鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)研制

王賀武

摘 要：伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國交通運(yùn)輸業(yè)也取得了較大的發(fā)展，鐵路作為一項(xiàng)重要的交通工具在人們生活中扮演著重要的角色。而鐵路信號(hào)對(duì)于鐵路正常運(yùn)行有著重要的作用。為保證信號(hào)設(shè)備可以成功投入使用，需要對(duì)其進(jìn)行聯(lián)鎖試驗(yàn)，來檢驗(yàn)聯(lián)鎖關(guān)系是否正確，而人工模擬盤越來越暴露出不足，無法將聯(lián)鎖試驗(yàn)順利、準(zhǔn)確地完成，因此，文章研制了鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)來彌補(bǔ)其不足。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)；模擬調(diào)試系統(tǒng)；研究

1 鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)構(gòu)成

鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)主要以下幾部分構(gòu)成，即系統(tǒng)連接電纜-信號(hào)適配箱-計(jì)算機(jī)三大部分，其中信號(hào)適配箱中包含接線端子、信號(hào)燈狀態(tài)采集電路、軌道電路狀態(tài)模擬電路、道岔狀態(tài)采集電路、系統(tǒng)工作電源、主控電路模塊及USB接口。系統(tǒng)主體部分為信號(hào)適配箱，其主要功能是對(duì)外部系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)驅(qū)動(dòng)和采集信號(hào)。信號(hào)燈狀態(tài)采集電路主要用于采集信號(hào)狀態(tài)；軌道電路狀態(tài)模擬電路主要用于模擬軌道電路空閑和占用的狀態(tài)；道岔狀態(tài)采集電路主要用于采集道岔狀態(tài)；主控電路模塊通過USB接口連接計(jì)算機(jī)，主要用于采集整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，然后將這個(gè)模擬狀態(tài)傳達(dá)給電路模塊；系統(tǒng)的工作電源一般為+5V、-15V、+15V。系統(tǒng)的操作通過計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)適箱進(jìn)行控制來完成，而另一端的實(shí)現(xiàn)通過接線端子與實(shí)驗(yàn)電纜連接來實(shí)現(xiàn)。用戶可以通過計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制以完成實(shí)驗(yàn)。

2 鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)硬件接口主要采取單片機(jī)來代替控制器實(shí)現(xiàn)采集狀態(tài)及輸出控制。適配箱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

當(dāng)上位機(jī)要與多路外設(shè)進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)該應(yīng)用設(shè)備級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，木版通過RS-485總線連接外部設(shè)備，全部數(shù)據(jù)通過主控電路，之后使用USB接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行通信。不但可以保證各外設(shè)與上位機(jī)之間可以有效通信，同時(shí)也可以隨著應(yīng)用環(huán)境的變化而調(diào)整外設(shè)數(shù)目，如果需要增加設(shè)備，就可以直接與主控電路直接級(jí)聯(lián)，因此其靈活性較強(qiáng)，適合進(jìn)行廣泛應(yīng)用。模擬電路和采集電路的具體數(shù)目的確定是通過主控電路中的8位開關(guān)離散量決定的，要求連續(xù)編號(hào)，主控電路與上位機(jī)的通信要通過USB接口來實(shí)現(xiàn)，主控電路與模擬電路、主控電路與采集電路的通信都是通過RS-485總線來完成的。一個(gè)采集電路或者模擬電路需要設(shè)置兩個(gè)RS-485總線接口，其中一個(gè)接口是為了與主控電路通信，而另一個(gè)則是為了拓展其電路的數(shù)目。主控電路供電通過USB接口來實(shí)現(xiàn)，而模擬電路及采集電路的供電電源模塊來實(shí)現(xiàn)。

（1）主控電路。主控電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。主控電路的功能是與采集電路、模擬電路及上位機(jī)進(jìn)行通信。在USB接口模塊中，CH375芯片與上位機(jī)的USB數(shù)據(jù)線相連接，CH375芯片與單片機(jī)連接，其中數(shù)據(jù)線連接P2，地址線連接P0，讀寫連接讀寫，中斷連接中斷0。單片機(jī)控制CH375；而在RS-485也與單片機(jī)相連接，Max485引腳1、2、3與單片機(jī)的地線及串行線相連接。模擬電路及采集電路與RS-485進(jìn)行通信用Max485譯碼表示。

（2）采集電路。采集電路主要包括道岔狀態(tài)采集電路及信號(hào)燈狀態(tài)采集，其光電隔離通過霍爾電流傳感器來實(shí)現(xiàn)。其工作原理為光耦采集。在隔離電路中，因?yàn)榈啦頎顟B(tài)采集的隔離電路與信號(hào)燈狀態(tài)采集的隔離電路在二級(jí)隔離電路上是一致的，那么在設(shè)計(jì)采集電路時(shí)就可以設(shè)置成道岔狀態(tài)采集一級(jí)隔離電路、信號(hào)燈狀態(tài)夏季一級(jí)隔離電路及采集隔離電路。前兩個(gè)主要的功能是對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行一級(jí)隔離，因?yàn)槎咝盘?hào)采集內(nèi)容不同，因此其電路也會(huì)有所區(qū)別。道岔狀態(tài)采集隔離電路是對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行采集，因此在進(jìn)行信號(hào)輸入時(shí)要將二極管加入實(shí)現(xiàn)控制。采集隔離電路的RS-485總線端也用Max485譯碼表示，Max485引腳1、2、3與單片機(jī)的地線及串行線相連接。而邏輯芯片的編程需要通過連入單片機(jī)的讀寫、P0、P2、復(fù)位信號(hào)，對(duì)光耦的讀選通進(jìn)行控制。

（3）模擬電路。模擬電路的RS-485總線端也用Max485譯碼表示，Max485引腳1、2、3與單片機(jī)的地線及串行線相連接。邏輯芯片與單片記得時(shí)鐘、P0、地址鎖存信號(hào)、讀寫進(jìn)行信號(hào)連接。而繼電器鎖存采用MIC580ln芯片，要想將信號(hào)接入到邏輯芯片中需要將MIC580ln芯片選通、清零、數(shù)據(jù)及地址鎖存信號(hào)，也就是繼電器的寫選通要用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，最終利用繼電器控制將軌道電路空閑及占用狀態(tài)模擬出來。

3 鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)軟件工作的具體流程

（1）主控電路流程。向上位機(jī)進(jìn)行采集電路數(shù)目的發(fā)送及對(duì)電路數(shù)目信息進(jìn)行模擬。計(jì)算機(jī)對(duì)繼電器進(jìn)行控制，并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，主控電路會(huì)從計(jì)算機(jī)中讀取地址及數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)過后傳送到RS-485總線中。

（2）采集電路流程。其主要流程就是通過光耦將輸入數(shù)據(jù)信息進(jìn)行光電隔離，然后再傳送到邏輯芯片上。采集電路從RS-485總線中讀取指令數(shù)據(jù)，當(dāng)與其地址保持一致時(shí)，就會(huì)從邏輯芯片上讀取56路的數(shù)據(jù)，然后再傳回到RS-485總線中。

（3）模擬電路流程。如果C51單片機(jī)與RS-485總線地址一致時(shí)，就可以直接將數(shù)據(jù)傳送到邏輯芯片上。邏輯芯片接受完數(shù)據(jù)就會(huì)用控制信號(hào)對(duì)繼電器進(jìn)行控制。

4 結(jié)束語

文章主要研制了鐵路信號(hào)模擬調(diào)試系統(tǒng)，對(duì)信號(hào)設(shè)備的檢測具有重要的意義，其準(zhǔn)確性、有效性及快速性決定了其可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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