節(jié)能型監(jiān)護(hù)道口防護(hù)裝置

張耀威，伍毅珊，張 明

（南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，1.高級(jí)工程師；2.助理工程師；3高級(jí)技師，廣西 柳州 545007）

為確保無(wú)人看守道口的行車安全，南寧鐵路局對(duì)管內(nèi)鐵路正線273處無(wú)人看守道口實(shí)行了全天監(jiān)護(hù)。但受外部環(huán)境條件限制，大部分監(jiān)護(hù)道口無(wú)法解決供電問(wèn)題，因而，道口信號(hào)與報(bào)警裝置等設(shè)備難以使用，通過(guò)道口的機(jī)動(dòng)車輛和行人不能及時(shí)獲得列車運(yùn)行信息，給監(jiān)護(hù)道口留下了隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006～2007年，在局管內(nèi)該類道口處，就發(fā)生各類事故28起，死亡15人，傷11人，造成經(jīng)濟(jì)損失1 230萬(wàn)元，列車停時(shí)21 h 7 min。為此，迫切需要開發(fā)一種節(jié)能型監(jiān)護(hù)道口防護(hù)裝置，以提高監(jiān)護(hù)道口的安全防護(hù)能力。

1 裝置簡(jiǎn)介

1.1 組成該裝置由遙控主機(jī)、太陽(yáng)能供電照明系統(tǒng)和2套太陽(yáng)能供電的聲光報(bào)警分機(jī)組成，如圖1所示。其可在環(huán)境溫度-20℃～+60℃條件下工作。

圖1 裝置組成框圖

1.2 功能節(jié)能型監(jiān)護(hù)道口防護(hù)裝置具有以下主要功能：

1）行人的預(yù)警信號(hào)燈面向公路，在沒(méi)有列車接近道口時(shí)，閃黃燈；當(dāng)有列車即將接近道口時(shí)，閃紅燈，并發(fā)出語(yǔ)音警告，提醒行人、車輛注意安全。

2）解決鐵路監(jiān)護(hù)道口房的夜間照明問(wèn)題。

3）提供自動(dòng)控制接口，便于連接其他設(shè)備，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

2 遙控主機(jī)

遙控主機(jī)由控制中心、指令控制單元、狀態(tài)顯示單元、無(wú)線收發(fā)單元、自動(dòng)控制接口單元等組成，如圖2所示。

圖2 遙控主機(jī)組成框圖

其主要功能是向分機(jī)發(fā)出相關(guān)指令（列車接近、列車離去、停機(jī)）；接收分機(jī)狀態(tài)指令，實(shí)時(shí)顯示分機(jī)工作狀態(tài)；檢測(cè)自動(dòng)接口信號(hào)，自動(dòng)發(fā)出相關(guān)指令。遙控主機(jī)的功耗不大于10 W。無(wú)線通信使用443 MHz業(yè)余頻段。

2.1 控制中心控制中心采用單片機(jī)系統(tǒng)，是遙控主機(jī)的中樞部分，負(fù)責(zé)主機(jī)的控制指揮工作。

2.2 指令控制單元指令控制單元由面板上的按鍵與電路組成，其狀態(tài)的變化及組合代表了某一項(xiàng)功能的指令，即當(dāng)用戶按下某個(gè)按鈕，控制中心檢測(cè)到信號(hào)后，就會(huì)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令，交由相應(yīng)的部件處理。

2.3 狀態(tài)顯示單元狀態(tài)顯示單元由發(fā)光二極管構(gòu)成，其狀態(tài)及組合代表分機(jī)所處的狀態(tài)，使操作者能清楚地知道目前2臺(tái)分機(jī)所處的狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)收到分機(jī)回復(fù)的信號(hào)燈狀態(tài)信息時(shí)，就會(huì)在主機(jī)面板的指示燈閃爍對(duì)應(yīng)的色燈。指示燈閃紅燈表示該分機(jī)的信號(hào)燈目前是紅燈閃的狀態(tài)，閃黃燈表示該分機(jī)的信號(hào)燈目前是黃燈閃的狀態(tài)。

2.4 無(wú)線收發(fā)單元無(wú)線收發(fā)單元由無(wú)線收發(fā)模塊及天線組成，實(shí)現(xiàn)與分機(jī)間的通信。該裝置選用的無(wú)線收發(fā)模塊，具有發(fā)射和接收的功能，而且有多種波頻可供選擇。其主要優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)較容易，抗噪聲、衰減的性能較好。該項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水、電、氣等自動(dòng)抄表系統(tǒng)。無(wú)線遙控、無(wú)線電子顯示屏、搶答器等，屬于比較成熟的技術(shù)，且這類模塊體積不大，便于嵌入到該研發(fā)裝置中。

2.5 自動(dòng)控制接口單元該裝置除具有人工操作的功能外，還配置了自動(dòng)控制接口單元。自動(dòng)控制接口可與“列車接近通知設(shè)備”輸出的列車接近和列車離去信號(hào)相連，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。自動(dòng)控制接口收到列車接近的信號(hào)時(shí)，裝置自動(dòng)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警及紅燈閃爍的指令；收到列車離去信號(hào)時(shí)，裝置會(huì)自動(dòng)發(fā)出解除語(yǔ)音報(bào)警及黃燈閃爍的指令。

3 太陽(yáng)能供電照明系統(tǒng)

太陽(yáng)能供電照明系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、充放電控制單元、蓄電池、照明控制單元和節(jié)能燈組成，如圖3所示。

該系統(tǒng)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，為照明燈提供電源，解決夜間照明問(wèn)題，同時(shí)也為主機(jī)提供電源。室內(nèi)照明功耗不大于10 W，蓄電池充滿電后，持續(xù)供電時(shí)間不少于4 d。

圖3 太陽(yáng)能供電照明系統(tǒng)組成框圖

3.1 太陽(yáng)能電池板它是太陽(yáng)能供電照明系統(tǒng)中的能量來(lái)源。其作用是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)能電池板一般分為單晶硅和多晶硅電池板。單晶硅太陽(yáng)能電池板光電轉(zhuǎn)換效率較高、價(jià)格稍高，但相同功率下外形尺寸稍大；多晶硅太陽(yáng)能電池板光電轉(zhuǎn)換效率較低、價(jià)格稍低，外形尺寸小些。考慮到裝置長(zhǎng)期不間斷使用，故采用單晶硅太陽(yáng)能電池板。

3.2 充放電控制單元充放電控制單元主要由專用處理器、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率管等組成。其作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效地為蓄電池充電，并在充電過(guò)程中減少損耗，盡量延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命；同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過(guò)充電和過(guò)放電現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 蓄電池蓄電池是儲(chǔ)存電能的部件，在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能加以儲(chǔ)存，需要時(shí)再進(jìn)行釋放。在該系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)。白天太陽(yáng)能電池板給蓄電池充電，同時(shí)還向負(fù)載供電，晚上負(fù)載用電全部由蓄電池供給。

3.4 照明控制單元照明控制單元用于控制位于道口房?jī)?nèi)及門口的2盞節(jié)能燈的開關(guān)。

3.5 節(jié)能燈該裝置采用長(zhǎng)壽命、高效率的LED光源燈。LED節(jié)能燈是用高亮度白色發(fā)光二極管發(fā)光源，光效高、壽命長(zhǎng)、易控制、免維護(hù)、使用安全，是新一代固體冷光源，低損耗、低能耗，綠色環(huán)保。

4 分機(jī)

分機(jī)由控制中心、無(wú)線收發(fā)單元、燈光控制單元、語(yǔ)音控制單元、太陽(yáng)能供電單元等組成，如圖4。

圖4 分機(jī)組成框圖

分機(jī)接收主機(jī)發(fā)送出的指令，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給遙控主機(jī)。太陽(yáng)能供電單元原理與上述太陽(yáng)能供電照明系統(tǒng)相同，太陽(yáng)能電池板和蓄電池的容量大小有所變化。分機(jī)設(shè)備功耗不大于12 W。

4.1 控制中心控制中心采用單片機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)分機(jī)的控制指揮。分機(jī)收到主機(jī)發(fā)來(lái)的控制指令后，控制中心就指揮部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。

4.2 無(wú)線收發(fā)單元無(wú)線收發(fā)單元由無(wú)線收發(fā)模塊及天線組成，實(shí)現(xiàn)與主機(jī)間的通信。與遙控主機(jī)中的無(wú)線收發(fā)單元一致。

4.3 燈光控制單元燈光控制單元由雙色交通信號(hào)燈及驅(qū)動(dòng)電路組成，采用無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)燈光報(bào)警功能。當(dāng)分機(jī)收到紅燈閃的指令后，就會(huì)控制信號(hào)燈閃紅燈。收到黃燈閃的指令后，控制信號(hào)燈閃黃燈。考慮到信號(hào)燈長(zhǎng)期工作在室外，故選用具有防水、防塵、耐高溫、透光性能好，防紫外線、不易老化等特點(diǎn)的產(chǎn)品。

4.4 語(yǔ)音控制單元語(yǔ)音控制單元由固態(tài)語(yǔ)音電路、前置放大電路、功放電路及高效號(hào)筒揚(yáng)聲器組成。實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警功能。語(yǔ)音報(bào)警用揚(yáng)聲器選擇防水型室外專用高效號(hào)筒式揚(yáng)聲器。

5 結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能型監(jiān)護(hù)道口防護(hù)裝置樣機(jī)于2007年11月6日在湘桂線K544+156（柳南—白山間進(jìn)德站南頭）監(jiān)護(hù)道口進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用。經(jīng)半年多的試用，這套設(shè)備有效地提高了道口安全防范能力，杜絕了道口事故的發(fā)生，同時(shí)解決了監(jiān)護(hù)道口房的夜間照明問(wèn)題，達(dá)到節(jié)約能源，減少運(yùn)營(yíng)成本的目的。該裝置于2008年4月29日通過(guò)了南寧鐵路局科技成果鑒定。鑒于該成果的突出特點(diǎn)及較高的實(shí)用價(jià)值，在其通過(guò)鑒定的當(dāng)年，就推廣應(yīng)用了3套。目前，投入使用的設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)工作技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定，實(shí)用效果明顯，得到了有關(guān)管理部門的肯定，也受到道口員工的歡迎。