专利名称：一种铁路区间信息传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁路机车的控制系统的改进，更具体的说，是一种基于无线控制的铁路区间信息传输系统。
背景技术：
目前我国的列车系统中，为了保证列车的行车安全和提高区间的通过能力，采用了闭塞技术。所谓的闭塞，就是保证区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，而保证一个区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车的设备称为闭塞设备。为了达到这种闭塞效果，需要在车站区间设备的主控单元与列车的车载设备之间传递区间信号，现有的区间信号(包括色灯信号、机车信号等)都是通过铁轨进行有线传输。 现有的技术存在以下不足适应能力不足，当列车提高速度或者增加列车线路的时候，现有的闭塞设备就不能够达到闭塞目的，需要对闭塞设备做出大量的调整，这需要耗费大量的人力、物力；无法效验信号的正确与否，即在闭塞分区的主控单元向钢轨发出有关行车信息，列车的车载设备接收处理后，结果显示在信号机上，至于信号显示是否正确，这种闭塞系统无法进行检查；车站采用的轨道电路仅能检查列车占用时需要专门增设发送机车信号信息的车站电码化设备；信号稳定性差，因为车轨处于一种自然暴露的环境下，而且系统采用模拟信号，信号容易受到干扰造成译码错误，特别是在电气化牵引区段，牵引回流会对机车信号系统造成很大干扰；传递的信息量小，因为轨道会产生趋肤效应，这样使得轨道的信道容量较小，挤压了列控信息量的增长空间，这一方面使得车站与列车的联系处于一个比较低的层次，另一方面使得信号没办法采用抗干扰能力更强的跟信道编码技术。
发明内容
本发明针对上述铁路信息传输系统普遍存在的缺点，提出一种新的铁路区间信息传输系统。本发明采取的设计方案为
一种铁路区间信息传输系统包括区间设备、车载设备、站内设备，区间设备通过无线方式跟车载设备联系，区间设备通过有线或无线的方式跟站内设备联系，区间设备、车载设备、站内设备形成对机车信号的闭环控制。所述的区间设备包括主控单元、主控单元备份、区间射频分路器、功分器、基站天线、信标天线，区间射频分路器分别与主控单元、主控单元备份、功分器、信标天线相连，功分器连接若干基站天线，主控单元还分别与主控单元备份、若干天线相连。上述方案中的主控单元包括微处理器，和与微处理器连接的数字交换模块、接口模块和电源模块，还包括与数字交换模块相连的时序基准模块。所述的微处理器通过三总线对数字交换模块进行控制，从数字交换模块读取信标信息或机车信号信息，并通过串口控制的信标电台发送信标信息，通过串口控制的基站电台发送机车信号信息。所述的数字交换模块采用FPGA完成四路HW总线信号的数据交换功能，在微处理器的控制下FPGA完成时隙交换。所述的车载设备包括车载控制主机、机车信号机、车载电台，机车信号机和车载电台与车载控制主机信号交互并受其控制。本发明有以下有益效果
本发明的区间设备与车载设备采用了无线的传输方式，这克服了机车铁轨有线传输所存在的一系列不足，信道容量增加，可以提高信号抗干扰能力，传递更加丰富的控制信息，并增加了信号反馈功能，能够明显的提高机车行驶的安全性能，能够更具适应性的、更安全的、更具鲁棒性地实现闭塞功能。本发明系统适应能力强，列车提速、或增加列车线路，只要对主控设备的程序稍加改变就能够适用。在经济增长和人民生活水平提高的需求下，我国列车提速是一个必然的过程。可是我国列车提速不是一蹴而就的，而是一个循序渐进的过程，在现有的技术下每一 次提速都需要巨大的资金投入去对硬件设备进行改变，这一面制约了铁路运营部门的积极性，另一方面造成社会资源的巨大浪费。相比而言本发明铁路区间信息传输系统更加经济更具有市场价值。说明书附图
图I铁路区间信息传输系统基本结构示意 图2区间设备的模块功能示意 图3区间设备组成结构示意 图4区间设备结构 图5区间设备主控单元模块 图6存储器扩展电路示意图。
具体实施例方式为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。铁路区间信息传输系统基本结构如图I所示，其包括区间设备、车载设备、站内设备，区间设备通过无线方式跟车载设备联系，区间设备通过有线或无线的方式跟站内设备联系，区间设备、车载设备、站内设备形成对机车信号的闭环控制。铁路区间信息传输系统的工作过程一般可以描述为信息采集、信息编码、无线传输、信息解码、信息显示、信息回执。车载设备包括车载控制主机、机车信号机、车载电台，机车信号机和车载电台与车载控制主机信号交互并受其控制。地面控制主机从车站连锁设备和区间闭塞设备采集有关信号、进路等信息，经过编码和安全处理后形成机车信号信息，接着通过无线通信网络设备将该信息发送出去。当机车进入地面无线机车信号发送设备的控制范围内时，与地面设备、车载电台建立无线通信链路接收到相应的机车信号信息，并传送到车载设备的车载控制主机，进行解码后，显示出正确的机车信号。车载设备收到信息后，将向地面控制设备发送回执信息，供系统校核信息传输的正确性。车载设备的切换和接收载频的锁定可以通过查询器感应地面无源应答器或者通过接收地面信标电台的标志信息来完成。区间设备是本发明的重要核心部分，其组成和系统功能模块参见图2、图3。区间设备包括主控单元、主控单元备份、区间射频分路器、功分器、基站天线、信标天线，区间射频分路器分别与主控单元、主控单元备份、功分器、信标天线相连，功分器连接若干基站天线，主控单元还分别与主控单元备份、若干天线相连。区间设备还包括用于发送机车信号信息和接受车载设备的回执信息的基站电台，以及用于发送车载设备越区切换的标志信息的信标电台，基站电台采用450Mhz无线电波,信标电台采用2. 4Ghz无线电波。区间射频分路器用来实现主、备区间无线传输设备共用一套基站天线和信标天线。区间设备的功能包括接收站内设备提供的机车信号信息、发送信标信息、发送覆盖闭塞分区的机车信号信息并接收回执、可实现远程监控、接收并发送各业务终端数据业务等。机车信号信息从站内设备传输到区间设备的过程是靠分别设置在站内和区间的一对线路传输接口单元来完成的，通过一对区间线路连接，实现长距离的数据传输。图5描述了区间设备主控单元硬件结构图，主控单元包括微处理器，和与微处理器连接的数字交换模块、接口模块和电源模块，还包括与数字交换模块相连的时序基准模块。
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CPU采用ATMEL公司的AT91M55800A33AU。微处理器通过三总线对数字交换模块进行控制，从数字交换模块读取信标信息或机车信号信息，并通过串口控制的信标电台发送信标信息，通过串口控制的基站电台发送机车信号信息。数字交换模块通过FPGA来实现，由数字交换模块和时间基准模块两部分组成,主要完成四路HW总线信号的数据交换功能。CPU从FPGA的缓存区读取信标信息或机车信号信息，并通过串口控制信标电台发送信标信息，控制基站电台发送机车信号信息。采用MT8941B芯片构成的时间基准模块电路，它主要功能是通过数字锁相环(DPLL)电路进行相位调整，为系统提供同步的基本时钟信号。串口模块为CPU自带的三个串口，分别用于测试接口、主备机通信和与区间传输接口单元通信。扩展串口模块是用两片ST16C554扩展的八个串口，分别提供RS232电平和RS422电平，用于信标以及基站的数据通信、诊断通信，其中两个RS422接口预留。在计算机数字通信及实时控制中采用光电隔离，可以大大增加计算机工作的可靠性。此处，采用TLP627-4型的光电隔离器构成输出控制模块电路，以实现CPU对天线调整电机的控制。电平转换模块用于提供各接口所须的电平。检测模块需要实现的功能包括温度检测、电源电压检测、基站电台驻波检测、信标电台驻波检测、基站电台场强检测、主备电源板在位检测、区间传输接口单元在位检测、主备机在位检测、门开启检测等。区间主控单元电路板采用插板方式与区间背板连接，输入输出全部通过64PIN的航空插头行连接，参见图4。AT91M55800A嵌入式处理器需要使用两组电源，其中I/O 口的供电电源为3. 3V，内核及片内外设供电电源为2. 5V。本系统总输入电源供给直流13. 8V，采用电源模块 HZD05-12S05 实现 DC13. 8V 到 DC5V 的转换。图6为主控单元的存储器扩展电路图，由于AT91M55800A本身不具有片内程序存储器R0M，因此必须通过外接ROM器件来存储放电后仍需要保存的代码和数据。区间设备主控单元选择型号为AT49BV162A的FLASH芯片作为程序存储区。区间主控单元的程序存放在片外的FLASH，上电运行时CPU从FLASH调出程序加载到SRAM，程序在SRAM里运行。CPU输出的NCSO片选信号必须与程序存储FLASH的片选线相连接，因为当系统上电后，CPU将从与NCSO片选信号相连的存储器开始执行指令。本发明通过系统的有线数字通道，以中心维护终端为核心，各设备组成系统内的监测网络。除系统监测网络外，各种设备还支持单机的监测/检测方式，单机监测/检测模式仅限于设备自身。(I)地面系统实时监测业务
站内设备实时监测自身及管辖的区间设备工作状态，并在中心维护终端轮询到时，将统计数据上报维护终端，维护终端接收并处理设备状态信息(调整组网交换矩阵)。区间设备的归属区间设备同时连接上、下行邻近的两个车站，即这两个车站所管辖的区间设备中含有同一个区间设备，维护终端应能识别。(2)地面系统手动监测/维护业务
中心维护人员可通过维护终端，监测/维护系统内的各个固定设备。系统利用空闲的数据通道，建立一条维护终端到被监测设备的虚拟专用通道，完成对设备的监测/维护。 (3)移动设备监测业务
移动设备在应答区间基站发送的无线机车信号信息时，将自身的监测数据附加到回执信息中，发送到地面设备，地面设备通过有线通道，传递给维护终端显示并存储。系统中心还可以扩展一种固定信息发送业务通过业务中心，可以对系统内的任意基站设置固定信息，基站在无线发送时，将固定信息打包发送出去；车载设备接收后，送辅助显示终端显示。
权利要求
1.一种铁路区间信息传输系统，其特征在于包括区间设备、车载设备、站内设备，区间设备通过无线方式跟车载设备联系，区间设备通过有线或无线的方式跟站内设备联系， 区间设备、车载设备、站内设备形成对机车信号的闭环控制。
2.根据权利要求I所述的铁路区间信息传输系统，其特征在于所述的区间设备包括主控单元、主控单元备份、区间射频分路器、功分器、基站天线、信标天线，区间射频分路器分别与主控单元、主控单元备份、功分器、信标天线相连，功分器连接若干基站天线，主控单元还分别与主控单元备份、若干天线相连。
3.根据权利要求2所述的铁路区间信息传输系统，其特征在于所述的主控单元包括微处理器，和与微处理器连接的数字交换模块、接口模块和电源模块，还包括与数字交换模块相连的时序基准模块。
4.根据权利要求3所述的铁路区间信息传输系统，其特征在于所述的微处理器通过三总线对数字交换模块进行控制，从数字交换模块读取信标信息或机车信号信息，并通过串口控制的信标电台发送信标信息，通过串口控制的基站电台发送机车信号信息。
5.根据权利要求4所述的铁路区间信息传输系统，其特征在于所述的微处理器采用 ATMEL 公司的 AT91M55800A33AU。
6.根据权利要求2所述的铁路区间信息传输系统，其特征在于区间设备还包括用于发送机车信号信息和接受车载设备的回执信息的基站电台，以及用于发送车载设备越区切换的标志信息的信标电台，所述的基站电台采用450Mhz无线电波，所述的信标电台采用·2.4Ghz无线电波。
7.根据权利要求3所述的铁路区间信息传输系统，其特征在于所述的数字交换模块采用FPGA完成四路HW总线信号的数据交换功能，在微处理器的控制下FPGA完成时隙交换。
8.根据权利要求3所述的铁路区间信息传输系统，其特征在于所述的接口模块包括串口模块和扩展串口模块，所述接口模块中包括微处理器自带串口和ST16C554芯片扩展串口。
9.根据权利要求3所述的铁路区间信息传输系统，其特征在于所述的电源模块包括电平转换芯片，所述电平转换芯片采用HZD05-12S05，电平转换芯片进行DC-DC转换，把输入的13. 8V直流转换成输出的5V直流。
10.根据权利要求I所述的铁路区间信息传输系统，其特征在于所述的车载设备包括车载控制主机、机车信号机、车载电台，机车信号机和车载电台与车载控制主机信号交互并受其控制。全文摘要
本发明公开了一种铁路区间信息传输系统，包括区间设备、车载设备、站内设备，区间设备通过无线方式跟车载设备联系，区间设备通过有线或无线的方式跟站内设备联系，区间设备、车载设备、站内设备形成对机车信号的闭环控制。所述的区间设备包括主控单元、主控单元备份、区间射频分路器、功分器、基站天线、信标天线，区间射频分路器分别与主控单元、主控单元备份、功分器、信标天线相连，功分器连接若干基站天线，主控单元还分别与主控单元备份、若干天线相连。所述的铁路区间信息传输系统具有传输信息量大、抗干扰能力强、适应能力好的特点。
文档编号H04L29/08GK102932381SQ201110225410
公开日2013年2月13日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者戴瑜兴, 胡火明, 黄建华, 李建成, 张胜红, 翁文道 申请人:惠州市标顶空压技术有限公司, 湖南大学