接收單元(2)以及相對應的紅外線收發(fā)陣列(3)構成。
2、 根據(jù)權利要求1所述的故障安全型紅外線雙向應答器系統(tǒng)，其特征 在于所述的發(fā)射單元(1)包括 一組主電路和至少一組以上的、與主電 路相同的備用電路；所述的主電路和備用電路連接切換電路(9)，切換電 路(9)與紅外線陣列相連；所述的主電路包括依次連接的CPU (5)、編碼電路(6)、調制電路(7)以及與切換電路(9)相連的驅動電路(8)。
3、 根據(jù)權利要求1所述的故障安全型紅外線雙向應答器系統(tǒng)，其特征在于所述的接收單元(2)包括三個相同的解碼器；所述的解碼器包括 連接紅外線陣列的隔離整形電路(11);隔離整形電路(11)通過CPU (12) 與監(jiān)督定時器(13)連接；三個解碼器中的CPU分別與三中取二表決器(14) 相連；三中取二表決器(14)通過故障一安全驅動電路(15)與安全繼電 器(16)相連；安全繼電器(16)分別與三個解碼器中的CPU相連。
4、 根據(jù)權利要求1所述的故障安全型紅外線雙向應答器系統(tǒng)，其特征 在于所述的紅外線收發(fā)陣列(3)采用多組紅外線發(fā)射管和接收管在空間 位置上交替排列而成。
5、 根據(jù)權利要求3所述的故障安全型紅外線雙向應答器系統(tǒng)，其特征在于所述的安全繼電器(16)是重力式安全繼電器或者是帶強制導向接點的彈力式安全繼電器。
專利摘要本實用新型涉及一種故障安全型紅外線雙向應答器系統(tǒng)，包括一個安裝在移動車輛上的車載閱讀器和一個安裝軌旁的地面應答器；車載閱讀器和地面應答器由各自的發(fā)射單元(1)、接收單元(2)以及相對應的紅外線收發(fā)陣列(3)構成；本實用新型的有益效果是能夠可靠實現(xiàn)車輛和地面的雙向紅外線數(shù)據(jù)通信，閱讀器和應答器都能輸出信號給各自的控制系統(tǒng)，滿足了車輛準確定位的需求；實現(xiàn)了設備故障導向安全，提高軌道交通運行的安全性；不干擾附近位置的射頻應答器系統(tǒng)，提高了設備的適應性。
文檔編號G08C23/00GK201357843SQ20092006800
公開日2009年12月9日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權日2009年2月24日
發(fā)明者迥 周, 周巧蓮, 迪 楊, 拓 沈, 王方程, 馬全松 申請人:上海申通軌道交通研究咨詢有限公司