专利名称：应用于铁道机车的gps定位装置的制作方法
技术领域：
本发明属于铁道机车安全设备控制技术领域，具体涉及一种集授时、定位、测速于一体的应用于铁道机车的GPS定位装置。
背景技术：
目前，大多数系列的铁道安全行车设备中使用的授时、定位和测速的方法如下授时大多数系列的安全行车设备采用的时间依据是人为修改装备时间，这样会造成各个设备运行的时刻不同步，有的甚至相差很大，造成了很多不必要的麻烦。
定位我国目前的系列安全行车设备采用的是将地面运行参数预存的“车载模式”，此种模式明显的不足之处在于在机车运行过程中，若要使机车识别的线路状态与实际的线路状态相吻合，乘务员要对监控装置进行较多的干预。
测速目前的系列安全行车设备采用的速度都是通过轮轴速度传感器采样的速度，其本身存在机械缺陷当轮对发生空转和轮滑时，其速度就会失真。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的时间不同步、误差大、自动化程度不高等缺陷，提供一种集授时、定位、测速于一体的应用于铁道机车的GPS定位装置。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该应用于铁道机车的GPS定位装置包括GPS接收模块，还包括控制器、存储器、键盘驱动、数码管显示和数据通信模块，所述的GPS接收模块与控制器连接，GPS接收模块接收GPS信号传输给控制器，控制器对GPS信号进行处理后，将结果通过数码管显示出来，且由数据通信模块对外实现数据通信，所述数据通信模块包括2路CAN总线、1路RS232总线和1路RS485总线，CAN总线、RS232总线、RS485总线与控制器之间，连接有对外电气隔离的光耦，所述的存储器、键盘驱动和2路CAN总线通过内部并行总线与控制器连接。
所述的存储器包括程序存储器和数据存储器，所述程序存储器为AM27C256，所述数据存储器为WS62256。
所述的控制器为单片机DS80C320。
所述的2路CAN总线连接于控制器DS80C320的P0.0-P0.7口，总线控制器为SJA1000，总线控制器SJA1000与总线驱动器82C250连接。
所述的键盘驱动为SN74HC245。
所述的控制器上还连接有LED显示，所述用于驱动数码管显示和LED显示的驱动芯片为MAX7219。
所述的控制器上连接有一为整个系统上电复位、手动复位、电压监视以及软件看门狗电路功能的DS1232芯片。
所述的CAN总线、RS232总线、RS485总线与控制器之间，连接的对外电气隔离的光耦为6N137C。
所述的GPS定位系统通过数据通信接口与机车总监控系统相连。
本发明所产生的有益效果是本发明的应用于铁道机车的GPS定位装置，集授时、定位、测速于一体，该定位装置能够获取运行中机车的时间、位置、速度，并可通过与机车总监控系统相连，为其提供统一的时间、位置、速度等精确参数，使总监控系统的控制更加具有实时性和准确性，实现了机车自动开车对标功能、自动粗略定位，进入支线后自动判别，总监控系统利用GPS的定位功能在总监控系统的正常应用过程中，能够进行位置自动识别，减少了其对乘务员的依赖程度，提高了铁道机车运行的自动化程度。
图1为本发明系统总体方框图；图2为本发明数据通信模块方框图；图3为本发明人机界面示意图；图4为本发明控制器部分电路图；图5为本发明程序存储器电路图；图6为本发明数据存储器电路图；图7为本发明键盘驱动电路图；图8为本发明其中一路CAN总线控制电路图；图9为本发明其中一路CAN总线驱动电路图；图10为本发明RS232总线驱动电路；图11为本发明RS485总线驱动电路；图12为本发明用于驱动数码管显示的驱动电路；图13为本发明数码管显示电路；图14为本发明总线数据锁存器电路；图15为本发明LED信号显示。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步的详细描述。
本发明主要是针对铁道机车上总监控系统的一种集授时、定位、测速于一体的应用于铁道机车的GPS定位装置，为实现铁道机车的全自动监控和运行，机车需要根据GPS提供的时间、位置、速度等参数对全车进行监控，其总监控系统在以下几个功能方面可实现自动化1、在“开车对标”点实现自动开车对标功能。
2、在全自动闭塞区间的信号机位置，装置可进行位置及距离的自动粗略定位。
3、在半自动闭塞区间预告机前可以增加一个或多个“绝对校正”点实现装置的自动粗略定位。
4、在机车进入支线后，装置可进行自动判别。
5、监控装置可利用GPS提供的速度信息，消除因为机车空转会造成监控装置过大的位置误差。
6、可以识别“过分相断”、“过分相合”、“鸣笛”等点位，使装置能够进行相应控制。
机车要实现以上若干自动化功能，首先，需要采集存储以上各个点位的GPS时间、地理坐标信息。然后，系统在运行过程中，根据GPS提供的实时地理坐标信息，监控装置通过与存储的地理坐标信息比较，从而实现装置位置的校核与自动定位。
需要采集的GPS地理坐标信息分类如下关键地理坐标位置1、车站中心位置2、开车对标位置3、各种类型信号机位置4、特殊区段位置5、公里标突变位置6、地面特殊点校正位置7、特殊语音位置8、过分相“断”位置9、过分相“合”位置一般地理坐标位置把这些在信号机之间插入的地理坐标位置，标记为一般地理坐标位置。
GPS固定点测距首先进行固定点静态测量经纬度。测量方法是在固定点由计算机连接GPS模板，进行记录经纬度，大约记录15～20分钟，并且取记录的经纬度的平均值。其次进行随机车动态测量。动态测量的方法是由监控程序自动记录固定点的经纬度和速度方向，并且取10次以上的平均值。通过两种测量结果的比较误差最大在40米内，说明动态测量和静态测量误差不大。由于固定点静态测量相当麻烦，一天只能测量几个点，因此，在做大量固定点测量时，采用机车动态测量方法。建议地面数据的GPS点的数据是由动态测量的平均值。本次试验中测量的固定点有开车点、开车后第一信号机前200米点，预告信号机前200米点。
对于GPS点的位置精度进一步确定，根据GPS校正后，200米后的信号机会再一次进行校正，此时的校正距离作一个统计表，在进行多次统计后，计算其平均值，把其平均值加入地面数据里GPS点的前方距离。这样地面数据的GPS点的位置相对更精确些。
GPS固定点距离校正在地面数据里增加固定点的GPS信息，监控程序在过分区时，提取当前车站前后5个车站的GPS点信息，目前为10个点，组成一个GPS信息表。从GPS车载系统传来的GPS信息(1秒钟1次)与GPS信息表比较。如果与信息表中的某一点比较，经纬度相差在60以内(经纬度最后一位数的1表示1.8519米)，速度方向相差在30度以内，则单独提取这一点，并且用这一点与以后从GPS车载系统传来的信息比较。假如提出的这一点称为“点1”，点1与当前GPS信息的距离S0和点1与上一次GPS信息的距离S1进行比较，如果S0＜S1，则上一次GPS信息＝当前GPS信息，如果S0＞＝S1，则上一次GPS信息为最短距离，程序根据点1来查找地面数据，并且进行定位。并且把上一次GPS信息保存下来，如果后面还有GPS信息的距离比它小，则取更小的那次再进行定位，定位计算了1秒钟的延时和通信延时，此方法为最短距离法。
GPS开车点开车对标在降级状态下，根据司机输入的站号，提取此站号前后5个站共10点的开车点GPS信息，是否是开车点由地面数据的开车标志来判断，组成GPS开车点信息表，当司机重新设定参数后，此表重新提取。由于站场每一股道的开车点不在同一点上，故扩大比较范围，当GPS信息的经纬度与GPS开车点信息表的某一点经纬度比较相差在120以内，速度方向30米以内，则从GPS开车点信息表中提取这一点“点1”，由于站场的复杂性，开能有2个(S，S’)或2个以上最短距离点。采用最短距离法确定的GPS点有一定的误差，故在最短距离法的前提上加了一个速度判断，当速度满足一定速度(20KM/H)后再用最短距离法。并且加上在开车后的第一信号机前200米进行距离校正。故开车点控制基本上比较完善。
本发明的装置就是为总监控系统提供精确时间、位置、速度等参数的集授时、定位、测速于一体的车用GPS定位装置，其具体的实施方式如下如图1所示，本发明的装置包括GPS接收模块，控制器、存储器、键盘驱动、数码管显示和数据通信模块，GPS接收模块与控制器连接，GPS接收模块接收GPS信号传输给控制器，控制器对GPS信号进行处理后，将结果通过数码管显示出来，且由数据通信模块对外实现数据通信，存储器、键盘驱动和数据通信模块通过内部并行总线与控制器连接，控制器为8051系列单片机的最小系统，采用单片机DS80C320，如图4所示，单片机DS80C320连接一能产生11.0592MHz的晶振，为该装置正常工作提供时钟信号，单片机DS80C320的复位端，连接有一为整个系统上电复位、手动复位、电压监视以及软件看门狗电路功能的DS1232芯片。单片机DS80C320的P0.0-P0.7口与P2.0-P2.7口分别构成外部并行总线。单片机P2.0-P2.7口的总线上，连接有一个总线数据锁存器74HC573，如图14。
如图2所示，本发明的数据通信模块包括有2路CAN总线、一个RS232串口和一个RS485串口，各个通信收发器与控制器之间，都连接有光电隔离装置，以排除不必要的干扰，控制器上还连接有一个能驱动数码管和LED的显示驱动芯片。
2路CAN总线控制器芯片采用的是SJA1000完成(如图8)；为了完整接收GPS接收模块发送的所有信息并实现信息的接收、筛选与验证，电路设计上留有32K的数据存储器WS62256用于数据缓存(如图6)，同时留有32K的程序存储器AM27C256(如图5)；键盘的驱动由一片SN74HC245完成(如图7)。
GPS数据通信模块主要功能是完成CAN总线、RS485总线、RS232总线的驱动和对外的电气隔离，图9为其中2路CAN总线中1路驱动电路图，其驱动芯片82C250与CAN控制芯片间，连接有光耦6N137。图10为RS232总线驱动电路，其驱动芯片TSC232IJE与控制器之间也连接有光耦6N137，以减少对控制器的干扰，图11为RS485总线驱动电路，其驱动芯片MAX487E与控制器之间也连接有光耦6N137C。显示驱动由一片串行的显示驱动芯片完成，芯片的型号为MAX7219，如图12，驱动7个8段数码管(如图13)和8个LED显示(如图15)；本装置电源由一个5W的电源模块完成，电源模块将外部输入+12V电源转换为系统所需的+5V。
由图7中的键盘、8个图13中的数码管和8个图15中的LED显示，构成了如图3所示的人机界面，用于模式选择和显示输出结果，在缺省状态数码显示标准的时间时/分/秒。控制人员可以通过按键与按键组合显示其他内容，例如日期、速度、高度、速度方向、经纬度等等信息。
权利要求
1.一种应用于铁道机车的GPS定位装置，包括GPS接收模块，其特征在于还包括控制器、存储器、键盘驱动、数码管显示和数据通信模块，所述的GPS接收模块与控制器连接，GPS接收模块接收GPS信号传输给控制器，控制器对GPS信号进行处理后，将结果通过数码管显示出来，且由数据通信模块对外实现数据通信，所述数据通信模块包括2路CAN总线、1路RS232总线和1路RS485总线，CAN总线、RS232总线、RS485总线与控制器之间，连接有对外电气隔离的光耦，所述的存储器、键盘驱动和2路CAN总线通过内部并行总线与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的应用于铁道机车的GPS定位装置，其特征在于所述的存储器包括程序存储器和数据存储器，程序存储器为AM27C256，数据存储器为WS62256。
3.根据权利要求2所述的应用于铁道机车的车用GPS定位装置，其特征在于所述的控制器为单片机DS80C320。
4.根据权利要求1或2或3所述的应用于铁道机车的GPS定位装置，其特征在于所述的2路CAN总线连接于控制器DS80C320的P0.0-P0.7口，总线控制器为SJA1000，总线控制器SJA1000与总线驱动器82C250连接。
5.根据权利要求4所述的应用于铁道机车的GPS定位装置，其特征在于所述的键盘驱动为SN74HC245。
6.根据权利要求5所述的应用于铁道机车的GPS定位装置，其特征在于所述的控制器上还连接有LED显示，所述用于驱动数码管显示和LED显示的驱动芯片为MAX7219。
7.根据权利要求6所述的应用于铁道机车的车用GPS定位装置，其特征在于所述的控制器上连接有一为整个系统上电复位、手动复位、电压监视以及软件看门狗电路功能的DS1232芯片。
8.根据权利要求1或7所述的应用于铁道机车的GPS定位装置，其特征在于所述的CAN总线、RS232总线、RS485总线与控制器之间，连接的对外电气隔离的光耦为6N137C。
9.根据权利要求8所述的应用于铁道机车的GPS定位装置，其特征在于所述的GPS定位系统通过数据通信接口与机车总监控系统相连。
全文摘要
本发明公开了一种集授时、定位、测速于一体的应用于铁道机车的GPS定位装置，其通过接收GPS信号，获取在机车运行当中的精确时间、位置和速度，并将该系列参数实时传送给机车总监控系统，提高了铁道机车运行的自动化程度；该装置包括GPS接收模块、控制器、存储器、键盘驱动和数据通信模块，所述的GPS接收装置与控制器连接，所述数据通信模块包括2路CAN总线接口、1个RS232接口和1个RS485接口，所述的存储器、键盘驱动和数据通信模块通过内部并行总线与控制器连接。
文档编号B61L25/00GK1740810SQ200510031899
公开日2006年3月1日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者吕浩炯, 张家欢 申请人:中国南车集团株洲电力机车研究所