一种模拟机车行车装置的制作方法

本实用新型涉及铁路机车模拟行车操作培训技术领域，尤其涉及一种模拟机车行车装置。

背景技术：

目前在铁路机车模拟驾驶仿真领域，机车各项操作功能由电脑端软件操作实现，学员只能通过点击屏幕按钮实现各项功能，在模拟驾驶仿真化操作等方面，没有实现操作设备的仿真化和操作设备功能的实现，学员在模拟操作练习中不能体会到实车操作，导致教学与培训工作效率低下，机车模拟操作无法与实际操作结合，直观性不强，培训效果差。

技术实现要素：

本实用新型为解决现有的铁路机车模拟驾驶培训无法与实际操作结合，直观性不强，培训效果差的问题，而提供通过手柄模型和扳键开关组操作，由信号采集板获得对应操作信号，将信号发送至电脑端进行处理，实现实车手柄模型功能相同，实现铁路机车模拟驾驶的功能，使培训学员获得同实车相同的操作方法，具有高仿真，直观性强，培训效果好的一种模拟机车行车装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

将手柄信号采集单元和的LKJ（列车运行监控记录装置）仿真单元结合，通过获取司控器手柄的轻触开关电平状态，判断司控器手柄所处的工况位置，向模拟行车设备发送工况信号；由速度手柄转动，带动角度传感器转动，手柄信号采集板将角度传感器输出的信号，转化成数字信号，由此信号可以计算出速度手柄的位置，模拟得到机车应有的速度；由大小闸手柄带动角度传感器转动，手柄信号采集板将角度传感器输出的信号，转化成数字信号，由此信号可以计算出大闸和小闸手柄的位置，得到机车应有的管压和制动缸压力，模拟实现机车的减速停车功能。

具体来说，一种模拟机车行车装置，包括：工控机主板，通过VGA数据线与工控机主板连接的液晶显示单元，通过RS232串口通信线与工控机主板连接的手柄信号采集单元，通过RS232串口通信线和USB连接线与工控机主板的LKJ仿真单元，以及为工控机主板供电的工控电源；所述手柄信号采集单元包括与工控机主板连接的手柄信号采集板，以及分别与手柄信号采集板连接的司控器手柄模型、大小闸手柄模型以及扳键开关组，手柄信号采集板与司控器手柄模型、大小闸手柄模型和扳键开关组之间通过I/O接口进行连接，采集出对应的电平状态，判断手柄模型的各种档位。

司控器手柄模型上设置有包括司控器工况手柄和司控器速度手柄，所述司控器工况手柄设置有零位、向前、向后三个档位，设置有两个轻触开关状态呈现导通或截止状态，由此状态实现4种高低电平状态，手柄信号采集板通过2通道的电平状态，实现手柄工况信号的采集；所述司控器速度手柄上设置有与之匹配的角度传感器，速度手柄在前进速度区间、中间位、向后速度区间内转动时，带动角度传感器转动，角度传感器通过转动调整输出的电阻值，手柄信号采集板通过A/D转换，获取速度手柄转动角度值对应的电压值。使用时，用户扳动司控器工况手柄，在零位、向前、向后三个档位，有对应的两个轻触开关状态呈现导通或截止状态，由此状态可实现4种高低电平状态，手柄信号采集板通过2通道的电平状态，实现手柄信号工况的采集；用户扳动司控器速度手柄，可以在3个区间内转换，前进速度区间、中间位、向后速度区间，速度信号手柄转动，带动角度传感器转动，角度传感器通过转动调整输出的电阻值，手柄信号采集板通过AD转换，获取速度手柄转动角度值对应的电压值，以上数据通过RS232接口传送至工控机主板进行处理。

大小闸手柄模型用于模拟输出控制列车管压力和制动缸压力；包括大小闸手柄及与之匹配的角度传感器，大小闸手柄转动，带动角度传感器转动，角度传感器通过转动调整输出的电阻值，手柄信号采集板通过A/D转换，获取速度手柄转动角度值对应的电压值。使用时，用户扳动大小闸手柄，可以分别控制列车管压力和制动缸压力，大小闸手柄转动，带动角度传感器转动，角度传感器通过转动调整输出的电阻值，手柄信号采集板通过AD转换，获取速度手柄转动角度值对应的电压值，以上数据通过RS232接口传送至工控机主板进行处理。

扳键开关组包括3个扳键开关、1个钥匙开关、2个蘑菇头按钮，扳键开关组用于模拟实现车辆开机、升降弓、停放制动、停放缓解的功能，手柄信号采集板通过按钮开关及扳键开关电平状态，判断按钮开关和扳键开关的位置，通过RS232接口传送至工控机主板进行处理。

工控机主板通过手柄信号采集单元，能够得到行车时所需的工况信息，通过对速度手柄的输入信号AD转换后得到模拟行车当前车辆速度值，通过手柄信号采集单元传送过来的大小闸手柄信号AD转换后列车管压力值和制动缸压力值。

上述LKJ仿真单元包括液晶显示器底板，通过PC104总线与液晶显示器底板连接的PC104模块，通过并口总线与PC104模块连接的IC卡语音板，通过数据总线与PC104模块连接的按键信息采集板，通过CAN总线与液晶显示器底板连接的CAN设备，以及通过CAN总线与液晶显示器底板连接的信息处理板；所述IC卡语音板通过音频线连接有喇叭，实现语音播放和IC卡转储功能，所述PC104模块通过VGA线连接有10寸显示器，实现人机交互界面的显示，所述按键信息采集板通过按键接口连接有面膜按键,所述信息处理板通过VME总线连接有监控记录板；所述LKJ仿真单元中的液晶显示器底板及CAN设备分别RS232串口通信线和通过USB连接线与工控机主板连接。

本实用新型所提供的一种铁路机车模拟操控实训装置中所涉及到的LKJ模拟控制模块为成套设备，其对使用者提供显示器显示内容，提供面膜按键以供使用者操作；LKJ模拟控制模块提供RS-232接口和USB接口，以供和PC主机对接。LKJ模拟控制模块中的PC104模块，是现有成熟产品，采用上海三创电子科技有限公司的SAM-PB4800A ，类似于小型工业计算机，其通过VGA接口与显示器连接，通过并口总线与IC卡语音板连接，通过数据总线与按键信息采集板连接，通过PC104总线与液晶显示器底板连接，PC104模块通过显示器和按键面膜来模拟LKJ设备的实际运行；司控器手柄模型、大小闸手柄模型以及扳键开关组可以参看公开号为CN205354433U公开内容。扳键开关组中使用的开关为采购的公开销售的产品，生产厂商：西安沙尔特宝电气有限公司，型号分别为 P1S3 0/3、P1T3 9/7、PS3 9/7、PT3 9/7。

上述各板件的功能信息说明：

一、液晶显示器底板

功能概述：通过CAN通讯和PC104总线，并进行信号转换，将监控LKJ2000监控记录H板和PC104主板相连，使得两者的线路数据和运行数据协调一致；接收按键信息采集板发送的LKJ面膜按键信息，传输给PC104主板处理，实现运行数据的控制；另外含有1个VGA分频器。

线路连接：

1.通过电平信号线与按键信息采集板相连；

2.通过CAN总线与信息处理板相连；

3.通过PC104总线与PC104主板相连。

具体作用：

LKJ2000监控记录H板（存放线路数据）的CAN信号，通过信息处理底板，转送到液晶显示器底板上，液晶显示底板对CAN信号进行处理，然后通过PC104总线，与PC104主板（PC104的DOC存储盘存放线路数据）交互线路数据信息和LKJ2000运行数据信息，实现速度、管压、色灯等数据运行一致；通过电平I/O线，接收按键信息采集板采集到的LKJ按键信息，并通过PC104总线，将按键信息传输给PC104主板进行处理，实现按键操作对运行数据的控制；液晶显示器底板上还有VGA分频器，可以将1路VGA视频信号复制成2路同时输出。

二、信息处理板

功能概述：通过CAN信号互联，将液晶显示底板、监控记录H板和仿真软件连接在一起，共享控制线路数据和LKJ2000运行数据等；接收仿真软件通过串口发送的一些命令，控制监控记录H板中的部分运行数据。

线路连接：

1.通过串口与按键信息采集板相连；

2.通过CAN总线与液晶显示底板相连；

3.通过CAN总线与CAN通讯盒相连；

4.通过CAN总线和地址、数据等信号线，与LKJ2000监控记录H板主板相连。

具体作用：

通过CAN通讯线路转接，将LKJ2000监控记录H板的CAN接口、液晶显示器底板CAN接口，CAN盒连接在一起，实现CAN信号共享；CAN盒同过USB线与电脑主机相连，实现仿真软件与H板及液晶显示器底板交互线路和数据信息；接收按键信息采集板通过串口转发的一些仿真软件控制命令，控制监控记录H板的部分运行数据。

三、IC卡语音板

功能概述：通过接收PC104主板的控制信号，实现语音/声音信号放大和输出；外接IC卡读卡器板实现IC卡读写。

线路连接：

1.通过信号线与PC104主板相连；

2.外接IC卡读卡器板；

3.外接喇叭或者功放。

具体作用：

接收PC104主板的语音控制信号和蜂鸣器信号，经板上语音芯片处理，变成语音和声音信号，声音信号经过功放电路放大，可输出到喇叭，或者接二级功放电路；接收PC104主板的IC卡控制信号，经驱动电路后，外接IC卡读卡器板，实现IC卡读写。

四、按键信息采集板

功能概述：连接LKJ面膜、仿真软件和PC104主板，检测LKJ实物按键和虚拟按键的动作，使二者协调一致，并反映到PC104主板上，控制线路数据和LKJ运行数据；转发仿真软件的部分控制命令给信息处理板，控制监控记录H板中的部分运行数据。

线路连接：

1.通过电平信号线与液晶显示器底板相连；

2.通过串口与电脑主机和信息处理板连接；

3.外接LKJ面膜按键。

具体作用：

检测LKJ按键信息，有2种方式：一、按压LKJ面膜实物时，按键信息采集板通过电路检测对应按键信息，并通过电平信号，将按键信息传输给液晶显示器底板，液晶显示器底板再将信息转送给PC104主板处理，实现LKJ面膜按键对线路数据和LKJ运行数据的控制，同时通过串口1，将按键信息发送给电脑主机上的仿真软件，实现仿真软件的对应虚拟按键动作等；二、操作仿真软件上的虚拟LKJ按键时，软件通过串口1将按键信息发送给按键信息采集板，采集板再将信息传输给液晶显示底板和PC104主板处理。

另外，按键信息采集板会通过串口1接收仿真软件发送的部分控制命令，并将控制命令通过串口2转发给信息处理板，信息处理板根据命令，控制监控记录H板的部分运行数据。

五、监控记录板

功能描述：

连接信息处理板、IC卡语音板、液晶显示器底板、CAN盒、PC104，为系统的核心部件。通过接收上述部件的信息，模拟机车行车过程并根据行车色灯信号、速度等信息计算机车运行控制曲线并实施控制。

线路连接：

1、通过VME总线和信息处理板连接；

2、通过CAN总线和CAN盒连接；

3、通过CAN总线和PC104连接；

具体作用：

通过VME总线接收信息处理板发出的行车色灯信号、速度信号，作为机车行车控制的依据，根据算法算出各种色灯条件下的控制曲线，当速度超限时实施紧急制动。通过CAN总线接收按键信息处理板发送的按键操作信息，发出液晶显示器底板的显示信息和IC卡语音板的语音控制命令。

本实用新型的积极效果如下：

本实用新型提供的一种模拟机车行车装置，能够采集机车列控车载设备所需要的手柄信号和扳键组信号，通过司控器工况手柄操作，实现工况信号的操作和输入，通过司控器速度手柄操作，实现速度信号的操作和输入，通过大小闸手柄操作，实现列车管压力和制动缸压力信号的操作和输入，实现车辆减速控制，通过扳键开关组操作，实现升降弓、停放制动、停放缓解信号的操作的输入，通过这些信号的输入，可以模拟列车监控装置于正常运行状态下所需的各种信号条件，从而实现模拟驾驶的功能。本实用新型具有结构合理，仿真程度高，操控逼真，模拟效果真实，培训效果好的优点。

附图说明

图1 是本实用新型提供的一种模拟机车行车装置的结构框图；

图2是本实用新型提供的一种模拟机车行车装置中手柄信号采集单元的结构框图；

图3是本实用新型提供的一种模拟机车行车装置中LKJ仿真单元的结构框图。

图中：1、工控机主板；2、液晶显示单元；3、手柄信号采集单元；4、LKJ仿真单元；5、工控电源；301、司控器手柄模型；302、大小闸手柄模型；303、扳键开关组；401、液晶显示器底板；402、PC104模块；403、IC卡语音板；404、按键信息采集板；405、CAN设备；406、信息处理板；407、喇叭；408、10寸显示器；409、面膜按键；410、监控记录板。

具体实施方式

本实用新型的目的为提供一种模拟机车行车装置。

如图1 ~3所示，一种模拟机车行车装置，包括：工控机主板1，通过VGA数据线与工控机主板1连接的液晶显示单元2，通过RS232串口通信线与工控机主板1连接的手柄信号采集单元3，通过RS232串口通信线和USB连接线与工控机主板1的LKJ仿真单元4，以及为工控机主板1供电的工控电源5；所述手柄信号采集单元3包括与工控机主板1连接的手柄信号采集板，以及分别与手柄信号采集板连接的司控器手柄模型301、大小闸手柄模型302以及扳键开关组303。

上述司控器手柄模型301上设置有包括司控器工况手柄和司控器速度手柄，所述司控器工况手柄设置有零位、向前、向后三个档位，设置有两个轻触开关状态呈现导通或截止状态，由此状态实现4种高低电平状态，手柄信号采集板通过2通道的电平状态，实现手柄工况信号的采集；所述司控器速度手柄上设置有与之匹配的角度传感器，速度手柄在前进速度区间、中间位、向后速度区间内转动时，带动角度传感器转动，角度传感器通过转动调整输出的电阻值，手柄信号采集板通过A/D转换，获取速度手柄转动角度值对应的电压值。

大小闸手柄模型302用于模拟输出控制列车管压力和制动缸压力；包括大小闸手柄及与之匹配的角度传感器，大小闸手柄转动，带动角度传感器转动，角度传感器通过转动调整输出的电阻值，手柄信号采集板通过A/D转换，获取速度手柄转动角度值对应的电压值。

扳键开关组303包括3个扳键开关、1个钥匙开关、2个蘑菇头按钮，扳键开关组303用于模拟实现车辆开机、升降弓、停放制动、停放缓解的功能，手柄信号采集板通过按钮开关及扳键开关电平状态，判断按钮开关和扳键开关的位置。

LKJ仿真单元4包括液晶显示器底板401，通过PC104总线与液晶显示器底板401连接的PC104模块，通过并口总线与PC104模块连接的IC卡语音板403，通过数据总线与PC104模块连接的按键信息采集板404，通过CAN总线与液晶显示器底板401连接的CAN设备405，以及通过CAN总线与液晶显示器底板401连接的信息处理板406；所述IC卡语音板403通过音频线连接有喇叭407，所述PC104模块通过VGA线连接有10寸显示器408，所述按键信息采集板404通过按键接口连接有面膜按键409,所述信息处理板406通过VME总线连接有监控记录板410；所述LKJ仿真单元4中的液晶显示器底板401及CAN设备405分别RS232串口通信线和通过USB连接线与工控机主板1连接。

模拟机车行车装置能够将扳键开关组303输出信号通过工控机主板1经RS232接口向LKJ仿真单元4传送包括机车工况、机车速度、列车管压力、制动缸压力的行车信息，LKJ仿真单元4中信息处理板406将行车信息转换为LKJ装置能够识别的机车信号并发送监控记录板410，实现模拟开车功能。

具体使用时的功能实现

A、司控器工况手柄功能：

用户操作司控器工况手柄，可以实现3个档位，零位、向前、向后，三个档位分别对应两个轻触开关，开关的高低电平可以实现4种状态，手柄信号采集板通过2通道的电平状态，实现手柄信号的的采集。

B、司控器速度手柄功能

用户操作司控器速度手柄，可以实现3个区间，前进速度区间、中间位、向后速度区间，速度信号手柄转动，带动角度传感器转动，角度传感器通过转动调整输出的电阻值，手柄信号采集板通过AD采样，获取速度手柄转动的角度，由此控制监控的实时速度值。

C、大小闸手柄功能

用户操作大小闸手柄，可以分别控制列车管压力和制动缸压力，大小闸手柄转动，带动角度传感器转动，角度传感器通过转动调整输出的电阻值，手柄信号采集板通过AD采样，获取大小闸手柄转动的角度，由此控制列车管和制动缸压力实现列车减速停车。

D、扳键开关组功能

扳键开关组是由3个扳键开关、1个钥匙开关、2个蘑菇头按钮组成，实现车辆升降弓、停放制动、停放缓解等功能，通过扳键组连接在手柄信号采集板上的电平信号，实现各种功能的信号采集。

E、通讯功能

手柄信号采集板通过232接口同电脑端连接进行数据传输，实现采集数据上传，电脑端通过手柄信号和扳键组信号，实现车辆的模拟驾驶。