ZPW2000A型軌道電路模擬系統的設計與實現

【摘 要】對目前國內鐵路廣泛應用的ZPW2000A型無絕緣移頻軌道電路進行了模擬設計與實驗，通過設計與實驗，在移頻信號的產生、接收與解調實驗成功的基礎上，初步完成了該軌道電路系統。這為進一步設計和改進移頻軌道電路系統提供了設計基礎。結果表明，該系統能真實模擬實際移頻軌道電路系統，為學生實驗實訓提供保證。

【關鍵詞】ZPW2000A 移頻軌道電路 模擬系統

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）12C-0191-02

隨著鐵路的不斷發展，對專門培養鐵路人才的院校來說，要使學生在學習理論知識的同時，又能夠在接近真實的環境下對移頻軌道電路系統進行操作，就必須有相應的移頻軌道電路系統設備。

鐵道信號的主要功能是保證行車安全，提高運輸效率，實現運輸管理自動化和列車運行自動控制，改善鐵路職工的勞動條件。鐵道信號實訓基地作為培養學生基本技能和專業技能的重要場所，對于提高學生的專業素質起著不可替代的作用。基于此，我們利用學院現有人力與物力，在原有沙盤軌道基礎上，加入ZPW-2000軌道移頻電路，在發送端向軌道發送移頻信息，在接收端進行解調得到低頻信息，由低頻信息去控制地面信號機點燈，形成ZPW-2000軌道電路的模擬系統。

把單片機及CPLD兩種技術結合在一起，研究和設計了ZPW-2000系列軌道電路模擬系統，主要功能有：軌道的占用與空閑及完整性檢查、區間信號點燈控制、抗電化干擾等。系統設計使各項參數盡可能接近現場實際，可測量的參數有：移頻信號的電壓、載頻、上邊頻及下邊頻、低頻信息等。該系統可以供學生學習、測量使用，具有一定的推廣價值。

一、系統結構

（一）發送器

移頻信號產生器由CPLD作為處理器，晶振50MHz，用于產生高精度移頻信號，包括8種載頻和18種低頻信息。低頻信息、載頻編碼條件通過并行輸入/輸出接口送到處理器，首先判斷編碼值，由CPU通過查表得到該編碼條件所對應的上下邊頻數值，控制移頻發生器，產生相應FSK信號。波形變換器是把移頻信號產生器產生的方波信號轉換成正弦波。

實際設計中，移頻信號在鋼軌線路上傳輸，由于鋼軌線路呈感性，當移頻信號流過時，信號衰減比較大，常用的方法是在鋼軌線路上并聯電容，使傳輸距離增加。而在沙盤上不存在此問題，但為下一步模擬列控系統設計考慮，如果信號能量太小，列車線圈無法感應到信號，因此必須對信號進行功率放大。

功率放大選用LM1875音頻功率放大專用芯片，輸出功率最大達到20W，已能滿足設計要求，最后經隔離變壓器把信號送到鋼軌上。

（二）接收器

信號經濾波限幅后，排除干擾，讓一定通帶的有用信息通過，對工頻干擾及其他信號干擾起抑制作用。然后經鑒頻檢波，解調出移頻信息中的低頻信息。再經低頻放大及波形轉換器，把正弦信號轉成方波信號，送CPU處理，鑒別低頻信息，來控制地面信號機點燈。

為了防止信號幅度大小不均對鑒頻電路有影響，加入限幅器。限幅器用四個二極管構成強信號雙向限幅，每個二極管飽和壓降約0.6V，則輸出信號上下幅值在±1.2V，完成強信號對稱限幅。

鑒頻器選用選頻放大電路，由運算放大器與LC濾波網絡構成。因移頻信號的頻差太小，用兩個諧振槽路很難區分，同時這樣的精確電子諧振也很難實現，因此我們使用選頻放大器幀頻特性曲線的線性段實現。檢出低頻信息后，進入低頻放大電路，該電路采用運算放大器與RC網絡構成。

CPU選用STC單片機，用于鑒別低頻信息，從而控制地面信號點燈，同時向后一閉塞分區傳送編碼信息。

二、軟件設計

三、實驗測量

該系統在軌道電路調整狀態時，分別對發送器輸出信號及接收器解調后信號進行了實驗測量。

（一）發送器移頻信號頻率的測量

（二）接收器輸出低頻測量及點燈情況

把單片機及CPLD兩種技術結合在一起，研究和設計了ZPW-2000系列軌道電路模擬系統。在調整狀態下，對發送器輸出信號及接收器解調后信號進行了實驗測量，主要有上邊頻及下邊頻、低頻信息。結果表明，該系統能真實模擬現場設備，可以供學生學習、測量使用，具有一定的推廣價值。

【參考文獻】

[1]羅海濤.移頻自動閉塞[M].北京：中國鐵道出版社，1992

[2]林瑜筠.區間信號自動控制[M].北京：中國鐵道出版社，2008

[3]王靜霞.FPGA/CPLD應用技術（Verilog 語言版）[M].北京：電子工業出版社，2011

【作者簡介】黃 斌（1983- ），男，柳州鐵道職業技術學院教師，碩士研究生，研究方向：鐵道信號及軌道交通信號。

（責編 丁 夢）