智能化铁路信号机led显示及故障报警系统的制作方法
【专利摘要】一种涉及铁路运输【技术领域】的智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，采用过流防护、组合防雷、微处理器控制、数码显示、声光报警等多项新技术，具体解决了目前我国铁路既有类似装置存在的显示距离不足、抗干扰性差、电特性不稳、故障率高、报警信息模糊等诸多问题。本系统室内电路装在一只具有屏蔽功能的方形金属盒中，室外电路安装在一只设有屏蔽层的工程塑料盒里，发光电路装设在室外信号机构内。室内、外电路通过标准信号电缆连接。各项技术指标符合现行铁道行业标准，免现场维护，适于我国铁路各类型信号工程安装配套。
【专利说明】智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统
所属【技术领域】
[0001]本实用新型是一种铁道信号显示系统。适于我国铁路区间、站内、专用线、道口等各种类型信号设备装用。
[0002]长期以来的铁路运输实践证明，铁路信号设备技术性能的优劣、安全可靠程度的高低直接关系到我国铁路运输行车安全。作为行车指挥命令的信号显示设备，应不断采用现代高新技术，研制更先进、更安全可靠的新型铁道信号显示及故障报警系统，以适应我国铁路现代化建设的需要。
【背景技术】
[0003]既有的类似装置，采用小功率LED光源及传统声光报警设计，实际运用中只要有一只发光管故障，串联在回路中未发生故障的发光管也将随之失效，直接影响信号的正常显示效果。另外，由于其抗干扰特性不良引起的信号乱显示现象时有发生，直接危及铁路行车安全。再则，既有光源控制电路的故障报警设计采取普通声光报警设计，使得值班人员不能迅速确认故障的具体位置，报警效果尚不能满足运输现场实际需要。更有甚者，随着使用时间的延长，发光管温度升高，输出特性变差，导致电流与温升之间形成恶性循环，进而导致光源色纯度以较快速度趋于劣化，从而给铁路运输带来诸多安全隐患，难以适应我国铁路运输安全、重载、快速发展的需要。
【发明内容】
[0004]为了克服小功率发光二极管串联工作方式所导致的一只光管故障，未故障的光管也随之失效问题，本实用新型采用了大功率发光二极管并联及不间断自动监测工作方式；为了克服故障报警模拟取样不精确而导致的报警效果不理想问题，本实用新型采用了中央处理器动态监测与数字显示技术；为了克服工作电流随温度升高导致电路输出特性变差、信号显示色度异常之弊病，本实用新型采用了具有电流与温度自适应性能的场效应控制技术；为了克服外界电磁干扰导致的信号错误显示问题，本实用新型采用了具有电磁屏蔽功能的机箱以隔断内外电磁联系；为了克服浪涌电压导致的信号乱显示问题，本实用新型采用了横向与竖向杂波复合式抗扰以及高低频电容滤波技术；为了解决短路故障的安全防护问题，本实用新型采用了自恢复过流防护技术；为了克服感应雷害导致的电路失效问题，本实用新型采用了高压放电与快速浪涌抑制组合防雷技术；为了克服传统声光报警信息不能确定具体位置与故障灯光颜色的问题，本实用新型采用了微处理器脉冲解码技术，本项技术能直接将发生故障的室外信号机号码及灯位，实时反馈到位于信号值班室的报警终端。
[0005]为了保证本实用新型的可靠性，系统电路全部采用工业或军用级元器件，以适应我国北方严寒与南方酷热气候环境，比较理想地解决了目前我国铁路信号LED显示及故障报警系统存在的由于温度特性不理想而导致的一系列安全隐患问题。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:将室内电路集成在一只规格为260 X 250 X I1mm长方体并具有屏蔽功能的金属盒内，放置在信号值班室内或者安装在信号组合架上；将室外电路集成在一只规格为120X120X 130mm设有屏蔽层的方形工程塑料盒内，固定在信号机构内部或者地面变压器箱里；将圆形LED发光盘安装在室外信号机构透镜后面。室内与室外设备通过标准信号电缆连接。室内解码电路、室外发码电路与信号机构LED发光电路三个功能电路构成智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统。
[0007]室内机箱里装有解码及显示等功能电路，室外的工程塑料盒装有电源变压、防护、整流、DC/DC转换、滤波、监测、发码等功能电路，信号机构装有LED发光盘、透镜及连接件等部件。
[0008]室外机箱里的过流防护电路是由两个自恢复型过流防护电阻与工频电源变压器一次线圈相串联而成。当系统电路发生过流故障时，两个过流防护电阻会快速升高阻值，以阻止电流随着时间延长继续上升，从而起到过流防护作用。
[0009]电源及雷电防护电路是由一个浪涌电压快速抑制器、一个BX1-34型变压器、一个三端放电管、一个专用防雷地线及一组12?16V可调压端子组成，三端放电管旨在纵向防雷，浪涌电压快速抑制器用于横向防雷及一般过压干扰。
[0010]发光电路是由七个相互并联的具有负载电流自动平衡功能的光源驱动单元组合而成。其单元电路工作原理是，当温度升高时，电路中热敏电阻阻值将变大，于是导致功放管的栅极电平下降，进而使得功放电流下降，温度随之下降。串联在功放管漏极的热敏电阻随着温度的上升阻值变大，因而具有稳定负载电流的作用。与下偏置电阻并联的4.7微法钽电容用途是滤除杂波干扰，防止乱显示。将发光二极管串联在功放管源极，可以在负载电流升高时使电路具有负反馈作用，对稳定负载电流作用明显。
[0011]解码电路是由以一个三位译码器为核心部件并具有故障报警到灯位功能的声光报警显示终端。解码电路的作用是接受发码电路发送的故障脉冲信号，然后按预设程序译码显示001?255十进制数码，由于现场信号机以及灯位编码具有唯一性，系统通过查表程序即可立即确定并显示与之对应的故障信号机位及故障灯位。为了及时将室内声光报警电路复原，室内解码电路中设有手动复原按钮。
[0012]发码电路是由一个51型中央处理器、一个微型8位拨码开关、一只10微法上电自动复位电容、一只1K上电自动复位电阻、一个微型手动复位按钮、两只30P辅助振荡电容、一只12M晶体振荡器、一只12V2A型故障报警继电器、一只12V5A型切断显示继电器、一只1K报警电流平衡电阻、一个9013型报警信号放大器、一只9013型切断信号显示放大器、一个1K切断信号显示放大器基极平衡电阻、一个0.01微法高频滤波电容、一个DC/DC型直流电源变换器、一个470微法50V低频滤波电容、七个NPN型三极管为核心组成的取样放大器、七个负载电压取样二极管顺序电连接组成。
[0013]发码电路中的中央处理器可在电源正常情况下可不间断监测LED显示状态，当七个发光二极管任意一个故障失效时，中央处理器立即发出由拨码开关确定的符合二进制码型特点的故障脉冲信号，进而启动故障报警继电器，利用其接点接通室内的脉动继电器工作电源，使用脉动继电器的一组接点将脉冲信号送入以译码器为核心的报警终端，从而完成故障信息传输与解码显示过程。
[0014]一般情况下，各路取样二极管处于关断状态，一旦任意一路发生发光二极管失效故障，其电平将由3V左右上升到5V以上，此时取样二极管将由关断状态转为导通状态，于是故障信息送至取样放大器，进而驱动中央处理器发出报警或者切断显示指令。
[0015]发码电路设有切断显示继电器，用于当出现两只或两只以上发光二极管故障时，由其接点切断发光二极管的工作电源，使故障信号机处于关闭状态，进而实现铁道信号联锁关系必须遵循的“故障——安全”之设计原则。
[0016]发光盘选用的铝板规格可以根据不同用途，在直径为120?200毫米、厚度为2?3毫米之间选择，其材质为电泳黑色圆形铝板，七只大功率IW型发光二极管中的六只在所选择的圆形铝板上按60度位差均匀分布安装，另外一只处于圆形铝板中心位置。与铝板连接成一体的线路板直径与铝板相同，厚度为2毫米。
[0017]在进行信号机构内部LED发光盘安装过程中，须适度调节发光盘与透镜相对空间位置，使光源始终处于信号机构光学透镜的焦点之上，以保证其最佳显示效果。
[0018]本系统的智能化功能主要由软件的自动监测与控制功能模块予以实现。用汇编语言或者C语言编制的源程序首先从初始化模块开始，然后是数据设定模块，接着是顺序判断各路发光二极管的工作状态正常与否？若发生任何一路有故障，则立即转故障报警功能模块运行；若发生两路或者两路以上的故障，系统则转至切断信号显示模块执行。故障处理完毕，系统将自动返回主程序，继续对各路LED显示状态进行不间断的监测，从而实现LED信号显示及故障报警系统的智能化。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0020]附图是本实用新型的一个实施例子。
[0021]图1是智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统的构成方框图。
[0022]图2是智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统的电原理图。
[0023]图3是智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统发光盘示意图。
[0024]图4是智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统软件工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0025]在图1所示的系统构成方框图实例中，智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统由过流防护电路(I)、电源及雷电防护电路(2)、发光电路(3)、解码电路(4)、发码电路
(5)与发光盘(6)共六个部分构成，过流防护电路(I)与电源及雷电防护电路(2)和发码电路(5)集成在一只设有屏蔽层的工程塑料壳体内并根据不同需要安装在信号机构内或信号变压器箱子里，解码电路(4)集成在一只具有电磁屏蔽功能的机箱内并安装在铁路信号机械室，发光电路(3)及发光盘(6)装设在信号机构内部的透镜后方。其电路系统由过流防护电路⑴、电源及雷电防护电路⑵、发光电路⑶、解码电路⑷、发码电路(5)、发光盘
(6)顺序电联结而成。
[0026]在图2所示实例中，过流防护电路(I)是由两个自恢复型过流防护电阻(101、103)与工频电源变压器(202) —次线圈相串联而成。
[0027]电源及雷电防护电路(2)是由一个浪涌电压快速抑制器(203)、一个BX1-34型变压器(202)与一个三端放电管(201)、一个专用防雷地线(206)及一组12V?16V可调压端子(205)组成。
[0028]发光电路(3)由七个相互并联的具有负载电流自动平衡功能的光源驱动单元电路组合而成。
[0029]解码电路(4)是由以一个三位译码器(407)为核心部件并具有故障报警到室外信号机灯位功能的声光报警显不终端。
[0030]发码电路(5)是由一个51型中央处理器(513)、一个微型8位拨码开关(512)、一只10微法上电自动复位电容(518)、一只1K上电自动复位电阻(517)、一个微型手动复位按钮(519)、两只30P辅助振荡电容(515、516)、一只12M晶体振荡器(514)、一只12V2A型故障报警继电器(505)、一只12V5A型切断显示继电器(509)、一只1K报警电流平衡电阻(508)、一个9013型报警信号放大器(507)、一只9013型切断信号显不放大器(510)、一个1K切断信号显示放大器基极平衡电阻(511)、一个0.01微法高频滤波电容(504)、一个DC/DC型直流电源变换器(503)、一个470微法50V低频滤波电容(502)、七个NPN型三极管(611、612、613、614、615、616、617)为中心组成的取样放大器、七个负载电压取样二极管(601、602、603、604、605、606、607)顺序电连接组成。
[0031]发光盘(6)由一直径为120?200毫米、厚度为2?3毫米的电泳黑色圆形铝板与一张直径与圆形铝板相同，厚度为2毫米的线路板组合而成，七只大功率IW型发光二极管(314、324、334、344、354、364、374)中的六只按60度位差均匀分布安装，另外一只处于圆形铝板中心位置。
[0032]解码电路(4)用以接受发码电路(5)发送的故障脉冲信号并按预设程序译码显示001?255十进制数码，由于现场信号机以及灯位编码具有唯一性，通过查表程序可确定并显示故障信号机位及故障灯位。
[0033]发码电路(5)中的中央处理器(513)可不间断监测发光盘(6)LED显示状态，当七个发光二极管任意一个故障失效时，中央处理器(513)立即通过输出口(521)发出由拨码开关(512)确定的符合二进制码型特点的故障脉冲信号，进而启动故障报警继电器(507)，其接点(506)则接通解码电路(4)中的脉动继电器(401)工作电源，通过脉动继电器接点(402)将脉冲信号送入以译码器(407)为核心的报警终端，从而完成故障信息传输与解码显示过程。切断显示继电器(509)用于当出现两只或两只以上发光二极管故障时，由其接点(205)切断发光二极管的工作电源，使故障信号机处于关闭状态，进而实现中国铁道信号联锁关系必须遵循的“故障——安全”之设计原则。
[0034]一般情况下，各路取样二极管处于关断状态，一旦发生任何一路发光二极管失效故障，其电平将由3V左右上升到5V以上，此时取样二极管将由关断状态转为导通状态，于是故障信息送至取样放大器，进而驱动中的中央处理器(513)发出报警或者切断显示指令。
[0035]中央处理器(513)工作电源使用DC/DC变换器(503)提供的恒压5V电源，发光电路⑶及继电器(505、509)使用由整流器(204)输出的12V直流电源。
[0036]在图3所示实例中，发光盘(6)是一直径为150毫米、厚度为2毫米的电泳黑色圆形铝板与一张直径为150毫米、厚度为2毫米的线路板组合而成，七只大功率IW型发光二极管(314、324、334、344、354、364、374)中的六只按60度位差均匀布置，另外一只发光二极管固定在圆形铝板中心位置。各路发光二极管最佳工作电流调至200毫安为最佳值，各路发光二极管光线偏散角度不应小于110°。
[0037]在图4所示实例中，系统软件工作流程从初始化模块(001)开始，然后是数据设定模块(002)，接着是顺序判断七个(003、004、005、006、007、008、009)发光二极管的工作状态模块，若发现任何一个有故障，则立即转故障报警模块(011)运行；若发现两个或者两个以上的发光二极管故障，系统则转至切断信号显示电源模块(015)执行。故障处理完毕，系统将自动返回主程序，继续对七个发光二极管进行不间断的监测，从而实现LED信号显示及故障报警系统的智能化。
[0038]初步试验结果证明，本实用新型具有特性稳定、抗干扰性强、信号显示效果优良、故障报警位置精确、报警信息显示数码化、现场装换手续简便等特点，适应我国高、低温及高海拔气候环境。各项技术指标符合现行铁道行业标准，适于我国既有信号设备与新设铁路信号工程安装配套。
【权利要求】
1.智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，由过流防护电路(I)、电源及雷电防护电路(2)、发光电路(3)、解码电路(4)、发码电路(5)与发光盘(6)共六个部分构成，过流防护电路(I)与电源及雷电防护电路(2)和发码电路(5)集成在一只设有屏蔽层的工程塑料壳体内并根据不同需要安装在信号机构内或信号变压器箱子里，解码电路(4)集成在一只具有电磁屏蔽功能的机箱内并安装在铁路信号机械室，发光电路(3)及发光盘(6)装设在信号机构内部的透镜后方，其电路系统由过流防护电路(I)、电源及雷电防护电路(2)、发光电路⑶、解码电路(4)、发码电路(5)、发光盘(6)顺序电联结而成，其特征在于:发码电路(5)采用的核心部件(513)是一只具有智能化控制特点的51系列中央处理器；发光电路(3)的七个核心部件(312、322、332、342、352、362、372)均为具有自动平衡负载电流功能的N沟道型场效应功放管。
2.根据权利要求1所述的智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，其特征是:过流防护电路(I)是由两个自恢复型过流防护电阻(101、103)与工频电源变压器(202) —次线圈相串联而成。
3.根据权利要求1所述的智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，其特征是:电源及雷电防护电路(2)是由一个浪涌电压快速抑制器(203)、一个BX1-34型变压器(202)与一个三端放电管(201)、一个专用防雷地线(206)及一组12V?16V可调压端子(205)组成。
4.根据权利要求1所述的智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，其特征是:发光电路(3)是由七个相互并联的具有负载电流自动平衡功能的光源驱动单元电路组合而成。
5.根据权利要求1所述的智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，其特征是:解码电路(4)是由以一个三位译码器(407)为核心部件并具有故障报警到室外信号机灯位功能的声光报警显不终端。
6.根据权利要求1所述的智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，其特征是:发码电路(5)是由一个51型中央处理器(513)、一个微型8位拨码开关(512)、一只10微法上电自动复位电容(518)、一只1K上电自动复位电阻(517)、一个微型手动复位按钮(519)、两只30P辅助振荡电容(515、516)、一只12M晶体振荡器(514)、一只12V2A型故障报警继电器(505)、一只12V5A型切断显示继电器(509)、一只1K报警电流平衡电阻(508)、一个9013型报警信号放大器(507)、一只9013型切断信号显示放大器(510)、一个1K切断信号显示放大器基极平衡电阻(511)、一个0.01微法高频滤波电容(504)、一个DC/DC型直流电源变换器(503)、一个470微法50V低频滤波电容(502)、七个NPN型三极管出11、612、613、614、615、616、617)为中心组成的取样放大器、七个负载电压取样二极管(601、602、603、604、605、606、607)顺序电连接组成。
7.根据权利要求1所述的智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，其特征是:发光盘出)由一直径为120?200毫米、厚度为2?3毫米的电泳黑色圆形铝板与一张直径与圆形铝板相同，厚度为2毫米的线路板组合而成，七只大功率IW型发光二极管(314、324、334、344、354、364、374)中的六只按60度位差均匀分布安装，另外一只处于圆形铝板中心位置。
8.根据权利要求1所述的智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，其特征是:解码电路(4)用以接受发码电路(5)发送的故障脉冲信号并按预设程序译码显示OOl?255十进制数码，由于现场信号机以及灯位编码具有唯一性，通过查表程序可确定并显示故障信号机位及故障灯位。
9.根据权利要求1所述的智能化铁路信号机LED显示及故障报警系统，其特征是:发码电路(5)中的中央处理器(513)可不间断监测发光盘(6)LED显示状态，当七个发光二极管任意一个故障失效时，中央处理器(513)立即通过输出口(521)发出由拨码开关(512)确定的符合二进制码型特点的故障脉冲信号，进而启动故障报警继电器(507)，其接点(506)则接通解码电路(4)中的脉动继电器(401)工作电源，通过脉动继电器接点(402)将脉冲信号送入以译码器(407)为核心的报警终端，从而完成故障信息传输与解码显示过程，切断显示继电器(509)用于当出现两只或两只以上发光二极管故障时，由其接点(205)切断发光二极管的工作电源，使故障信号机处于关闭状态，进而实现中国铁道信号联锁关系必须遵循的“故障——安全”之设计原则。
【文档编号】G01R31/00GK203965538SQ201420355910
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月22日 优先权日:2014年6月22日
【发明者】曹升侠 申请人:曹升侠