車載機車信號測試發(fā)生器的研究與開發(fā)

李家國 王海瑛 趙 國

隨著列車不斷提高速度，機車信號的重要性也越顯突出，機車信號設備故障直接影響行車安全和運輸，因此，對機車信號車載設備的要求也越來越高。為了保證機車信號車載設備的可靠、穩(wěn)定運行，機車信號車載設備的日常檢修測試是一項必不可少的工作。

1 機車信號車載設備檢修測試中的問題

目前機車信號車載設備的日常檢修測試有2種方式，一是在機務段內各車載檢測點機車信號環(huán)線上進行，二是在不具備環(huán)線測試條件的情況下，使用人工便攜式發(fā)碼器，進行機車信號設備性能檢修測試。在現(xiàn)場實際工作中，不論是信號環(huán)線測試環(huán)境還是便攜式發(fā)碼器，人工檢測都存在一些問題。

1.如果機車信號環(huán)線股道較短，在機車數(shù)量多的情況下，部分機車就沒法測試，而如果環(huán)線股道較長，由于發(fā)碼器功放等原因，機車信號車載設備接收不上來。

2.即使在環(huán)線股道機車數(shù)量不多，但是在2個機車聯(lián)掛的情況下，機車測試信號在發(fā)送ZP-2000載頻的情況下，機車也會接收不到地面發(fā)送的信號。

3.機車不在機車信號環(huán)線上時，用手持式發(fā)碼器測試機車信號，會因為手持式發(fā)碼器電池電量不足影響測試，同時手持式發(fā)碼器由于攜帶不方便，也會給測試工作帶來一些困難，增加了部分工作量。

4.無論用大發(fā)碼器在環(huán)線上測試，還是用便攜式發(fā)碼器測試，都存在一個問題，即都不能對車載機車信號靈敏度進行測試，對于鐵路運輸來說，這點就是安全隱患。在實際工作中就出現(xiàn)過由于工作失誤，同時測試條件不標準，造成車載設備故障，從而影響運輸。

5.對于自輪運轉機車來說，機車信號測試都只能在線路上用手持式發(fā)碼器測試，在發(fā)碼器電池電量不足的情況下，就不能順利完成測試任務。雖然有的自輪運轉設備有自檢功能，但是采取的是主機直接發(fā)碼方式，不能對整套設備進行檢測，特別是對接收線圈不能檢測，所以自檢方式也是不完善的。

因此，有必要研發(fā)一臺車載機車信號測試發(fā)生器，安裝在機車上，用以解決上述車載機車信號檢修測試的問題，保證機車無論在什么位置，都能按照測試要求完成機車信號測試任務。

2 車載機車信號測試發(fā)生器原理及功能

車載機車信號測試發(fā)生器輸出測試原理圖如圖1所示。

圖1 車載機車信號測試發(fā)生器測試原理圖

車載機車信號測試發(fā)生器有Ⅰ、Ⅱ端轉換開關，機車兩端都有測試線圈，分別為測試Ⅰ端線圈和測試Ⅱ端線圈，每2個測試線圈之間通過屏蔽電纜進行同名端串接，然后連接到車載機車信號測試發(fā)生器輸出接口上;車載機車信號測試發(fā)生器所發(fā)出的載頻、低頻信息，通過車載機車信號測試發(fā)生器輸出接口輸出到測試線圈，產生磁感應磁場，機車信號接收線圈接收到磁感應信號，傳送到機車信號主機進行譯碼，完成點燈測試。

為滿足車載機車信號設備測試需要，實現(xiàn)正常測試，車載機車信號測試發(fā)生器結合機車信號接收線圈，增加了4臺測試線圈，使其具備地面環(huán)線發(fā)碼設備和便攜式發(fā)碼設備的測試功能，實現(xiàn)輸出電流可調;增加Ⅰ、Ⅱ端轉換開關，具備語音輸出、各載頻、低頻輸出有顯示、自動斷電等功能。輸出電流調整，可為每臺機車測試靈敏度設定條件;增加Ⅰ、Ⅱ端轉換開關，可以提高機車測試效率;語音輸出和各載頻、低頻輸出有顯示，可以提高測試效率，核對信號輸出和點燈信號的一致性;增加自動斷電功能，是防止測試人員測試完畢忘記關閉電源的保護措施。

3 車載機車信號測試發(fā)生器組成及設計

車載機車信號測試發(fā)生器由主控制板、TFT液晶顯示屏、函數(shù)信號發(fā)生器板、程控輸出板、無線通信板、系統(tǒng)電源組成。

1.主控制板及顯示部分功能設計。主控制板采用工業(yè)級數(shù)模混合型高速單片計算機C8051F023、高速存儲器、串行通信總線、并行通信總線、無線收/發(fā)模塊、輸入/輸出器件及相關接口電路等組成，采用單片機作為核心處理模塊搭建主控制板，可以大大縮小儀器的體積且功能豐富。其中，單片機主要功能是實現(xiàn)操作系統(tǒng)功能、網(wǎng)絡功能、無線通信功能等操作，并對信息處理、信息顯示、外圍USB和無線等接口設備進行管理;而且TFT液晶顯示屏顯示、發(fā)碼器的波形生成、語音播放及電流電壓測量等，均由單片機程序及片內電路完成。主控制板設計框圖如圖2所示。

圖2 設備主控制板設計框圖

硬件控制電路考慮到系統(tǒng)的運算速度要求，采用2片C8051F023單片機進行工作，其中一個單片機負責邏輯管理運算，另一個單片機負責信息的顯示刷新管理，2片單片機之間由SPI串行總線及PLD內的并行總線聯(lián)絡。輸入/輸出裝置主要包括鍵盤、顯示屏、蜂鳴器。鍵盤有8個輸入按鍵(包括電源開關按鍵);顯示屏選用10.4吋TFT高清顯示屏。

可編程門陣列電路MACH12864用于實現(xiàn)高速單片計算機所特有的高速數(shù)據(jù)總線及地址總線的功能，并產生驅動高清晰真彩液晶顯示器所需的時序，且可在線編程。單時鐘指令周期的單片計算機，用于完成顯示數(shù)據(jù)的編碼、譯碼及分色處理，可編程門陣列作為顯示控制器，控制10.4吋TFT高清顯示屏顯示。

高速單片計算機C8051F023的串口，接收控制中心通過無線遠程控制模塊或本機鍵盤發(fā)來的控制數(shù)據(jù)，相應地控制語音模塊和數(shù)據(jù)模塊執(zhí)行各自的操作。

2.函數(shù)信號發(fā)生器板主要功能設計。函數(shù)信號發(fā)生器板由函數(shù)信號發(fā)生器、功率輸出、測量電路組成，其部分框圖及組成設計如圖3所示。函數(shù)信號發(fā)生器用于產生各種制式的移頻及交流計數(shù)信號。程序生成 (FSK)移頻所需的波形文件，并由片內D/A轉換成模擬信號，模擬信號由功率放大器提供大電流驅動，帶動感應器或環(huán)線輸出。對于車載設備，需要有盡量小的體積與功耗，同時也需要有盡量大的信號處理能力，所以在數(shù)據(jù)采集方面，采用峰值取樣，它與欠采樣及其他采樣方式比較，能以最小的資源，獲取更多的信號信息，減小功耗的同時，不降低性能。

圖3 函數(shù)信號發(fā)生器板設計框圖

4 車載機車信號測試發(fā)生器的主要特點

1.可選擇發(fā)送與測量國產移頻，UM71，ZPW2000A等多種制式，易于操作，測試簡便。

2.可以選擇手動、自動選擇制式、載頻、信息及手動調節(jié)輸出電流的操作，設置電流條件可以測試機車信號靈敏度。

3.儀器執(zhí)行的工作狀態(tài)及各種設置參數(shù)，被實時保存在非易失電子器件中，開機時被自動調出進行運行。

4.采用高亮液晶顯示，制式模式、載頻、低頻、輸出電流以及電池電量等信息，直觀地顯示在液晶屏上。液晶屏的亮度高，對比度大，適合室外陽光下使用。

5.具有升級接口，可與計算機通信，方便修改發(fā)碼碼序，發(fā)送與測試記錄也可以上傳到計算機管理。

6.內部裝設有源音響，能語音播報發(fā)碼時的信號燈的顏色和狀態(tài)，音量可調節(jié)。

7.具有輸出短路保護，可在液晶上顯示和語音提示，并具備自動斷電功能。

5 結束語

車載機車信號測試發(fā)生器所采用的測試方式，彌補了機車信號測試環(huán)線和便攜式發(fā)碼器的不足，同時對于外地作業(yè)的自輪運轉機車來說尤其適用，對于保證機車正常運用和鐵路運輸安全，具有重要意義。

［1］ 邱寬民.JT1CZ2000型機車信號車載系統(tǒng)［M］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［2］ 陳偉人.單片微型計算機原理與應用［M］.北京：清華大學出版社，2001.

［3］ 肖運勇.利用光纜傳輸繼電器半自動信號［J］.鐵道通信信號，2003(7)：14-16.