鐵路通信機房遠程復位系統設計

石 瓊

（中國人民解放軍理工大學 理學院，南京 211101）

鐵路無人值守中間站通信機房是安裝鐵路運輸通信設備和鐵通骨干傳輸中繼設備的重要場所。該機房安裝的紅外線軸溫探測系統，能自動檢測各類運行列車車輛的熱軸故障，自動測量軸數、車輛數和車速。該系統的正常運行，對鐵路運行安全性的保障至關重要[1]。

通過對廣鐵懷化車務段中間站通信機房進行實地考察發現，該鐵路局段目前配置的紅外線軸溫探測系統一般分為“國產機”和“美國機”。其中“國產機”在雷雨天氣，機房遭受雷擊時，系統會出現死機現象，需要工作人員趕赴野外機房站點進行人工重新啟動，系統才能正常工作。由于該鐵路局段地處湘西山區，野外地形復雜，交通非常不便，系統重新啟動極為不便，且耗時較長，將給鐵路運行安全帶來隱患。

針對以上問題，廣鐵懷化車務段提出了設計通信機房紅外線軸溫探測系統遠程復位系統的需求，系統要求具有遠程復位功能、語音提示功能、一路小信號和機房電壓檢測功能、機房停電來電處理功能等。

1 系統設計

根據系統設計要求，結構如圖1。

圖1 系統結構圖

來電處理模塊是一個小型電話系統，它負責整個系統與機務中心的聯系，完成振鈴檢測、自動摘掛機、控制命令解碼和操作提示語音的傳輸等功能。停電處理模塊保證機房停電時，該模塊從電話線取電，自動獨立完成振鈴檢測、自動摘掛機功能，并產生、回傳特定頻率信號告知工作人員機房為停電狀態。語音處理模塊存儲預先錄制的語音信號，用于提醒工作人員操作步驟。信號檢測完成一路75 mv、1 kHz～4 kHz的調頻信號的檢測，以及檢測機房兩路電壓：直流48 V和交流220 V。控制器完成紅外軸溫探測系統的重啟工作。控制中心協調和控制各部分順利工作。由于系統在野外機房工作，環境因素比較復雜，其中停電處理模塊、信號檢測模塊采用離散元件構建，對抗干擾的要求將比較高，因此是本設計中需要反復調試和測試的部分，也是硬件設計的重點和難點。

2 硬件設計

根據機房供電正常與否，系統的硬件設計從機房供電正常時遠程復位與檢測部分和機房停電時來電處理部分兩部分討論。

2.1 遠程復位與檢測

遠程復位與檢測部分硬件連接如圖2。處理器采用AT89C51，協調各部分工作。

圖2 遠程復位與檢測硬件連接圖

由于系統工作于野外，工作環境惡劣，噪聲和干擾比較復雜，采用傳統的離散的模擬電路的設計往往不可靠，因此采用模擬電話接口模塊PH8810負責系統的振鈴檢測、摘掛機等工作，該模塊采用電子耦合技術，沒有使用繼電器及音頻耦合變壓器器件，且采用屏蔽封裝，對外界的噪聲和干擾有較理想的抵抗能力[2]。提示車務段工作人員操作系統的提示語音采用單片優質語音錄放電路ISD1700來實現，通過SPI協議模式與單片機AT89C51接口，電路簡單，錄放操作靈活，音質失真極小[3]。為了確保機房紅外線工作的安全性，系統采用了2套密碼保護設計：電話撥入摘機時，下一步操作的密碼確認和復位紅外線軸溫探測系統操作前的密碼確認。同時，為確保系統復位操作順利完成，控制的復位繼電器采用并行的雙繼電器方式設計。對75 mv、1 kHz～4 kHz的調頻信號的檢測電路如圖3，經過現場多次調試，選擇元件合適參數，采用抗干擾技術合理布置PCB板，并安裝長時間運行檢測，該電路能實時檢測出該信號是否存在，且工作穩定。

2.2 停電處理模塊

當機房停電而車務段撥入電話時，要求系統能自動接掛電話，并以一定的方式通知操作人員機房目前處于停電狀況，這就要求設計一個獨立工作的自供電的電話模塊。

基于具有超低功耗（10 μW）、寬壓（3 V-15 V）工作和高的噪聲抑制能力（0.45 VDD）等特點的10進制計數器CMOS芯片CD4017，設計了一個數字式自供電電話模塊，電路如圖4。該模塊由電話線取電供電，能自動摘掛機，并能向電話線發出一特定語音信號。

當有電話呼入時，由U1、U2、D1、D2等組成的振鈴檢測、波形整形電路把一次完整的振鈴信號整成CD4017能識別的計數脈沖[4~5]，等計數達到預置振鈴次數（8次）后，CD4017引腳11輸出高電平，Q2、Q1導通，完成摘機，并使CD40106構成的單穩電路工作，同時從CD40106產生一頻率信號通過Q3、Q1送到電話線，在單穩脈沖信號的下降沿觸發計數器CD4017復位，CD4017引腳11輸出低電平，Q2、Q1截止，完成掛機。

在電話線接口到電話機連線為2 m的條件下使用，發現在不接入該模塊前，電話線電壓分別為：掛機狀態 50 V，摘機狀態9 V；模塊接入后，電話線電壓分別為：掛機狀態47 V，摘機狀態6.8 V，且模塊工作穩定，可靠。模塊符合使用要求。

3 軟件設計

系統軟件主要由ISD1700讀/寫、CAT24C02讀/寫、系統控制等部分組成，程序流程如圖5。

圖5 程序流程圖

系統初始化后在等待檢測電話振鈴并計數的過程中，完成對小信號的狀態定時更新，確保該信息最新。當計數到預置振鈴次數后，響應中斷，如果密碼輸入正確，設置有電話撥入標志，出中斷，并根據PH8810解碼的操作數進行復位、回傳信號狀態信息等操作；如果密碼輸入錯誤，直接掛機。

4 結束語

系統的應用將縮短機房紅外線軸溫探測系統因雷電死機到恢復正常工作的時間，從一定程度上將減輕技術工程師的勞動量，并能及時發現機房供電故障、通訊信號故障來源，取得主動的維修時間，從而提高維護工作效率，減輕勞動強度，更好地保障了列車行車安全，從安全中獲得效益。

[1]陳 巖. 紅外線機房設備狀態與環境遠程監測系統的開發和應用[J]. 哈爾濱鐵道科技，2005（8）：5-7.

[2]王 勇，林 林. 電話接口模塊PH8810在電話遙控系統中的應用[J]. 現代電子技術，2008，31（5）：119-120.

[3]張常年，王振紅，李 洋. ISD-4004語音芯片的工作原理及在智能控制系統中的應用[J]. 國外電子元器件，2002（2）：20-23.

[4]張一哲，楊曉晴，李曉娟. 基于公眾電話網的住宅遠程智能報警和遙控系統設計[J]. 低壓電器，2007，6（2）：14-15.