技术领域本实用新型涉及铁路施工安全防护领域，是一种基于无线电技术的铁路施工安全防护系统。
背景技术：
现有的铁路工务施工人员线上作业安全防护方式为：施工班组线上作业时根据施工类型不同会有2－4名防护员负责安全防护。一名防护员（站内防护员）在站内调度室查看线上车辆运行状态和位置。当有车辆驶近施工作业区域时，站内防护员会通过专用电话通知施工现场的防护员，由该防护员通知并指挥现场施工作业人员撤离铁路线以保障施工人员安全。但从实际情况来看，随着铁路行车速度的提升，以及防护员的疏忽大意、施工人员的过于自信等因素造成施工人员人身伤亡的事故频发，由此可以发现现有安全防护措施既浪费人力又无法最大限度地保障施工人员的安全。中国实用新型专利公布号：CN104691582A，公开了一种基于智能手环的铁路工务防护系统及方法，采用的3G以及互联网技术存在以下几点不足，1、制造成本高、系统复杂、可靠性差。2、采用3G以及互联网技术需要通过3G网络传输，而大部分施工作业区域为野外作业，3G网络覆盖效果不稳定，甚至没有覆盖。会造成该系统无法正常使用。3、3G技术无法解决隧道作业信号衰减的问题。4、该技术采用3G无线收发功能，需要持续发射和接收信号才能保证正常工作，而手环的体积小，无法满足大容量电池的安装，因此电池的续航能力成为限制其使用的一大短板。5、该技术采用3G基站定位技术，这种技术对基站的依赖性很强，没有信号的地方无法定位，另外定位精度不够也是其最大的不足。6、该技术的数据传输采用3G网络上传和下载，从而产生数据流量，进而增加了很高的运行成本。7、由于3G网络技术的特点，理想状态下上传速度为200－300Kbit/s，远远低于其下载速度，更何况野外作业的信号质量并不能达到此速度，因此当火车临近的时候数据的传输速度决定了该安全防护系统的可靠性。
技术实现要素：
本实用新型所解决的技术问题是，提供一种结构合理，效果佳，使用方便，适用性强，能够确保铁路施工人员线上作业安全，避免发生人身事故的基于无线电技术的铁路施工安全防护系统。本实用新型所采用的技术方案是：一种基于无线电技术的铁路施工安全防护系统，其特征是，它包括：一安全手环，所述的安全手环的GPS接收模块与MCU微控制器主控芯片IC7相连接，MCU微处理器主控芯片IC7分别与声音振动报警的震动马达、显示屏LCD3、RF射频传输芯片IC8相连接，MCU微处理器主控芯片IC7读取GPS接收模块接收的机车位置发射机发来的机车位置的经纬度，列车速度及列车车次信息；MCU微处理器主控芯片IC7控制RF射频传输芯片IC8、GPS接收模块及显示屏LCD3，GPS接收模块收到的经纬度数据与RF射频传输芯片IC8接收到的列车经纬度数据经MCU处理器主控芯片IC7处理计算出列车与施工人员的距离，同时接收到列车的速度数据，及列车编号可识别出列车类型，经与距离计算，估算出列车到达施工人员的剩余时间；一机车位置发射机，所述的机车位置发射机的GPS接收模块与MCU微控制器主控芯片IC1相连接，MCU微处理器主控芯片IC1分别与显示屏LCD1、RF射频传输芯片IC2相连接，RF传输芯片IC2与射频功率放大模块RFPA相连接，MCU微处理器主控芯片IC1读取GPS接收模块的经纬度，时间，地理信息，MCU微处理器IC1主控芯片控制RF射频传输芯片IC2、GPS接收模块及显示屏LCD1，GPS接收模块收到的经纬度数据经MCU微处理器主控芯片IC1处理编码传送给RF射频传输芯片IC2，经调制后产生19dbm的433MHZ波段的射频信号，再通过J4高频接口输入到433MHZ射频功率放大模块放大到35dbm，最后输出到吸盘式天线发射出高频信号；一安全员监管器，所述的安全员监管器的GPS接收模块与MCU微控制器IC4相连接，MCU微控制器IC4分别与显示屏LCD2、RF射频传输芯片IC5、按键设置输入器、声音振动提示的震动马达和蜂鸣器相连接，MCU微处理器IC4读取GPS接收模块的经纬度，时间，地理信息，且控制RF射频传输芯片IC5、GPS接收模块及显示屏LCD2，GPS收到的经纬度数据与RF射频传输芯片IC5接收到的安全手环经纬度数据经MCU微处理器IC4处理计算出安全员监管器与施工人员的距离。所述安全手环能够接受安全员监管器的遥控启动进入双向无线收发模式，这时安全员监管器能够收到安全手环所发出的无线信号，通过安全员监管器查询到施工人员的位置信息。所述的机车位置发射机或为隧道作业差转机，施工时，安装在隧道口处，用于施工时差转接收机车信号至安全手环的GPS接收模块。本实用新型的一种基于无线电技术的铁路施工安全防护系统的优点体现在：由于采用的无线电技术是由机车自主发射无线电信号，施工人员直接接收机车发射出来的信号，信号传递更直接，减少了信号传递和处理的中间环节，反应迅速、效率更高，更稳定；由于在隧道作业时，在隧道口处放置隧道作业差转机，起到信号中继的作用，有效的解决了隧道作业信号信号衰减、传递效果差的问题；其可靠性高、结构简单、制造成本低廉、确保作业安全。附图说明图1为机车位置发射机电路原理框图；图2为机车位置发射机电路原理图；图3为图2中MCU微处理器主控芯片IC1电路原理图；图4为图2中RF传输芯片IC2电路原理图；图5为图2中显示屏LCD1电路原理图；图6为图2中直流供电稳压电源电路原理图；图7为安全员监管器原理框图；图8为安全员监管器电路原理图；图9为图8中MCU微处理器主控芯片IC4电路原理图；图10为图8中RF射频传输芯片IC5电路原理图；图11图8中显示屏LCD2电路原理图；图12为图8中稳压电源电路原理图；图13为安全手环电路原理框图；图14为安全手环电路原理图；图15为图14中MCU微处理器主控芯片IC7电路原理图；图16为图14中RF射频传输芯片IC8电路原理图；图17为图14中显示屏LCD3电路原理图；图18为图14中稳压电源电路原理图。具体实施方式本实用新型的一种基于无线电技术的铁路施工安全防护系统，包括：一安全手环，所述的安全手环的GPS接收模块与MCU微控制器主控芯片IC7相连接，MCU微处理器主控芯片IC7分别与声音振动报警的震动马达、显示屏LCD3、RF射频传输芯片IC8相连接，MCU微处理器主控芯片IC7读取GPS接收模块接收的机车位置发射机发来的机车位置的经纬度，列车速度及列车车次信息；MCU微处理器主控芯片IC7控制RF射频传输芯片IC8、GPS接收模块及显示屏LCD3，GPS接收模块收到的经纬度数据与RF射频传输芯片IC8接收到的列车经纬度数据经MCU处理器主控芯片IC7处理计算出列车与施工人员的距离，同时接收到列车的速度数据，及列车编号可识别出列车类型，经与距离计算，估算出列车到达施工人员的剩余时间；一机车位置发射机，所述的机车位置发射机的GPS接收模块与MCU微控制器主控芯片IC1相连接，MCU微处理器主控芯片IC1分别与显示屏LCD1、RF射频传输芯片IC2相连接，RF传输芯片IC2与RFPA射频功率放大模块相连接，MCU微处理器主控芯片IC1读取GPS模块的经纬度，时间，地理信息，MCU微处理器IC1主控芯片控制RF射频传输芯片IC2、GPS接收模块及显示屏LCD1，GPS接收模块收到的经纬度数据经MCU微处理器主控芯片IC1处理编码传送给RF射频传输芯片IC2射频芯片，经调制后产生19dbm的433MHZ波段的射频信号，再通过J4高频接口输入到433MHZ的RFPA射频功率放大模块放大到35dbm，最后输出到吸盘式天线发射出高频信号；一安全员监管器，所述的安全员监管器的GPS接收模块与MCU微控制器IC4相连接，MCU微控制器IC4分别与显示屏LCD2、RF射频传输芯片IC5、按键设置输入器、声音振动提示的震动马达和蜂鸣器相连接，MCU微处理器IC4读取GPS接收模块的经纬度，时间，地理信息，且控制RF射频传输芯片IC5、GPS接收模块及显示屏LCD2，GPS收到的经纬度数据与RF射频传输芯片IC5接收到的安全手环经纬度数据经MCU微处理器IC4处理计算出安全员监管器与施工人员的距离。所述安全手环能够接受安全员监管器的遥控启动进入双向无线收发模式，这时安全员监管器能够收到安全手环所发出的无线信号，通过安全员监管器查询到施工人员的位置信息。所述的机车位置发射机或为隧道作业差转机，置于隧道隧道口处，施工时，安装在隧道口处，用于施工时差转接收机车信号至安全手环的GPS接收模块。下面利用附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图1和图2所示，本实用新型的一种基于无线电技术的铁路施工安全防护系统的机车位置发射机，GPS模块为采购商品化的模块，板载陶瓷天线。电源采用9v电元适配器。主板为机车位置发射机主体控制部分。RFPA射频功率放大器为采购的商品模块。使用9v电源在输入13dbm的433MHZ的射频信号后会放大到35dbm的功率输出。MCU微控制器主控芯片IC1为核心的微控制器，显示屏LCD1为1602字符液晶示屏。同时MCU微控制器主控芯片IC1通过串行通讯SPI方式控制RF射频传输芯片IC2，其型号：A7108，完成数据无线调制。如图3所示，机车位置发射机MCU微控制器主控芯片IC1为STM8S105K6；为意法公司出产的8位微处理器芯片。可以通过SWIM口进行在应用编程。MCU微控制器主控芯片IC1的6脚；7脚和9脚接稳压电源输出的3V为VDD.IC1的4脚；10脚为接地脚。1脚为MCU复位端，低电平复位。MCU的29脚为蜂鸣器控制输出端，输出2.7KHz的音频信号，通过电阻R4,驱动三极管Q1，进而驱动蜂鸣器LS1发出音响提示。用于按键输入时的按键提示音。MCU微控制器主控芯片IC1的17脚--24脚为并行数据线连接显示屏LCD1。MCU微控制器主控芯片IC1的MCU30脚31脚为UART串行接口，通过接插件J1连接到GPS模块的UART串行接口。MCU微控制器主控芯片IC1的25脚，27脚，28脚和3脚为连接RF射频传输芯片IC2的SPI通讯接口线。MCU微控制器主控芯片IC1的2，3，12，13脚接了4只按键开关，用以设置本装置的工作模式。模式1为机车位置发射机，模式2为隧道工作差转机。另外按键还可以设置机车的列车车次编号，及差转机的编号。如图4所示，机车位置发射机RF射频传输芯片IC2型号A7108，最大输出19dbm。接收灵敏度可以达到-111dbm@50Kbps，为笙科公司生产的一种433MHzISM波段的双向数字无线传输芯片。RF射频传输芯片IC2的9脚，10脚外接12.8MHz时钟晶体。RF射频传输芯片IC2的12脚RF_SCS与MCU微控制器主控芯片IC1的28脚相连接，为RF射频传输芯片IC2的片选端。RF射频传输芯片IC2的13脚RF_SCK与MCU的27脚相连，为RF射频传输芯片IC2的串行通信的时钟端。RF射频传输芯片IC2的14脚RF_SDIO与MCU的25脚相连，为RF射频传输芯片IC2的串行通信数据端。RF射频传输芯片IC2的15脚GIO1与MCU微控制器主控芯片IC1的3脚相连，为RF射频传输芯片IC2的多功能状态中断输出口。RF射频传输芯片IC2的6脚外接的C22、C19、R5组成RF芯片的频率合成鉴相器的环路滤波器。RF射频传输芯片IC2的2脚为射频接收信号输入脚，与其连接的电容C8,电感L1,电容C7组成输入匹配电路。J5为SMA型接收天线接口，在机车位置发射机工作模式时并不使用，在隧道工作差转机模式时接一433MHZ吸盘天线用于接收机车位置发射机发来的信号。RF射频传输芯片IC2的3脚为射频发射信号输出脚，与其连接的电感L2,电容C16为输出匹配电路，J4为SMA型高频同轴接口。通过同轴电缆线与RFPA射频功率放大器输入接口相连接。如图5所示，机车位置发射机的液晶显示屏LCD1采用3V电压的1602字符液晶显示屏。电阻R3为显示屏的背光灯限流电阻。RW为显示对比度调整电位器。7--14脚与MCU微控制器主控芯片IC1的17—24脚相连，为8位数据线，4、5、6脚为控制线与MCU微控制器主控芯片IC1相连。如图6所示，稳压电源IC3为高耐压型的7805稳压芯片，5v输出。其输入可以耐受高达30v的输入电压。本应用为输入9v电压。稳压电源IC3型号ME6206A30为低压差的3v稳压芯片。供应MCU微控制器主控芯片IC1及显示屏LCD1工作。C1、C2、C26、C28为电源滤波电容。J3为9v电源输入接插口。J2为MCU微控制器主控芯片IC1的SWIM编程接口。如图7和图8所示，安全员监管器的GPS模块为采购商品化的模块，板载陶瓷天线。电池采用3.7v锂离子电池。主板为安全员监管器主体控制部分。MCU微控制器主控芯片IC4为核心的微控制器，其型号：STM8S207S8，显示屏LCD2的128×128点阵微型液晶显示屏。同时MCU微控制器主控芯片IC4通过串行通讯SPI方式控制RF射频传输芯片IC5，其型号：A7108，完成数据无线传输。如图9所示，安全员监管器的MCU微控制器主控芯片IC4的型号为STM8S207S8；为意法公司出产的8位微处理器芯片。可以通过SWIM口进行在应用编程。MCU微控制器主控芯片IC4的6脚；7脚和9脚接稳压电源输出的3V为VDD.IC4的4脚；10脚为接地脚。1脚为MCU微控制器主控芯片IC4复位端，低电平复位。8脚外接的开关SW1为安全手环的电源开关，通过MCU微控制器主控芯片IC4的控制软件可以实现芯片的低功耗掉电模式。当MCU微控制器主控芯片IC4在掉电模式时若SW1被按下，会产生IO口中断，从而启动MCU微控制器主控芯片IC4进入正常工作模式以实现开机操作。MCU微控制器主控芯片IC4的32脚通过电阻R42接三极管Q8基级。安全手环开机工作状态时MCU微控制器主控芯片IC4的32脚输出高电位，通过三极管Q8导通，点亮液晶屏的背光灯发光二极管L111。同时使三极管Q7导通，将电源接通到J11的2脚来给加到J11插口的GPS模块供电工作。当MCU微控制器主控芯片IC4处于关机低功耗时使MCU的32脚输出低电平，关闭GPS供电和熄灭液晶屏LCD的背光灯。MCU微控制器主控芯片IC4的2脚为振动马达控制输出端，当输出高电位时马达转动，产生振动提醒。MCU微控制器主控芯片IC4的41脚为蜂鸣器控制输出端，输出2.7KHz的音频报警信号，通过R44,驱动三极管Q6，进而驱动蜂鸣器LS2发出报警音。MCU微控制器主控芯片IC4的21脚为A/D模拟数字转换输入端，电阻R48、R49接到电池两端，分压点接入MCU微控制器主控芯片IC4的21脚，MCU微控制器主控芯片IC4检测电池电压，当电池电压低于3.3v时显示器显示低电量提示信息，蜂鸣器LS2给出较长间隔的报警音。MCU微控制器主控芯片IC4的23、24、25、26、22、27、30、31脚为并行数据线连接显示屏J3。MCU微控制器主控芯片IC4的5脚6脚为UART串行接口，通过接插件J11连接到GPS模块的UART串行接口。MCU的9脚，10脚，11脚和3脚为连接RF射频传输芯片IC5的SPI通讯接口线。MCU微控制器主控芯片IC4MCU的19脚、20脚、32脚、33脚连接的4只按键开关，用于显示参数的设置。如图10所示，安全员监管器的RF射频传输芯片IC5，型号A7108，最大输出19dbm。接收灵敏度可以达到-111dbm@50Kbps，为笙科公司生产的一种433MHzISM波段的双向数字无线传输芯片。RF射频传输芯片IC5的9脚，10脚外接12.8MHz时钟晶体。RF射频传输芯片IC5的12脚RF_SCS与微控制器主控芯片IC4的11脚相连接，为RF射频传输芯片IC5的片选端。RF射频传输芯片IC5的13脚RF_SCK与MCU的10脚相连，为RF射频传输芯片IC5的串行通信的时钟端。RF射频传输芯片IC5的14脚RF_SDIO与MCU的9脚相连，为RF射频传输芯片IC5的串行通信数据端。RF射频传输芯片IC5的15脚GIO1与MCU的3脚相连，为RF射频传输芯片IC5的多功能状态中断输出口。RF射频传输芯片IC5的6脚外接的C52,C49,R45组成RF芯片的频率合成鉴相器的环路滤波器。电容C51、C45、C48、C50、C32、C47、C36、C40、C41、C42都是围绕芯片的电源滤波电容。RF射频传输芯片IC5的2脚为射频接收信号输入脚，与其连接的电容C38、电感L3、电容C37组成输入匹配电路。RF射频传输芯片IC5的3脚为射频发射信号输出脚，与其连接的电感L4,电容C46为输出匹配电路。ANT1为收发共用天线。如图11所示，显示屏LCD2为128×128点阵液晶显示屏，COG软连接方式与主电路板PCB连接。电容C31、C33、C35、C55为显示屏内置驱动芯片的升压电路的升压电容。显示屏LCD2的10—17脚与MCU相连，为8位数据线，18—22脚为控制线与MCU微控制器主控芯片IC4相连。三极管Q9为显示屏背光灯控制开关三极管，通过R50与MCU微控制器主控芯片IC4的36脚相连。受MCU微控制器主控芯片IC4控制。如图12所示，安全员监管器的稳压电源IC6型号ME6206A30为低压差的3v稳压芯片。供应手环主控制芯片IC4,及显示屏LCD2工作。电容C32、C68为电源滤波电容。BT1为一节标称电压为3.7v的锂离子电池。为缩小体积，电池的充电采用外部充电电路的方式。电阻R47、R48串联后接在电池两端，其串联节点接MCU微控制器主控芯片IC4的11脚，进行电池电压的检测，当电池电压低于3.3v后给出低电量报警提示。如图13和图14所示，使用时安全手环随身佩戴，安全手环的GPS模块为采购商品化的模块，板载陶瓷天线。电池采用3.7v锂离子电池。主板为安全手环主体控制部分。MCU微控制器主控芯片IC7为核心的微控制器，型号：STM8S105K6，显示屏LCD3的128×64点阵微型液晶显示屏。同时MCU微控制器主控芯片IC7通过串行通讯SPI方式控制RF射频传输芯片IC8，型号：A7108，完成数据无线传输。如图15所示，安全手环的MCU微控制器主控芯片IC7型号为STM8S105K6；为意法公司出产的8位微处理器芯片。可以通过SWIM口进行在应用编程。MCU微控制器主控芯片IC7的6脚；7脚和9脚接稳压电源输出的3V为VDD.MCU微控制器主控芯片IC7的4脚；10脚为接地脚。1脚为MCU复位端，低电平复位。8脚外接的开关SW1为安全手环的电源开关，通过MCU微控制器主控芯片IC7的控制软件可以实现芯片的低功耗掉电模式。当MMCU微控制器主控芯片IC7在掉电模式时若SW1被按下，会产生IO口中断，从而启动MCU微控制器主控芯片IC7进入正常工作模式以实现开机操作。MCU的32脚通过电阻R22接三极管Q12基级。安全手环开机工作状态时MCU微控制器主控芯片IC7的32脚输出高电位，通过三极管Q12导通，点亮液晶屏的背光灯发光二极管L112。同时使三极管Q11导通，将电源接通到J21的2脚来给加到J21插口的GPS模块供电工作。当MCU微控制器主控芯片IC7处于关机低功耗时使MCU的32脚输出低电平，关闭GPS供电和熄灭显示屏LCD3的背光灯。安全手环的MCU微控制器主控芯片IC7的2脚为振动马达控制输出端，当输出高电位时马达转动，产生振动提醒。MCU微控制器主控芯片IC7的29脚为蜂鸣器控制输出端，输出2.7KHz的音频报警信号，通过R24,驱动三极管Q10，进而驱动蜂鸣器LS3发出报警音。MCU微控制器主控芯片IC7的11脚为A/D模拟数字转换输入端，电阻R28、R29接到电池两端，分压点接入MCU微控制器主控芯片IC7的11脚，MCU检测电池电压，当电池电压低于3.3v时显示屏显示低电量提示信息，蜂鸣器LS3给出较长间隔的报警音。MCU微控制器主控芯片IC7的17脚--24脚为并行数据线，接显示屏LCD3。MCU微控制器主控芯片IC7的30、31脚为UART串行接口，通过接插件J21连接到GPS模块的UART串行接口。MCU微控制器主控芯片IC7的25脚、27脚、28脚和3脚为连接RF数字传输芯片IC8的SPI通讯接口线。如图16所示，安全手环的RF射频传输芯片IC8型号A7108为笙科公司生产的一种433MHzISM波段的双向数字无线传输芯片。最大输出19dbm。接收灵敏度可以达到-111dbm@50Kbps，RF射频传输芯片IC8的9脚，10脚外接12.8MHz时钟晶体。IC8的12脚RF_SCS与MCU的28脚相连接，为RFRF射频传输芯片IC8的片选端。RFRF射频传输芯片IC8的13脚RF_SCK与MCU的27脚相连，为RFRF射频传输芯片IC8的串行通信的时钟端。RFRF射频传输芯片IC8的14脚RF_SDIO与MCU的25脚相连，为RFRF射频传输芯片IC8的串行通信数据端。RFRF射频传输芯片IC8的15脚GIO1与MCU的3脚相连，为RFRF射频传输芯片IC8的多功能状态中断输出口。RFRF射频传输芯片IC8的6脚外接的电容C82、C79、电阻R25组成RF芯片的频率合成鉴相器的环路滤波器。电容C81、C75、C78、C80、C62、C77、C66、C70、C71、C72都是围绕芯片的电源滤波电容。RFRF射频传输芯片IC8的2脚为射频接收信号输入脚，与其连接的电容C68、电感L5和电容C67组成输入匹配电路。RFRF射频传输芯片IC8的3脚为射频发射信号输出脚，与其连接的电感L6、电容C76为输出匹配电路。ANT2为收发共用天线，在工务作业安全手环中使用17cm长电子线环绕作为天线。如图17所示，安全手环的显示屏LCD3，采用1.4英寸的迷你小型128×64点阵液晶显示屏，COG软连接方式与主电路板PCB连接。电容C61、C63为电源滤波电容。电容C64、C65为显示屏内置驱动芯片的升压电路的升压电容。显示屏LCD3的16—23脚与MCU微控制器主控芯片IC7的17—24脚相连，为8位数据线，24—26脚为控制线与MCU微控制器主控芯片IC7相连。采用8600时序标准。如图18所示，为安全手环的稳压电源IC9型号ME6206A30为低压差的3v稳压芯片。供应安全手环MCU微控制器主控芯片IC7及显示屏LCD3工作。C62,C88为电源滤波电容。BT2为一节标称电压为3.7v的锂离子电池。为缩小体积，电池的充电采用外部充电电路的方式。电阻R27、R28串联后接在电池两端，其串联节点接MCU的11脚，进行电池电压的检测，当电池电压低于3.3v后给出低电量报警提示。本实用新型涉及的软件程序根据自动控制技术和计算机处理技术编制，是本领域技术人员所熟悉的技术。本实用新型实施例仅用于对本实用新型作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本实用新型实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。