雙音多頻技術在半自動閉塞中的應用

楊 進，楊 城

（1. 南京鐵道職業技術學院 通信信號學院，南京 210035；2.南京地鐵運營有限責任公司 通號中心，南京 210012）

雙音多頻技術在半自動閉塞中的應用

楊 進1，楊 城2

（1. 南京鐵道職業技術學院 通信信號學院，南京 210035；2.南京地鐵運營有限責任公司 通號中心，南京 210012）

64D半自動閉塞設備應用于鐵路多年，已經暴露出很多問題。依據鐵路標準，設計了一種基于雙音多頻通信技術的電子式閉塞機，用以取代原有繼電器組合，處理電路由雙單片機構成熱備冗余，著重介紹了設計的可靠性，并給出了軟件流程圖。該設計基于單片機冗余技術，可靠性高，便于維護。

半自動閉塞；單片機；雙音多頻技術；可靠性

我國目前仍有上萬公里的鐵路配置了半自動閉塞設備，每站的64D半自動閉塞系統由閉塞機、閉塞用軌道電路、站間電纜、閉塞電源以及操作表示設備組成[1]。鐵路技術發展到今天，64D半自動閉塞設備的缺點也逐漸顯現出來。繼電器組合架配線復雜，不利于電務人員維護，站間通信逐漸采用的光纖使原有的通信電纜改造具有成本高、不易維護的缺點，無疑增加了設備的故障點，降低可靠性[2]。

本文設計了一種使用雙音多頻通信技術的64D半自動閉塞電子化改造方案，處理核心為STC單片機，熱備冗余配置，符合“故障—安全”原則，所采用的雙音多頻通信技術（DTMF）抗干擾能力強，雙音信號由電話局交換機傳輸，大大簡化了設備，提高可靠性。

1 64D工作原理

64D半自動閉塞車站之間共傳輸7種信號，包括請求發車信號+、自動回執信號-、同意接車信號+、列車出發信號+、到達復原信號-、取消復原信號-、事故復原信號-。圖1為車站之間信號傳輸圖，標出了兩車站正常辦理閉塞業務信號的傳輸流程。

圖1 車站之間信號傳輸圖

2 系統設計

采用國產工業STC單片機作為處理器，雙機熱備，可代替原有組合架，完成閉塞運算，對聯鎖機使用“0”和“1”電平，表示繼電器的落下和吸起狀態，兼容原有電路接口，所設計的表示電路，用于提示和報警。通信電路核心采用CM8880芯片，能夠和電話交換機接口，完成站間遠程通信。

2.1 處理電路

處理電路如圖2所示。采用兩片STC12C5-A60S2單片機，組成雙機熱備結構。在系統最佳狀態下，兩片處理器同時上電，主機可以對系統控制，完成通信和閉塞運算，同時向聯鎖機發送區間狀態。備機用于同步，僅僅對主機RAM數據備份。冗余的RS232通道用于單片機之間的通信，備機可以在主機故障情況下，請求自檢，一旦確認主機故障，備機將倒機為主機并隔離故障計算機[4～7]。

圖2 處理電路圖

處理器板卡被固定在繼電器罩中，如圖3所示，方便維護和使用。U1、U2為74LS07用于抑制接口的感應電壓，U3為單片機，U4為MAX232，提供2條通信線路，一個軟件周期內，備機未檢測到一定數目的心跳脈沖，可自動請求備用線路，以避免因線路故障而引發的錯誤倒機，U5為WatchDog，采用MAX706，U6為74LS07。J1為繼電器座，用于處理器和通信芯片的連接，J2口連接相鄰單片機，J3用于連接控制臺上的語音芯片ISD1730，J4口接操作按鈕、指示燈和聯鎖機。

2.2 通信電路

DTMF編碼表如表1所示。通信電路以CM8880為基礎設計，可雙向通信。DTMF技術，原本為電話撥號電路設計，每個號碼鍵值由2個模擬信號合成[8]，在電磁環境復雜的場合具有高的可靠性，編程時，不同的DTMF信號代表不同的閉塞信號。通信電路如圖4所示。

表1 DTMF編碼表

X1和X2為外線，并聯于兩線之間的壓敏電阻用于浪涌防護。內側為極性保護電路和發送放大電路，CM8880的PIN2（IN-）腳為雙音信號輸入端。外接的晶體提供3.58 M時鐘源，也是高群和低群8種頻率的來源，PIN8（TONE）用于DTMF信號的輸出，CM8880的9根線經過J1引出和單片機相連。

2.3 軟件設計

系統軟件為模塊化設計，子程序可在一定條件下被調用，也可以為主程序提供返回值。主要的子程序包含硬件復位程序、雙音通信程序、雙機冗余處理程序和閉塞處理程序，雙機冗余處理程序流程如圖5所示。

雙機冗余處理程序是本次設計的重要程序，符合“故障—安全”原則，程序在已有硬件基礎上，可以最大程度保證系統故障時倒向安全側，不會危及行車安全和設備安全。

雙機冗余處理程序基于帶有比較的雙機熱備方式，每次處理器運行，備機都需要比較主機輸出結果，如果相同，備機同步主機數據，接下來的一致性標志位檢查如果通過，則結果正常輸出，否則進入自檢程序。如果備機比較主機輸出結果不同，雙機同時自檢，通過自檢的硬件系統主控閉塞機，如果同時故障，系統停止，鎖定輸出在安全側，用于保證列車和設備的安全[9～10]。

圖3 處理電器板卡圖

圖4 通信電路圖

3 結束語

為實現64D閉塞設備電子化的改造，降低投資和維護成本，介紹一種以STC單片機雙機熱備結構和DTMF技術為核心的改造方案，超大規模集成電路代替配線復雜的繼電器電路，簡化閉塞設備，可減少設備故障點和維護工作量，提高設備可靠性。目前該裝置已應用于某高校的運輸專業實訓室，系統運行一年來，穩定可靠，大幅度地減少了工程造價和施工難度。同時該系統對鐵路現場64D半自動閉塞電子化設備開發也有一定借鑒意義。

[1] 劉朝英，林瑜筠，傅世善.鐵路信號概論[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 王明國. 64D半自動閉塞的改進[J].鐵道通信信號，2001（3）.

[3] 葉一彪 ，何 濤，吳偉鍇. 64D半自動閉塞測試系統開發[J].鐵路計算機應用，2010，19（11）：51-53.

[4] 王秀娟. 調度集中系統中雙機熱備機制的實現[J]. 北京交通大學學報，2009，33（2）：26-29.

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[10] 馬 龍，李坤妃，于振宇，步 兵. 基于RM48的雙機熱備ATO設計[J].鐵路計算機應用，2013，22（6）：38-40.

責任編輯 方 圓

Dual tone multi frequency technique in Semi-automatic Block System

YANG Jin1, YANG Cheng2
( 1.School of Communication & Signals, Nanjing Institute of Railway Technology, Nanjing 210035, China; 2. Centre of Communication and Signal, Nanjing Metro Co., LTD, Nanjing 210012, China )

64D semi automatic block equipment has been used in railway for many years, the system has exposed a lot of problems. According to railway standards, an electronic type block machine based on dual tone multi frequency communication technology was designed. It could be used to replace the original relays. The processing circuit constituted by a double hot standby redundancy. This paper introduced the reliability of design, and the software fl ow chart. The design was based on the single chip microcomputer redundancy technology, it was with high reliability and easy to maintenance.

semi automatic block; single chip microcomputer; dual tone multiple frequency technology; reliability

U284.2∶TP39

A

1005-8451（2014）12-0040-03

2014-06-16

江蘇省軌道交通控制工程技術研究中心開放基金項目（KFJ20120206003）。

楊 進 ，講師；楊 城，中級工。