专利名称：轨道道口设备运行状态记录仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轨道如铁路和地铁道口中的信号设备运行状态记录仪，具体说是一种记录道口信号设备运行状态的系统。
背景技术：
道口信号设备是保证铁路道口安全和铁路运输大动脉畅通的重要设备，目前现有的室外设备工作都需要人工操作控制，通过记录各设备的操作状态可以查找和还原错误操作导致的道口事故原因。现有的道口信号设备监测系统，存在成本过高不能覆盖所有道口，导致出现事故后信号设备运行状态无法查找、还原等因素，所以使用道口信号设备时，考虑到没有安装道口信号设备监测系统，不能给铁路事故责任判定提供可靠的举证材料，给责任事故带来误判。
发明内容为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种轨道道口设备运行状态记录仪。本实用新型的目的是这样实现的:它以CPU电路为核心，采集电路、USB通信电路、串口通信电路、存储部分和时间管理芯片连接在CPU电路上，具体是:CPU通过数据总线与采集电路相连，向采集电路发出电路检测信号，实时处理采集电路采集到的状态信息；CPU电路通过SPI总线与存储部分相连，实现数据的存储和读取功能；存储部分为FLASH存储器和铁电存储器两个存储器，这两个存储器分别独立运行互不干扰；CPU电路通过SPI总线与USB通信电路相连，实现USB对记录仪的配置、读取存储数据以及时间校正功能；USB通信电路具有为FLASH存储器提供工作电源3.3 V的功能，USB通信电路的SPI总线同时与FLASH存储器的SPI总线相连，实现系统掉电或ARM芯片故障时的数据读取功能；CPU电路通过与串口通信电路相连，实现串口对记录仪的配置、读取数据以及时间校正功能;CPU电路通过与日期管理芯片相连，实现实时时间的读取和校正功能，保证存储的数据时间准确。与现有技术相比，本实用新型的积极效果是:1、它的数据存储系统采用双存储器存储并且外部操作不能修改存储器内的数据，具有“黑盒子”功能，可以有效保证原始数据的有效性。并且可以在系统没有电源输入的情况下读取存储数据，便于原始数据的拷取。2、现有道口信号设备监测系统，成本高、系统复杂不利于覆盖有所道口 ；本发明具有成本低、系统简单便于操作和针对不同道口现状安装和使用。
图1是本实用新型的原理框图。图2是采集部分的框图。图3是UBS通信电路框图，[0011]图4-8构成了本实用新型总体的电原理图，其中，图4是CPU和时间管理芯片部分的电原理图。图5是采集部分的电原理图。图6是USB通信电路的电原理图。图7是串口通信电路的电原理图。图8是存储部分的电原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型以ARM芯片为核心元件，通过与其他各个部分之间的协作实现记录仪所有功能。ARM芯片向采集电路发出电路检测信号，并通过数据总线与采集电路相连，实时处理采集电路采集到的状态信息。ARM芯片通过SPI总线与存储部分相连，实现数据的存储和读取功能，存储部分为FLASH存储器和铁电存储器两个存储器，这两个存储器分别独立运行互不干扰。ARM芯片通过SPI总线与USB通信电路相连，实现USB对记录仪的配置、读取存储数据以及时间校正功能;USB通信电路具有为FLASH存储器提供工作电源
3.3 V的功能，USB通信电路的SPI总线同时与FLASH存储器的SPI总线相连，实现系统掉电或ARM芯片故障时的数据读取功能。ARM芯片通过与串口通信电路相连，实现串口对记录仪的配置、读取数据以及时间校正功能。ARM芯片通过与日期管理芯片相连，实现实时时间的读取和校正功能，保证存储的数据时间准确。具体工作方式如下所述:参见图4，CPU电路:该部分以ARM芯片Ul为核心元件，主要完成逻辑运算、时间芯片管理、数据存储、外部通信以及采集检测信号输出功能。逻辑运算将采集部分输入的信号和从U6中读取的上一次数据进行逻辑判断处理，判断前后两次输入的采集信号是否有变化，并与从时间芯片读取的实时时间组合，然后按照存储原则存储。Ul通过Pl.16-P1.18输出采集检测信号至采集部分，采集部分输出的信号通过P2.0-P2.23输入Ul ;时间信息从P3.11-P3.18输入Ul。Ul通过P3.7-P3.10对时间芯片进行设置和修改，保证时间芯片正常工作。Ul将逻辑处理后的数据按没有变化时的数据存入U6，有变化时同时存入U5、U6的原则进行存储，由SPI总线完成存储和读取过程;U1通过P0.4-P0.7、P3.3实现与U5的通信和片选功能，通过P0.17-P0.20、Ρ3.2实现与U6的通信和片选功能。Ul通过P0.0,P0.1和串口通信电路连接，实现与PC的串口通信。参见图2和5，采集部分:采集部分主要将外部传感器输入的采集信息进行采集处理并输入U1。采集部分主要包括采集电路检测信号和采集电路两个功能模块组成。Ul输出的检测信号(CS1-3)输入采集电路检测信号功能模块，经过采集电路检测信号模块进行电气隔离后输出至采集电路1-8 ;传感器输出的第1-24路采集信息分别输入采集电路1-24，经过采集电路处理后输出实时状态信息(MCU-1N1-24)至U1。采集电路检测信号功能模块由U8 (ULN2803LW)和三个光耦(Ν5Α、Ν5Β、N5C)组成。检测信号(CS1-3)输入U8的第1、2、3脚，经过U8后输出至三个光耦N5A、N5B、N5C进行电气隔离，然后再输入U8，由U8的13、14、15输出至采集电路，每个检测信号检测8路采集电路，即:1_8路由CNKl检测，9-16由CNK2检测、17-24由CNK3检测。采集电路主要由一个电压比较器和两个光耦组成。采集电路1-24实现方法一样，此处以第一路为例说明。由传感器输入的第I路采集信息通过电压较器U9A(LM339)的第4脚输入，在进行电压比较后，由U9A的第2脚输出至光耦N4的第3脚，同时检测信号CNKl输入光耦N4的第2脚触发N4导通，此时U9A输出的信号作为N3的触发信号输入至光耦N3的第2脚触发N3导通，通过N3的导通或截止从N3的第4脚输出此时实时状态信息(MCU-1Nl)至U1。通过N3和N4组成的采集电路具有电路故障检测功能，只有当检测信号和两个光耦同时正常时才可以输出采集信号。参见图3和6，USB通信电路:该部分电路是读取存储数据的核心电路，同时还可以完成记录仪的配置和时间校正功能，它可以保证记录仪在断电或ARM芯片故障的情况下完成数据读取功能。该部分电路由通信和电源转换两个功能模块组成，功能框图详见图3。如上图所示，USB接口(Jl)输入的5 V电源分为两路使用:一路输入JDQl的第1、16脚用来驱动JDQ1，另一路输入电源模块进行电源转换；总线转换芯片(CH341)分别与USB接口(Jl)和SPI总线相连，实现通信总线转换，并输出USB通信中断信号。电源转换部分功能模块由电源转换模块和继电器JDQl组成，利用JDQl的吸起和落下来实现电源切换功能。具体工作方式是JDQl的第一组节点(4、6、8)，落下时接第6脚为V3.3，吸起时接第8脚为U2输出的USB_V3.3，公共端第4脚输出FLASH_V3.3为存储器U5提供电源JDQl的第二组节点(9、11、13)，落下时接第11脚为悬空状态，吸起时接第9脚为U2输出的USB_V3.3，公共端第13脚输出CH_V3.3为总线转换芯片U4提供电源。通信部分功能模块工作方式是:由总线转换芯片U4 (CH341)完成USB总线和SPI总线的转换，U4与Jl相连实现USB总线通信，同时U4的第10、13、15、17四个引脚连接至U1，并与U5的1、2、5、6脚相连，实现SPI总线通信；并由U4的第I脚输出USB通信状态至Ul的P3.4产生通信中断。参见图7，串口通信电路:串口通信电路的主要功能是完成记录仪的配置、时间校正、数据读取等功能。为了提高系统的可靠性在U3与Ul之间增加了两个电气隔离光耦NI和N2。J2为DB9接口，它的第2、3引脚与串口芯片U3 (MAX3232)的第13、14相连，通过U3转换后，由U3的11脚与隔离芯片(NI)的第7脚相连，经电气隔离后，由NI的第2脚与Ul相连；U3的12脚与隔离芯片(N2)的第2脚相连，经过N2电气隔离后，由N2的第7脚与Ul相连；通过串口通信实现对Ul的配置、时间校正以及数据读取功能。参见图8，存储部分:存储部分由U5 (铁电存储器)和U6 (FLASH存储器)两个存储芯片组成，这两个存储芯片通信方式都是SPI总线方式。U5通过第1、2、5、6脚与USB通信电路和Ul相连，实现数据通信功能;U6通过第1、2、5、6脚与Ul相连，实现数据通信功能。存储原则是没有变化时的数据存入U6，有变化时同时存入U5、U6的原则进行存储。PC读取存储器内数据时串口通信可以读取U5、U6内的数据，USB通信只能读取U5中的数据。参见图4，时间管理芯片:对于记录仪来说准确的实时时间非常重要，所以在记录仪中单独选用了一块时间芯片U7(DS17487-3IND+)来获得准确的时间。U7通过第4_11脚与Ul相连，实现实时时间数据的通信，通过第13-15、17引脚与Ul相连，实现对时间芯片的管理和设置。
权利要求1.一种轨道道口设备运行状态记录仪，其特征是:它以CPU电路为核心，采集部分、USB通信电路、串口通信电路、存储部分和时间管理芯片连接在CPU电路上；其中，CPU通过数据总线与采集部分相连，向采集部分发出电路检测信号;CPU电路通过SPI总线与存储部分相连；存储部分为FLASH存储器U5和铁电存储器U6两个存储器；CPU电路通过SPI总线与USB通信电路相连;USB通信电路为FLASH存储器提供工作电源，USB通信电路的SPI总线同时与FLASH存储器的SPI总线相连。
2.按照权利要求1所述的轨道道口设备运行状态记录仪，其特征是:所说的CPU是ARM芯片U1。
3.按照权利要求2所述的轨道道口设备运行状态记录仪，其特征是:采集部分主要包括采集电路检测信号和采集电路两个功能模块；U1输出的检测信号输入采集电路检测信号功能模块，经过采集电路检测信号模块进行电气隔离后输出至采集电路1-8 ;传感器输出的第1-24路采集信息分别输入采集电路1-24，经过采集电路处理后输出实时状态信息(MCU-1N1-24)至Ul ;采集电路检测信号功能模块由U8和三个光耦Ν5Α、Ν5Β、N5C组成；检测信号输入U8的第1、2、3脚，经过U8后输出至三个光耦Ν5Α、Ν5Β、N5C进行电气隔离，然后再输入U8，由U8的13、14、15输出至采集电路，每个检测信号检测8路采集电路，即:1_8路由CNKl检测，9-16由CNK2检测、17-24由CNK3检测；采集电路主要由一个电压比较器和两个光耦组成；采集电路1-24实现方法一样，其中第I路是，由传感器输入的第I路采集信息通过电压较器U9A的第4脚输入，在进行电压比较后，由WA的第2脚输出至光耦Ν4的第3脚，同时检测信号CNKl输入光耦Ν4的第2脚触发Ν4导通，此时U9A输出的信号作为Ν3的触发信号输入至光耦Ν3的第2脚触发Ν3导通，通过Ν3的导通或截止从Ν3的第4脚输出此时实时状态信息至Ul ； USB通信电路由通信和电源转换两个功能模块组成，USB接口(Jl)输入的5 V电源分为两路使用:一路输入JDQl的第1、16脚用来驱动JDQ1，另一路输入电源模块进行电源转换；总线转换芯片分别与USB接口 Jl和SPI总线相连，实现通信总线转换，并输出USB通信中断信号；电源转换部分功能模块由电源转换模块和继电器JDQl组成。
专利摘要本实用新型提供一种轨道道口设备运行状态记录仪，所要解决的问题是现有的道口信号设备监测系统，不能给铁路事故责任判定提供可靠的举证材料，给责任事故带来误判。本实用新型的要点是它以CPU电路为核心，采集部分、USB通信电路、串口通信电路、存储部分和时间管理芯片连接在CPU电路上；其中，CPU通过数据总线与采集部分相连；CPU电路通过SPI总线与存储部分相连；CPU电路通过SPI总线与USB通信电路相连；USB通信电路的SPI总线同时与FLASH存储器的SPI总线相连。
文档编号G07C5/00GK202956808SQ20122063436
公开日2013年5月29日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者蔡小勇, 雷杨, 宋超 申请人:沈阳铁路信号有限责任公司