一种道口预警设备的制作方法

本实用新型涉及铁路道口预警技术领域，具体地说，涉及一种道口预警设备。

背景技术：

铁路道口安全问题是铁路运输安全的重要环节，铁路道口预警设备是铁路与公路平面交叉处设置的安全防护设施，是保证铁路列车、道路车辆、行人安全通过道口的重要设备。随着时代发展，铁路沿线道口数量越来越多，其安全防护问题日益突出。

传统的道口预警设备列车接近预警信息采用模拟信道机进行无线接收，pocsag码解码采用比较电路再通过软件进行判决进行解码，该方法应用简单，但在低噪比环境下误码率较高，设备通信可靠性较低，抗干扰能力较低，存在接近预警信息接收不及时导致道口发生二次事故等安全隐患。

传统的道口预警设备，采用单信道机的工作方式，而设备自检功能采用逻辑自检。在实际的应用过程中，存在着逻辑自检并不能真实有效地反应设备的故障情况，特别是信道机故障后，并不能有效地检出，使设备一直处于“带病”工作状态，当紧急情况发生时，不能有效地工作，带来极大的安全隐患，严重影响铁路列车运行安全和人民生命财产安全。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种道口预警设备，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种道口预警设备，包括主控单元、主/备数字信道机单元、射频信号检测单元、时钟单元、存储单元、以太网接口单元、usb接口单元、按键显示单元、音频功放单元、电源单元；其中，主/备数字信道机单元通过uart串行接口和gpio接口与主控单元电连接和信号连接，以实现主控单元与主/备数字信道机单元的数字通信；射频信号检测单元通过uart串行接口与主控单元电连接和信号连接，以实现主控单元与射频信号检测单元的数据通信；射频信号检测单元通过能量耦合的方式与主/备数字信道机单元信号连接，以实现对主/备数字信道机单元发射功率、驻波比的检测功能；时钟单元通过i2c串行接口与主控单元电连接和信号连接，以实现主控单元与时钟单元的数据通信；存储单元通过spi串行接口与主控单元电连接和信号连接；主控单元控制对存储单元的读取、写入和删除操作，以实现通信记录、工作日志记录信息的管理；主控单元通过以太网接口单元与监控中心电连接和信号连接，以实现主控单元与监控中心的数据通信；主控单元通usb接口单元与计算机电连接和信号连接，以实现主控单元与计算机的数据通信；按键显示单元通过uart串行接口与主控单元电连接和信号连接，以实现触摸液晶显示屏的按键扫描和显示控制功能；按键显示单元通过gpio接口与主控单元电连接和信号连接，以实现道口故障告警按键、自检按键的识别；音频功放单元通过uart串行接口与主控单元电连接和信号连接，以实现启动音频功放单元的数字语音存储芯片，发出告警提示语音，并通过音频功放喇叭循环播报道口故障告警提示语音。

通过采用上述技术方案，采用主/备数字信道机的方式进行无线接收，提高列车接近预警信号通信抗干扰能力，主控单元生成模拟列车接近预警信息数据，发送至主/备数字信道机单元，经过数字信道机调制，进行无线发送，实现接收列车接近预警信息自检功能；通过射频信号检测单元采用能量耦合的方式，实现对主/备信道机发射功率、驻波比的检测功能；通过时钟单元实现为道口预警设备提供准确的系统同步时钟；通过以太网接口单元，与监控中心实现远程监控设备工作状态，及远程查询、设置设备参数和读取设备存储的通信记录数据等功能；通过usb接口单元电连接和信号连接计算机，在计算机可以通过专用软件进行查询、设置设备参数，读取、删除设备存储的通信记录数据等操作，实现及时准确的设备维护功能。

作为对本实用新型所述的道口预警设备的进一步说明，优选地，主/备数字信道机单元用于发送或接收道口故障告警功能数据，主/备数字信道机单元输出pocsag码数据，主控单元接收pocsag码数据并进行软件解码；主控单元生成模拟列车接近预警信息数据，主控单元将模拟列车接近预警信息数据发送至主/备数字信道机单元，主/备数字信道机单元对模拟列车接近预警信息数据进行调制和无线发送，以实现接收列车接近预警信息自检功能；主控单元用于对主/备数字信道机单元进行信道机通信信道、发射功率、接收门限参数的查询与设置；以及主控单元用于控制主/备数字信道机单元实现发射启动控制、载波检测、信道机复位功能。

通过采用上述技术方案，主/备数字信道机单元接收的列车接近预警信息经过处理后解调出pocsag码数据流，最后送至主控单元进行软件解码，该方法有效地提升了道口预警设备在低信噪比环境下的解码能力。

作为对本实用新型所述的道口预警设备的进一步说明，优选地，主/备数字信道机单元包括列车接近预警信号接收电路、模拟列车接近预警信号发送电路、道口故障告警通信电路、电源及其他辅助电路；列车接近预警信号接收电路、模拟列车接近预警信号发送电路、道口故障告警通信电路、电源及其他辅助电路与天线电连接和信号连接。

作为对本实用新型所述的道口预警设备的进一步说明，优选地，列车接近预警信号接收电路包括a/d采样电路、升余弦数字滤波器和载波同步逻辑模块，主控单元与载波同步逻辑模块电连接和信号连接，载波同步逻辑模块与升余弦数字滤波器电连接和信号连接，升余弦数字滤波器与a/d采样电路电连接和信号连接，a/d采样电路与天线电连接和信号连接；其中，a/d采样电路用于对无线载波信号等间隔采样；升余弦数字滤波器用于对载波信号无失真的提取；载波同步逻辑模块用于根据导频解调出载波信号，再用相干解调法解调出pocsag码数据，并发送至主控单元进行解码。

通过采用上述技术方案，a/d采样电路采用高速adc芯片及其辅助电路，实现对无线载波信号等间隔采样，基于fpga芯片高速的数字处理技术，采用与发送端匹配的升余弦数字滤波器算法，实现信道选取功能，实现对载波信号无失真的提取并降低数据处理速度，同时剔除无用信道上的数据，只处理有用信道上的数据，有效提高fpga的资源利用率，提高信道机的工作效率，提高信号接收抗干扰能力。

作为对本实用新型所述的道口预警设备的进一步说明，优选地，模拟列车接近预警信号发送电路包括载波同步调制电路、升余弦数字滤波器和无线射频发射电路，主控单元与载波同步调制电路电连接和信号连接，载波同步调制电路与升余弦数字滤波器电连接和信号连接，升余弦数字滤波器与无线射频发射电路电连接和信号连接；其中，主控单元生成列车接近预警测试信号pocsag码数据，主控单元将该信号发送至载波同步调制电路；载波同步调制电路将该信号调制到载波上，载波同步调制电路将载波发送至升余弦数字滤波器；升余弦数字滤波器生成升余弦滚降基带成型脉冲信号，升余弦数字滤波器将该脉冲信号发送至无线射频发射电路；无线射频发射电路将该脉冲信号进行dac转换后进行无线发射。

通过采用上述技术方案，主控单元生成列车接近预警测试信号pocsag码数据，送至载波同步调制电路将信号调制到载波上。载波同步调制电路采用导频法，即在载波上插入导频信号，而后送至升余弦滤波器电路，利用fpga芯片高速数据处理技术生成升余弦滚降基带成型脉冲信号，再将信号送至无线射频发射电路进行dac转换，最后经过射频电路进行无线发射，实现模拟发送列车接近预警信息功能。升余弦数字滤波器实现对基带信号进行脉冲成型滤波，以限制发送信号的带宽，降低带外干扰。

作为对本实用新型所述的道口预警设备的进一步说明，优选地，道口故障告警通信电路包括信令控制单元、基带调制解调单元和无线射频收发单元，信令控制单元与基带调制解调单元电连接和信号连接，基带调制解调单元与无线射频收发单元电连接和信号连接，信令控制单元和无线射频收发单元通过信道机二次开发接口分别与主控单元电连接和信号连接；其中，主控单元与信令控制单元通信并交换道口报警通信数据，信令控制单元与基带调制解调单元通信对道口报警通信数据进行4fsk调制解调，基带调制解调单元与无线射频收发单元通过4fsk信号通信，无线射频收发单元发射时，基带调制解调单元将4fsk信号调制到载波上，无线射频收发单元接收时，基带调制解调单元由载波信号中解调出4fsk信号；主控单元与无线射频收发单元通信，以实现主控单元对信道机发射功率、接收门限参数的查询与设置。

作为对本实用新型所述的道口预警设备的进一步说明，优选地，电源单元采用交流220v电源，经过ac220v转dc13.8v稳压电源模块为各单元提供+13.8v工作电压，主/备信道机单元采用主控单元提供的+13.8v电压，+13.8v电压经过dc13.8v转dc3.3v稳压电源模块后生成稳定的+3.3v电压，为信道机各芯片电路提供稳定可靠的工作电压。

为了实现本实用新型的另一目的，本实用新型还提供了一种利用所述的道口预警设备的接收预警信息解码方法，所述接收预警信息解码方法包括如下步骤：步骤s1)：主/备数字信道机单元接收列车接近预警信号；步骤s2)：主/备数字信道机单元的a/d采样电路对列车接近预警信号进行等间隔采样；步骤s3)：主/备数字信道机单元的升余弦数字滤波器对列车接近预警信号进行信道滤波；步骤s4)：主/备数字信道机单元的载波同步逻辑模块将列车接近预警信号解调出pocsag码信号；步骤s5)：主控单元对pocsag码信号进行软件解码。

作为对本实用新型所述的接收预警信息解码方法的进一步说明，优选地，主/备数字信道机单元包括主用信道机和备用信道机，当主用信道机故障时，备用信道机将自动替换主用信道机继续工作，主控单元通过以太网接口电连接和信号连接的有线网络向监控中心发出设备故障告警信息。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型采用数字信道机进行无线接收，提高列车接近预警信号通信抗干扰能力。当数字信道机接收到列车接近预警信号时，首先采用高速的adc芯片电路对载频进行等间隔采样，然后经过fir升余弦滤波器进行信道滤波后，送至载波同步逻辑模块解调出pocsag码信号，最后送至主控单元进行软件解码，有效的提高了道口预警设备在低信噪比环境下接收列车接近预警信号的准确性。

2、本实用新型采用主/备数字信道机的方式进行无线接收，当主用信道机故障时，备用信道机将自动替换主用信道机继续工作，并通过有线网络向监控中心发出告警信息，实现弱化信道机故障对设备正常工作的影响，并可通过两个信道机进行相互通信，实现设备自发自收pocsag码等自检功能，保证设备工作时处于良好的工作状态；通过以太网实现道口预警设备与监控中心通信，实现对设备的监控与管理，实现及时排除设备故障，保障设备正常工作等功能。

3、本实用新型采用通过对列车接近预警信息主备接收方式和解码方法的进行改进，有效的提高了列车接近预警信息通信抗干扰能力和提高设备工作的可靠性，有效的预防道口发生二次事故，保证了列车运行安全。

附图说明

图1为本实用新型的道口预警设备的组成示意图；

图2为本实用新型的主/备数字信道机单元的组成示意图；

图3为本实用新型的列车接近预警信号接收电路的电连接和信号连接示意图；

图4为本实用新型的模拟列车接近预警信号发送电路的电连接和信号连接示意图；

图5为本实用新型的道口故障告警通信电路的电连接和信号连接示意图；

图6为本实用新型的道口预警设备的接收预警信息解码方法的流程示意图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本实用新型的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并非限定本实用新型。

如图1所示，一种道口预警设备，包括主控单元1、主/备数字信道机单元2、射频信号检测单元3、时钟单元4、存储单元5、以太网接口单元6、usb接口单元7、按键显示单元8、音频功放单元9、电源单元10。

主控单元1是道口预警设备主要的数据处理单元和各单元数据交互的枢纽，负责根据规定的协议与各个组成单元进行通信，分析与处理通信链路传输的语音、数据信息，控制各个组成单元按功能要求进行工作，并及时响应按键操作。

主控单元1中mcu采用armcortex-a8内核微处理器进行构建，在该硬件平台上实现linux操作系统，支持512m字节的ram空间、1g字节的flash空间及can总线控制器、iic控制器、lcd控制器、powervrsgx530图形处理器和多个uart串口等功能。

其中，主/备数字信道机单元2通过uart串行接口与主控单元1电连接和信号连接，以实现主控单元1与主/备数字信道机单元2的数字通信，实现道口故障告警功能数据的发送与接收；实现对信道机通信信道、发射功率、接收门限等参数的查询与设置。

主/备数字信道机单元2通过gpio接口与主控单元1电连接和信号连接，实现主控单元1对信道机发射启动控制，载波检测，信道机复位等功能。主/备数字信道机单元2用于发送或接收道口故障告警功能数据，主/备数字信道机单元2输出pocsag码数据，主控单元1接收pocsag码数据并进行软件解码，以实现主控单元1对数字信道机输出的pocsag码数据的接收和软件解码功能。主控单元1生成模拟列车接近预警信息数据，主控单元1将模拟列车接近预警信息数据发送至主/备数字信道机单元2，主/备数字信道机单元2对模拟列车接近预警信息数据进行调制和无线发送，以实现接收列车接近预警信息自检功能；

主控单元1用于对主/备数字信道机单元2进行信道机通信信道、发射功率、接收门限参数的查询与设置；以及主控单元1用于控制主/备数字信道机单元2实现发射启动控制、载波检测、信道机复位功能。主控单元1采用定时器，定时采样pocsag码数据，经过高速的mcu解析获得列车接近预警信息，而后将信息发送至存储单元5进行存储，并将信息发送至按键显示单元8进行显示。

射频信号检测单元3通过uart串行接口与主控单元1电连接和信号连接，以实现主控单元1与射频信号检测单元3的数据通信；射频信号检测单元3通过能量耦合的方式与主/备数字信道机单元2信号连接，以实现对主/备数字信道机单元2发射功率、驻波比的检测功能，能量耦合是一种近距离无线微波感应通信方式。

时钟单元4通过i2c串行接口与主控单元1电连接和信号连接，以实现主控单元1与时钟单元4的数据通信；时钟单元4采用高精度，集成rtc/tcxo晶体的时钟芯片，结合容量70ma/h的纽扣电池，实现长达2年(730天)的时钟要求。并采用gps定位信息中的时间信息实时校准时间，实现为道口预警设备提供准确的系统同步时钟。

存储单元5通过spi串行接口与主控单元1电连接和信号连接；主控单元1控制对存储单元5的读取、写入和删除操作，以实现通信记录、工作日志记录信息的管理。

主控单元1通过以太网接口单元6与监控中心电连接和信号连接，以实现主控单元1与监控中心的数据通信，实现监控中心对道口预警设备的监控与管理，实现监控中心对设备内存储的通信记录和工作日志等的查询与下载操作。

主控单元1通usb接口单元7与计算机电连接和信号连接，以实现主控单元1与计算机的数据通信，实现计算机专用软件对道口预警设备参数查询与设置，实现对设备存储单元的通信记录、工作日志等信息的查询与下载功能。

按键显示单元8通过uart串行接口与主控单元1电连接和信号连接，以实现触摸液晶显示屏的按键扫描和显示控制功能，实现查询和设置设备所处位置公里标及对应的列车接近预警距离参数，实现本机参数查询与设置，实现列车接近预警信息、道口故障告警信道的显示；按键显示单元8通过gpio接口与主控单元1电连接和信号连接，以实现道口故障告警按键的识别，并启动告警信息发送，实现自检按键的识别，并启动自检功能，实现主/备信道机发送功率、驻波比等信道机性能指标的检测，实现接收列车接近预警信息功能自检，实现道口故障告警功能自检。

音频功放单元9通过uart串行接口与主控单元1电连接和信号连接，以实现启动音频功放单元9的数字语音存储芯片，发出告警提示语音，并通过音频功放喇叭循环播报道口故障告警提示语音。

电源单元10采用交流220v电源，经过ac220v转dc13.8v稳压电源模块为各单元提供+13.8v工作电压，主/备信道机单元采用主控单元1提供的+13.8v电压，+13.8v电压经过dc13.8v转dc3.3v稳压电源模块后生成稳定的+3.3v电压，为信道机各芯片电路提供稳定可靠的工作电压。

如图2所示，主/备数字信道机单元2包括列车接近预警信号接收电路21、模拟列车接近预警信号发送电路22、道口故障告警通信电路23、电源及其他辅助电路24；列车接近预警信号接收电路21、模拟列车接近预警信号发送电路22、道口故障告警通信电路23、电源及其他辅助电路24与天线电连接和信号连接。道口预警设备采用主/备数字信道机方式，实现信道机热备份，通过主/备信道机相互通信，实现接收列车接近预警信息解码自检功能，道口故障告警自检功能等。

如图3所示，列车接近预警信号接收电路21包括a/d采样电路201、升余弦数字滤波器202和载波同步逻辑模块203，主控单元1与载波同步逻辑模块203电连接和信号连接，载波同步逻辑模块203与升余弦数字滤波器202电连接和信号连接，升余弦数字滤波器202与a/d采样电路201电连接和信号连接，a/d采样电路201与天线电连接和信号连接；其中，a/d采样电路201用于对无线载波信号等间隔采样；升余弦数字滤波器202用于对载波信号无失真的提取；载波同步逻辑模块203用于根据导频解调出载波信号，再用相干解调法解调出pocsag码数据，并发送至主控单元1进行解码。a/d采样电路采用高速adc芯片及其辅助电路，实现对无线载波信号等间隔采样。基于fpga芯片高速的数字处理技术，采用与发送端匹配的升余弦数字滤波器算法，实现信道选取功能，实现对载波信号无失真的提取并降低数据处理速度，同时剔除无用信道上的数据，只处理有用信道上的数据，有效提高fpga的资源利用率，提高信道机的工作效率，提高信号接收抗干扰能力。

如图4所示，模拟列车接近预警信号发送电路22包括载波同步调制电路204、升余弦数字滤波器202和无线射频发射电路205，主控单元1与载波同步调制电路204电连接和信号连接，载波同步调制电路204与升余弦数字滤波器202电连接和信号连接，升余弦数字滤波器202与无线射频发射电路205电连接和信号连接；其中，主控单元1生成列车接近预警测试信号pocsag码数据，主控单元1将该信号发送至载波同步调制电路204；载波同步调制电路204采用导频法将该信号调制到载波上，载波同步调制电路204将载波发送至升余弦数字滤波器202；升余弦数字滤波器202利用fpga芯片高速数据处理技术生成升余弦滚降基带成型脉冲信号，升余弦数字滤波器202将该脉冲信号发送至无线射频发射电路205；无线射频发射电路205将该脉冲信号进行dac转换后进行无线发射，以实现模拟发送列车接近预警信息功能。

h(t)升余弦函数如下：

tc为输入脉冲信号周期，α为滚降系数，0≤α≤1，滚降系数α越小，频谱在截止频率处越陡峭，即频谱效率越高。升余弦数字滤波器实现对基带信号进行脉冲成型滤波，以限制发送信号的带宽，降低带外干扰。

如图5所示，道口故障告警通信电路23包括信令控制单元206、基带调制解调单元207和无线射频收发单元208，信令控制单元206与基带调制解调单元207电连接和信号连接，基带调制解调单元207与无线射频收发单元208电连接和信号连接，信令控制单元206和无线射频收发单元208通过信道机二次开发接口分别与主控单元1电连接和信号连接；其中，基于uart串行数据通信，主控单元1与信令控制单元206通信并交换道口报警通信数据，以实现道口故障告警等功能的数据通信；基于uart串行数据通信，信令控制单元206与基带调制解调单元207通信对道口报警通信数据进行4fsk调制解调；基于音频接口，基带调制解调单元207与无线射频收发单元208通过4fsk信号通信，无线射频收发单元208发射时，基带调制解调单元207将4fsk信号调制到载波上，无线射频收发单元208接收时，基带调制解调单元207由载波信号中解调出4fsk信号；基于uart串行数据通信，主控单元1与无线射频收发单元208通信，以实现主控单元1对信道机发射功率、接收门限参数的查询与设置；基于gpio接口，实现主控单元1对信道机发射启动控制。

如图6所示，一种利用上述的道口预警设备的接收预警信息解码方法，主/备数字信道机单元2无线接收列车接近预警信号，首先，主/备数字信道机单元2的a/d采样电路201对列车接近预警信号进行等间隔采样，然后发送至升余弦数字滤波器202，经过主/备数字信道机单元2的升余弦数字滤波器202对列车接近预警信号进行信道滤波后，发送至载波同步逻辑模块203；主/备数字信道机单元2的载波同步逻辑模块203将列车接近预警信号解调出pocsag码信号，最后发送到主控单元1，主控单元1对pocsag码信号进行软件解码，有效的提高了道口预警设备在低信噪比环境下接收列车接近预警信号的准确性。

接收预警信息解码方法采用主/备数字信道机的方式进行无线接收，主/备数字信道机单元2包括主用信道机和备用信道机，当主用信道机故障时，备用信道机将自动替换主用信道机继续工作，主控单元1通过以太网接口电连接和信号连接的有线网络向监控中心发出设备故障告警信息，实现弱化信道机故障对设备正常工作的影响，并可通过两个信道机进行相互通信，实现设备自发自收pocsag码等自检功能，保证设备工作时处于良好的工作状态，有效的预防道口发生二次事故，保证了列车运行安全。

列车接近预警功能

1)接收列车接近预警信息，包含列车车次号数字部分(以下简称车次号)、速度、公里标。

2)判断列车运行方向：按照列车接近预警信息公里标数据变化的规律，判断列车上下行方向。公里标由大变小时为上行方向列车，公里标由小变大时为下行方向列车。无法确认公里标变化趋势时根据列车接近预警信息的“功能码”判断列车上下行方向，功能码为11时为上行方向列车，功能码为01时为下行方向列车。

3)计算列车接近预警信息公里标同道口预警设备设置公里标之差绝对值，该绝对值小于设置的预警距离且由大到小变化时，播报语音并显示车次号、距离、历时。

4)接收到列车接近预警信息中的车次号有效，但公里标无效(公里标数据为“d”)时，播报语音，显示列车车次。

5)根据列车接近预警信息，计算列车接近预警信息公里标同道口预警设备设置公里标之差绝对值。该绝对值由小到大变化，停止播报语音、清空显示信息。

6)当接收列车接近预警信息中的车次号有效，但公里标无效(公里标数据为“d”)时，30s未接收到相同车次接近预警信息，停止播报语音、清空显示信息。

7)设备能设置所处位置公里标及对应的列车接近预警距离参数。

道口预警设备的工作原理如下：

道口故障告警功能

按下道口报警按键，道口预警设备发送道口报警信息(包含道口公里标)，并能发出声光提示。再次按下报警按键，停止发送道口报警信息，并停止声光提示。

自检功能

通过按压自检按键或设备上电时，启动道口预警设备自检功能。自检功能包括启动信道机发射，通过射频信号检测单元实现检测无线收/发单元的发射功率、天馈线系统驻波比等信道机性能。通过主/备信道机互相通信，模拟发送列车接近预警信号，实现对列车接近预警信息接收功能的检测；发送道口故障告警测试信息，实现对道口防护报警信息发送功能的检测。

远程监控功能

通过以太网电连接和信号连接，实现道口预警设备与监控中心通信，实现监控中心对道口预警设备的实时监控功能，及时接收道口预警设备故障告警信息；实现监控中心对道口预警设备的参数查询和设置功能；实现监控中心对设备存储的通信记录和工作日志等数据的查询、下载功能。

计算机读取通讯记录功能

通过usb接口，实现道口预警设备与计算机的数据通信功能，实现计算机专用软件对道口预警设备参数查询与设置，实现对设备存储的通信记录、工作日志等数据的查询与下载功能。

需要声明的是，上述实用新型内容及具体实施方式意在证明本实用新型所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在本实用新型的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本实用新型的保护范围以所附权利要求书为准。