铁路仿真沙盘控制系统的制作方法

本实用新型涉及轨道交通沙盘动态仿真技术领域，具体为一种铁路仿真沙盘控制系统。

背景技术：

轨道交通行业是我国迅速发展的基础行业，随着现代通信技术、计算机技术、微电子技术、物联网技术等的发展，进一步提高轨道交通的可靠性、安全性、提高铁路运行速度和密度，是铁路管理和运营的关键性问题。轨道交通沙盘动态仿真铁路管理和运营，可仿真现场，也可以设置各类故障，既可以验证铁路运营模式效率和安全可靠性、也可以培训铁路站务人员和电务人员。

全国各个铁路相关高校和铁路运营部门正在大力建设铁路沙盘，而动态仿真的沙盘的关键技术在于沙盘模型的控制系统。沙盘模型控制系统是运用轨道交通铁道信号专业的知识及单片机相关知识，通过对信号灯、道岔、发车表示器、停车紧急按钮主控板硬件电路设计，给出列车信息表示，控制模型列车在沙盘轨道上按指令运行，实现列车运行的高效性、安全性、可靠性。

由于铁路信号沙盘属于生产数量少，参与公司多，沙盘大小不一，所以公司针对每个沙盘定制相匹配的控制系统。因此现有铁路沙盘仿真控制系统的不足之处在于：控制系统针对具体沙盘独立编程，其兼容性和通用性不好。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能够提高铁路沙盘的通用性和兼容性的铁路仿真沙盘控制系统，技术方案如下：

一种铁路仿真沙盘控制系统，包括母板，以及对应插装在母板正反两面的主控制卡和主控制接口卡；母板上布设有串行数据总线，其正面和反面均设有用于插装扩展控制卡的扩展插槽；主控制卡包括微控制器，上位机通过主控制接口卡的通信接口将控制命令发送给微控制器，微控制器将数据处理后通过串行数据总线将信息传递给各扩展控制卡，通过各扩展控制卡采集到的轨旁设备状态信息通过串行数据总线回传给微控制器，微控制器处理后再上传给上位机。

进一步的，所述扩展控制卡包括控制信号机并读取信号灯状态的信号机控制卡，以及控制转辙机动作，读取道岔和紧急按钮状态的转辙机及紧急按钮控制卡；与上述扩展控制卡对应插装的接口卡分别为提供沙盘上信号机连接接口的信号机接口卡，以及提供沙盘上转辙机和紧急停车按钮连接接口的转辙机及紧急按钮接口卡。

更进一步的，所述主控制接口卡的通信接口包括网络接口、RS232接口、RS485接口、RS422接口和TTL接口，上述接口通过拨码开关进行选择；其中，RS485接口用于和发车表示器连接。

更进一步的，还包括连接到微控制器用于显示轨旁设备工作状的转辙机状态显示单元和信号机状态显示单元。

更进一步的，所述微控制器为STM32F103VET6，所述串行数据总线由微控制器STM32F103VET6的SPI接口、板卡上的串入并出移位寄存器74HC595和并入串出移位寄存器74HC165实现级联。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用串行数据总线扩展控制卡，使控制系统适用于不同大小的铁路仿真沙盘，硬件数量可以根据沙盘大小进行裁剪，软件经按硬件信息进行配置后即可使用，大大整体了提高铁路沙盘的通用性和兼容性。

附图说明

图1为本实用新型铁路仿真沙盘控制系统的功能示意图。

图2为本实用新型铁路仿真沙盘控制系统的结构示意图。

图3为本实用新型铁路仿真沙盘控制系统的信息流动图。

图4为本实用新型铁路仿真沙盘控制系统的控制卡与接口卡对应插装示意图。

图5为板卡配置信息系统工作流程图。

图中：1-控制卡；2-母板；3-接口卡。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步向详细说明。

铁路仿真沙盘控制系统功能是接收上位机指令，铁路轨旁设备动作或显示；另一方面周期性采集沙盘设备状态，回传给上位机。系统包括母板，以及对应插装在母板正反两面的主控制卡和主控制接口卡；母板上布设有串行数据总线，其正面和反面均设有用于插装扩展控制卡的扩展插槽；主控制卡包括微控制器，上位机通过主控制接口卡的通信接口将控制命令发送给微控制器，微控制器将数据处理后通过串行数据总线将信息传递给各扩展控制卡，通过各扩展控制卡采集到的轨旁设备状态信息通过串行数据总线回传给微控制器，微控制器处理后再上传给上位机。

其中轨旁设备包含转辙机、信号机、紧急停车按钮和发车表示器。系统功能如图1所示。

为了与上位机通信，本是实施例的铁路仿真沙盘控制系统设计了网络接口、RS232接口、RS422接口和TTL接口四种接口形式，并用拨码开关进行选择。

为了驱动铁路轨旁设备，控制系统提供了转辙机接口、信号灯接口、紧急停车按钮接口和发车表示器接口。

同时，为了显示轨旁设备工作状态，在面板上设计了转辙机状态显示、信号机状态显示。

本实施控制系统的母板布设有串行信号总线、24V电源线和5V电源线，有12条扩展槽。根据控制对象的属性设计了四种控制卡，分别是电源卡、主控制卡、信号机控制卡和转辙机及紧急按钮控制卡。每一种控制卡对应设计有接口卡，安装时控制卡和接口卡插在模板的正反面，如图2所示。

控制系统必须有一块电源卡、主控制卡及其接口卡；信号机控制卡、转辙机及紧急按钮控制卡则根据铁路仿真沙盘的大小进行扩展。

下面对每一个卡的功能进行描述。

母板：布设有串行数据总线、24V和5V电源总线，并在正反面提供扩展插槽。

电源卡：将交流220V电压转换为直流24V和直流5V；

电源接口卡：提供220V交流电源接口和一个旋钮保险管。

主控制卡：含有微处理器STM32F103VET6、存储器SST25VF064和各类接口芯片。可与上位机通信、数据处理、控制串行数据总线、与发车表示器通信；

主控制接口卡：提供网络接口、RS232接口、RS485、RS422接口和TTL接口，并通过拨码开关进行选择。另提供一路RS485专用接口用于和发车表示器连接。

信号机控制卡：控制信号机并读取信号灯状态；

信号机接口卡：提供沙盘上信号机连接接口。

转辙机及紧急按钮控制卡：控制转辙机动作，读取道岔和紧急按钮的状态；

转辙机及紧急按钮接口卡：提供沙盘上转辙机和紧急停车按钮的连接接口。

控制转辙机动作，读取道岔和紧急按钮的状态。

串行数据总线由微控制器STM32F103VET6的SPI接口、板卡上的串入并出移位寄存器74HC595和并入串出移位寄存器74HC165实现级联。如图3所示，总线传输的数据长度和设备的具体数量有关，一个紧急停车按钮占1位，道岔占2位，信号机里的每个灯占2位。

上位机通过通信接口将控制命令发给微控制器STM32F103VET6，微控制器将数据处理后通过串行数据总线将信息传递给各个板卡，轨旁设备的控制信息由74HC595输出并保持。

当读取轨旁设备状态时，各轨旁设备的状态值由74HC165的并行端口采样锁存，然后通过串行数据总线回传给微控制器，微控制器经处理后上传给上位机。

母板提供电源接口、主控制卡接口和多个扩展槽，可以根据沙盘的大小选择插入控制系统的板卡数量。母板控制卡与对应的接口卡必须成对出现，对插结构如图4所示。

为了满足铁路沙盘仿真控制系统的通用性和兼容性，软件设计后，控制系统在投入使用前用户仅简单配置板卡插接顺序和数量即可。板卡配置信息系统工作流程如图5所示。