一种应答器及其方法与流程

本发明属于铁路信号设备应用领域，具体涉及一种在列车运行过程中通过车载设备获取能量信息并将接收leu信息或存储默认报文信息实时传输至车载设备的应答器及其方法。

背景技术：

应答器是列车运行控制系统中的重要基础设备之一。在ctcs-2列控系统中，通过使用应答器设备向车载设备传输大量的点式信息，如线路速度、线路坡度、轨道电路数据、临时限速等信息，根据地面提供的信息以及轨道电路提供的区段空闲信息，列控车载设备控制列车高速、安全运行。fsk(frequency-shiftkeying)频移键控，它是利用基带数字信号离散值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术，它的主要优点是：实现起来容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。

近年来随着铁路运输的大提速，我国铁路部门根据我国铁路的特点，参照ertms/etcs(欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统)的要求制订了中国列车控制系统的标准(ctcs标准)。在这个标准中，应答器将作为必配的设备，须同时满足欧洲标准和我国的技术规范，可使列车控制系统的自动化程度进一步得到提高，也将使我国atc系统的研制水平向更高的层次迈进，铁路运输的安全性得到更有力地保证。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种应答器及其方法，实现在列车经过应答器上方时，应答器被激活，将接收轨旁外部leu设备传输的信息经解析、判断、fsk调制后实时发射出去；当接收信息错误时，发射设备存储的默认报文信息。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种应答器，它包括c接口部分电路、a接口部分电路、控制部分电路；所述c接口部分电路与控制部分电路、外部leu设备进行电连接；控制部分电路与a接口部分电路进行电连接；

所述c接口部分电路，用于接收外部leu设备传输信号，并将接收信号经处理转换为c接口部分电路的工作电源，同时将分解出外部leu设备输出报文信号或写入报文信号并传输至控制部分电路处理器2；

所述控制部分电路，用于将c接口部分传输的固定报文信息写入存储模块，将传输的leu报文信号实时发送至a接口部分电路；

所述a接口部分电路，用于接收外部车载设备发射27.095mhz信号并转换为a接口部分电路及控制部分电路工作电源，同时将处理器2传输的报文信号经fsk调制后发射出去；

所述c接口部分电路，包括c接口防护电路、c接口电源电路、阻抗变换电路、带通滤波器、处理器1、报文写入接口电路；所述c接口防护电路分别与c接口电源电路、阻抗变换电路、带通滤波器、外部leu设备进行电连接；所述带通滤波器、阻抗变换电路、报文写入接口电路与处理器1进行电连接；所述处理器1与控制部分处理器2电连接；所述报文写入接口电路与外部应答器报文专用工具通过rs485接口进行通信连接；

所述c接口防护电路，用于对外部电路传输的强干扰信号进行隔离、吸收，防止强干扰信号传入后级电路；所述c接口防护电路，采用信号屏蔽双绞线、电子防雷、高频敏感器件防护措施，对强干扰信号进行屏蔽隔离、吸收及高阻隔离；

所述c接口电源电路，用于将c接口防护电路输出信号经隔离转换、低通滤波、整流和电压转换后，输出c接口部分电路所需工作电源；

所述带通滤波器，用于将外部leu设备输出的信号进行滤波、整形比较，分离出dbpl编码后的报文信号并传输至处理器1；

所述阻抗变换电路，用于接收处理器1传输的不同脉冲信号，并输出不同阻抗接入c接口防护电路；所述阻抗变换电路，利用三极管的导通时输出低阻抗和截止时输出高阻抗原理，通过输入三极管基极信号电平高低控制三极管的导通或截止，从而控制阻抗变换电路的输出阻抗变化；

所述报文写入接口电路，用于接收外部应答器报文专用工具传输的固定报文信号，经接口转换后传输至处理器1；

所述处理器1，采用fpga芯片，用于将输入leu报文信号或固定报文信号进行解码并传输至处理器2。

所述控制部分电路，包括处理器2、存储模块；

所述处理器2分别与c接口部分电路处理器1、存储模块、a接口部分电路a接口电源电路及27m高频接收器相连接；

所述处理器2，采用fpga芯片，用于接收c接口部分电路传输的leu报文信号或读取存储模块固定报文信息，并传输至a接口部分电路；

所述存储模块；用于存储固定报文信息。

所述a接口部分电路，包括耦合线圈、a接口限幅保护电路、27m高频接收器、a接口电源电路、4.2m信号调制发送电路；所述耦合线圈与a接口限幅保护电路、27m高频接收器、4.2m信号调制发送电路进行电连接；所述4.2m信号调制发送电路与控制部分电路处理器2电连接；

所述耦合线圈，采用一个双工的收发天线，接收外部车载btm天线发送的激活应答器用的27.095mhz的功率载波、向外部车载btm天线发送应答器报文信息；

所述a接口限幅保护电路，用于防护接收外部车载btm天线发射信号能量过大损坏而损坏后级电路；

当外部车载btm天线接近应答器时，应答器的耦合线圈感应27.095mhz的磁场信号并转换为电信号输出至27m高频接收器，由27m高频接收器、a接口电源电路将输入电信号转化为不同直流电压供a接口部分电路、控制部分电路工作；所述27m高频接收器，用于将耦合线圈传输电信号滤波、分解出27.095mhz信号，然后输出至控制部分电路处理器2作为时钟信号，同时将输入信号传输至a接口电源电路；所述a接口电源电路，用于将接收27.095mhz信号转换工作电源，同时经转换输出其中一路电压信号作为处理器2的复位信号；

所述4.2m信号调制发送电路，用于接收处理器发送的报文信号，并对信号进行fsk调制后通过耦合线圈发射出去。

一种应答器实现的方法，它包含如下步骤：

①、从报文写入接口电路写入应答器固定报文信息；

②、接收并分离出外部leu设备传输的leu报文信号，并传输至处理器1进行解码、缓存；

③、列车经过应答器时，应答器接收27.095mhz能量信号并激活，处理器2接收leu报文信号并发送至4.2m信号调制发送电路；同时处理器2向处理器1发送激活标志脉冲信号；

④、4.2m信号调制发送电路将输入leu报文信号经过fsk调制、放大后经耦合线圈发射出去；同时，处理器1收到激活标志脉冲信号后，向阻抗变换电路发送列车通过脉冲信号，阻抗变换电路输出低阻抗使外部leu设备不转换输出报文信息。

步骤1中，所述应答器固定报文信息写入，由外部应答器报文专用写入工具将固定报文信息通过rs485接口传入报文写入接口电路，经报文写入接口电路接口转换后传输至处理器1，处理器1对写入报文信息进行合法性判断、解码，信息正确时将给处理器2的“报文写入标志”置为有效状态，然后通过处理器2对传输的固定报文信息执行写操作，写操作完成后再通过处理器2对存储模块执行读操作，并将读取结果通过处理器1、报文写入接口电路再回传给应答器报文专用写入工具，同时将给处理器2的“报文写入标志”置为无效状态。

步骤2中，所述外部leu设备传输报文信号分离，将外部leu设备传输的信号经过端口匹配电阻、信号隔离变压器后使双端信号变为单端信号，该单端信号经过一个带阻滤波器和一个高通滤波器滤波，输出dbpl编码后的报文信息，即为leu设备传输报文信息；经滤波器输出信息通过两级整形比较器，输出fpga芯片能够识别的dbpl编码信息送给处理器1进行解码；

所述处理器1，将输入dbpl编码信号进行解码、缓存，等待处理器2发送的激活脉冲信号；所述处理器1对dbpl编码信号的解码，如果dbpl编码信号在连续设定时间内解码结果为无效，则判断为外部leu设备传输信号无效，处理器1输出的“c1接口有效标志”置为无效状态；否则将“c1接口有效标志”置为有效状态，同时将解码后的报文信息通过处理器1的io管脚传输至处理器2；所述处理器1缓存报文时间，由软件进行设定；所述处理器1，当处理器1缓存报文信息超过设定的缓存时间，自动清除缓存的报文信息；

所述处理器1缓存leu报文信息，当接收到新发送的leu报文信息时，自动覆盖并更新处理器1缓存的报文信息；

所述处理器1，外围设计有rc复位电路，当处理器1“死机”时，通过在处理器1复位管脚加载高电平脉冲信号即可以对处理器1芯片进行复位。

步骤3中，所述应答器接收27.095mhz能量信号激活，当列车接近应答器时，应答器的耦合线圈感应到27.095mhz的磁场信号并转换为电信号，该信号经过整流、滤波、稳压后，输出应答器a接口部分电路、控制部分电路所需的5v、3.3v、1.5v工作电源；同时，经整流、稳压器输出一路电压信号供双门槛比较器供电，双门槛比较器输出信号作为处理器2的复位信号；

所述处理器2报文信号发送，处理器2收到应答器激活的信号时，首先判断处理器1传输的“c1接口有效标志”是否有效；如果“c1接口有效标志”有效，则将处理器1传输的leu报文信息发送出去，直至电源能量消失；所述处理器2在激活期间，当监测到“c1接口有效标志”无效时，则发送软件设定长度的连续0或1信息，然后从存储模块中读取固定报文信息并发送出去；所述处理器2，在激活期间发送默认报文过程中，若“c1接口有效标志”恢复有效，应答器仍然发送默认报文，直至电源能量消失；

所述应答器激活标志发送，应答器激活期间，处理器2向处理器1发送的“应答器激活标志”脉冲信号置为高电平，其余时间置为低电平。

步骤4中，所述4.2m信号调制发送电路，将处理器2输出报文信号进行fsk调制和放大；所述调制载波信号产生，通过rc多谐振荡器产生,产生信号频率分别为3.951mhz和4.516mhz；所述fsk信号调制，由处理器2送出的二进制原始报文作为基带数字信号，二进制1和0作为条件去控制高速开关的通断，开关不同的状态下接入谐振电路的电容值不同，调整电容的大小使基带信号的0和1分别对应3.951mhz和4.516mhz；调制后fsk信号，经放大电路进行信号放大后送至耦合线圈发射出去；

所述阻抗变换电路阻抗状态变化，在处理器1未收到激活信号时，处理器1通过io管脚向阻抗变换电路输出低电平信号，阻抗变换电路输出高阻抗至外部leu设备，外部leu设备输出报文信号；当处理器1接收到处理器2的发送激活脉冲信号时，处理器1通过io管脚向阻抗变换电路发送高脉冲信号，阻抗变换电路输出低阻抗，外部leu设备检测到此信号后，在一定时间内不转换输出报文。

采用上述技术方案的本发明，它具有以下优点：

(1)本发明采用射频技术、电磁转换技术、fsk信号调制技术、emc防护技术、信号控制技术，能够在高速铁路上列车高速通过时，将应答器接收leu报文或存储固定报文信息发射至车载设备。

(2)本发明设备采用双电源供电技术，双电源相互独立互不干扰，且双电源取电均来自于输入信号接收转换，设备接口简单，安装方便、可靠性高。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的数据处理流程图。

图3为本发明的leu报文信号处理发送流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种应答器，它包括c接口部分电路、a接口部分电路、控制部分电路；所述c接口部分电路与控制部分电路、外部leu设备进行电连接；控制部分电路与a接口部分电路进行电连接；

外部leu设备传输信号，经过c接口防护电路防护后，一路传入c接口电源电路并转换为c接口部分电路工作电源，一路通过带通滤波器滤波后分离出leu报文信号，然后传输至处理器1进行解析、缓存；当列车经过应答器时，耦合线圈接收到外部设备发射27.095mhz能量信号并转换为电信号，经27m高频接收器、a接口电源电路后转换为工作电源、时钟信号，处理器2获得供电信号、时钟信号后工作，处理器1将缓存的leu报文信号传输至处理器2，由处理器2控制发送leu报文信号至4.2m信号调制发送电路，4.2m信号调制发送电路对输入信号进行fsk调制、放大，最后通过耦合线圈发射出去；

所述c接口部分电路，用于接收外部leu设备传输信号，并将接收信号经处理转换为c接口部分电路的工作电源，同时将分解出外部leu设备输出报文信号或写入报文信号并传输至控制部分电路处理器2；

所述控制部分电路，用于将c接口部分传输的固定报文信息写入存储模块，将传输的leu报文信号实时发送至a接口部分电路；

所述a接口部分电路，用于接收外部车载设备发射27.095mhz信号并转换为a接口部分电路及控制部分电路工作电源，同时将处理器2传输的报文信号经fsk调制后发射出去；

所述应答器，当外部leu设备不断的送信号且无列车经过应答器时，其内部c接口部分电路工作，控制部分电路、a接口部分电路处于没电不工作状态，应答器不会向外发送信息；

所述应答器，当外部leu设备不送信号且无列车经过应答器时，应答器整个电路都处于没上电的静止状态，应答器不会向外发送信息；

所述应答器，当外部leu设备不断的送信号且有列车经过应答器时，应答器处于工作状态向外发送信息；

所述c接口部分电路，包括c接口防护电路、c接口电源电路、阻抗变换电路、带通滤波器、处理器1、报文写入接口电路；所述c接口防护电路分别与c接口电源电路、阻抗变换电路、带通滤波器、外部leu设备进行电连接；所述带通滤波器、阻抗变换电路、报文写入接口电路与处理器1进行电连接；所述处理器1与控制部分处理器2电连接；所述报文写入接口电路与外部应答器报文专用工具通过rs485接口进行通信连接；

所述c接口防护电路，用于对外部电路传输的强干扰信号进行隔离、吸收，防止强干扰信号传入后级电路；所述c接口防护电路，采用信号屏蔽双绞线、电子防雷、高频敏感器件防护措施，对强干扰信号进行屏蔽隔离、吸收及高阻隔离；

所述c接口电源电路，用于将c接口防护电路输出信号经隔离转换、低通滤波、整流和电压转换后，输出c接口部分电路所需工作电源；

所述带通滤波器，用于将外部leu设备输出的信号进行滤波、整形比较，分离出dbpl编码后的报文信号并传输至处理器1；

所述阻抗变换电路，用于接收处理器1传输的不同脉冲信号，并输出不同阻抗接入c接口防护电路；所述阻抗变换电路，利用三极管的导通时输出低阻抗和截止时输出高阻抗原理，通过输入三极管基极信号电平高低控制三极管的导通或截止，从而控制阻抗变换电路的输出阻抗变化；

所述报文写入接口电路，用于接收外部应答器报文专用工具传输的固定报文信号，经接口转换后传输至处理器1；

所述处理器1，采用fpga芯片，用于将输入leu报文信号或固定报文信号进行解码并传输至处理器2。

所述控制部分电路，包括处理器2、存储模块；

所述处理器2分别与c接口部分电路处理器1、存储模块、a接口部分电路a接口电源电路及27m高频接收器相连接；

所述处理器2，采用fpga芯片，用于接收c接口部分电路传输的leu报文信号或读取存储模块固定报文信息，并传输至a接口部分电路；

所述存储模块；用于存储固定报文信息。

所述a接口部分电路，包括耦合线圈、a接口限幅保护电路、27m高频接收器、a接口电源电路、4.2m信号调制发送电路；所述耦合线圈与a接口限幅保护电路、27m高频接收器、4.2m信号调制发送电路进行电连接；所述4.2m信号调制发送电路与控制部分电路处理器2电连接；

所述耦合线圈，采用一个双工的收发天线，接收外部车载btm天线发送的激活应答器用的27.095mhz的功率载波、向外部车载btm天线发送应答器报文信息；

所述a接口限幅保护电路，用于防护接收外部车载btm天线发射信号能量过大损坏而损坏后级电路；

当外部车载btm天线接近应答器时，应答器的耦合线圈感应27.095mhz的磁场信号并转换为电信号输出至27m高频接收器，由27m高频接收器、a接口电源电路将输入电信号转化为不同直流电压供a接口部分电路、控制部分电路工作；所述27m高频接收器，用于将耦合线圈传输电信号滤波、分解出27.095mhz信号，然后输出至控制部分电路处理器2作为时钟信号，同时将输入信号传输至a接口电源电路；所述a接口电源电路，用于将接收27.095mhz信号转换工作电源，同时经转换输出其中一路电压信号作为处理器2的复位信号；

所述4.2m信号调制发送电路，用于接收处理器发送的报文信号，并对信号进行fsk调制后通过耦合线圈发射出去。

如图2、图3所示，应答器数据处理流程如下：外部leu设备发送leu报文信号，经带通滤波器对leu报文信号进行采集并传输至处理器1，处理器对输入leu报文信号进行判断、解码缓存；当耦合线圈接收到27.095mhz能量信号后，经27m高频接收器滤波分离出27.095mhz信号作为处理器2时钟信号，同时经a接口电源电路整流、稳压输出复位电压信号及工作电源，处理器2工作并发送应答器激活标志信号，同时接收处理器1发送报文信号、c1接口有效标志，处理器2接收到leu报文信号及c1接口有效标志后将输出报文信号发送至4.2m信号调制发送电路进行fsk信号调制、放大，最后信号通过耦合线圈发射出去；同时处理器1收到激活标志脉冲信号后，向阻抗变换电路发送列车通过脉冲信号，阻抗变换电路输出低阻抗使外部leu设备不转换输出报文信息；

当应答器写入固定报文信息时，由外部应答器报文专用写入工具将固定报文信息通过rs485接口传入报文写入接口电路，经报文写入接口电路接口转换后传输至处理器1，处理器1对写入报文信息进行合法性判断、解码，信息正确时将给处理器2的“报文写入标志”置为有效状态，然后通过处理器2对传输的固定报文信息执行写操作，写操作完成后再通过处理器2对存储模块执行读操作，并将读取结果通过处理器1、报文写入接口电路再回传给应答器报文专用写入工具。

一种应答器实现的方法，它包含如下步骤：

①、从报文写入接口电路写入应答器固定报文信息；

②、接收并分离出外部leu设备传输的leu报文信号，并传输至处理器1进行解码、缓存；

③、列车经过应答器时，应答器接收27.095mhz能量信号并激活，处理器2接收leu报文信号并发送至4.2m信号调制发送电路；同时处理器2向处理器1发送激活标志脉冲信号；

④、4.2m信号调制发送电路将输入leu报文信号经过fsk调制、放大后经耦合线圈发射出去；同时，处理器1收到激活标志脉冲信号后，向阻抗变换电路发送列车通过脉冲信号，阻抗变换电路输出低阻抗使外部leu设备不转换输出报文信息。

步骤1中，所述应答器固定报文信息写入，由外部应答器报文专用写入工具将固定报文信息通过rs485接口传入报文写入接口电路，经报文写入接口电路接口转换后传输至处理器1，处理器1对写入报文信息进行合法性判断、解码，信息正确时将给处理器2的“报文写入标志”置为有效状态，然后通过处理器2对传输的固定报文信息执行写操作，写操作完成后再通过处理器2对存储模块执行读操作，并将读取结果通过处理器1、报文写入接口电路再回传给应答器报文专用写入工具，同时将给处理器2的“报文写入标志”置为无效状态。

步骤2中，所述外部leu设备传输报文信号分离，将外部leu设备传输的信号经过端口匹配电阻、信号隔离变压器后使双端信号变为单端信号，该单端信号经过一个带阻滤波器和一个高通滤波器滤波，输出dbpl编码后的报文信息，即为leu设备传输报文信息；经滤波器输出信息通过两级整形比较器，输出fpga芯片能够识别的dbpl编码信息送给处理器1进行解码；

所述处理器1，将输入dbpl编码信号进行解码、缓存，等待处理器2发送的激活脉冲信号；所述处理器1对dbpl编码信号的解码，如果dbpl编码信号在连续设定时间内解码结果为无效，则判断为外部leu设备传输信号无效，处理器1输出的“c1接口有效标志”置为无效状态；否则将“c1接口有效标志”置为有效状态，同时将解码后的报文信息通过处理器1的io管脚传输至处理器2；所述处理器1缓存报文时间，由软件进行设定；所述处理器1，当处理器1缓存报文信息超过设定的缓存时间，自动清除缓存的报文信息；

所述处理器1缓存leu报文信息，当接收到新发送的leu报文信息时，自动覆盖并更新处理器1缓存的报文信息；

所述处理器1，外围设计有rc复位电路，当处理器1“死机”时，通过在处理器1复位管脚加载高电平脉冲信号即可以对处理器1芯片进行复位。

步骤3中，所述应答器接收27.095mhz能量信号激活，当列车接近应答器时，应答器的耦合线圈感应到27.095mhz的磁场信号并转换为电信号，该信号经过整流、滤波、稳压后，输出应答器a接口部分电路、控制部分电路所需的5v、3.3v、1.5v工作电源；同时，经整流、稳压器输出一路电压信号供双门槛比较器供电，双门槛比较器输出信号作为处理器2的复位信号；

所述处理器2报文信号发送，处理器2收到应答器激活的信号时，首先判断处理器1传输的“c1接口有效标志”是否有效；如果“c1接口有效标志”有效，则将处理器1传输的leu报文信息发送出去，直至电源能量消失；所述处理器2在激活期间，当监测到“c1接口有效标志”无效时，则发送软件设定长度的连续0或1信息，然后从存储模块中读取固定报文信息并发送出去；所述处理器2，在激活期间发送默认报文过程中，若“c1接口有效标志”恢复有效，应答器仍然发送默认报文，直至电源能量消失；

所述应答器激活标志发送，应答器激活期间，处理器2向处理器1发送的“应答器激活标志”脉冲信号置为高电平，其余时间置为低电平。

步骤4中，所述4.2m信号调制发送电路，将处理器2输出报文信号进行fsk调制和放大；所述调制载波信号产生，通过rc多谐振荡器产生,产生信号频率分别为3.951mhz和4.516mhz；所述fsk信号调制，由处理器2送出的二进制原始报文作为基带数字信号，二进制1和0作为条件去控制高速开关的通断，开关不同的状态下接入谐振电路的电容值不同，调整电容的大小使基带信号的0和1分别对应3.951mhz和4.516mhz；调制后fsk信号，经放大电路进行信号放大后送至耦合线圈发射出去；

所述阻抗变换电路阻抗状态变化，在处理器1未收到激活信号时，处理器1通过io管脚向阻抗变换电路输出低电平信号，阻抗变换电路输出高阻抗至外部leu设备，外部leu设备输出报文信号；当处理器1接收到处理器2的发送激活脉冲信号时，处理器1通过io管脚向阻抗变换电路发送高脉冲信号，阻抗变换电路输出低阻抗，外部leu设备检测到此信号后，在一定时间内不转换输出报文。

本发明采用射频技术、电磁转换技术、fsk信号调制技术、emc防护技术、信号控制技术，能够在高速铁路上列车高速通过时，将应答器接收leu报文或存储固定报文信息发射至车载设备。

本发明设备采用双电源供电技术，双电源相互独立互不干扰，且双电源取电均来自于输入信号接收转换，设备接口简单，安装方便、可靠性高。