鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)中通用軌道信號發(fā)碼器的硬件設計

王子安 王恒 周柯宇

摘 要：人們出行的增多在一定程度上增加了鐵路的建設，鐵路建設關系著人們的出行安全，也關系著出行時間的長短，因此，人們對鐵路的情況愈發(fā)關注。列車在運行時鐵路會發(fā)出相應的信號，這些信號會顯示列車的運行情況，對于列車的運行安全起著十分重要的作用。可見，鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)對整個鐵路的正常運轉起著關鍵性的作用。本文將對監(jiān)測系統(tǒng)中通常使用的軌道信號發(fā)碼器的硬件設計進行分析，希望給相關人員提供一定的借鑒。

關鍵詞：鐵路信號；微機監(jiān)測系統(tǒng)；通用軌道信號；發(fā)碼器；硬件設計

一、鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)的概述

列車數(shù)量隨著鐵路建設的增多逐漸增多，鐵路運行的情況逐漸成為鐵路工作的重點。鐵路為了保證列車的正常通行使用了鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的正常運作可以有效的保證列車的運行。但是該監(jiān)測系統(tǒng)不適合進行實地調試，并且監(jiān)測系統(tǒng)中的信號發(fā)送裝置體積比較大，不能來回搬運，此外，這種裝置的價格比較高，要想使這種監(jiān)測系統(tǒng)的作用充分發(fā)揮，就需要對系統(tǒng)中的軟件進行設計，進而使該監(jiān)測系統(tǒng)的功能得到有效發(fā)揮。

二、鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)的整體情況

該系統(tǒng)功能主要有兩種，一是數(shù)據(jù)顯示功能，二是數(shù)據(jù)發(fā)送功能。通用軌道信號發(fā)碼器的功能對監(jiān)測系統(tǒng)有一些要求，這就需要該系統(tǒng)還具備一些其它的功能模塊。鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)中最小系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)包括：CPU、時鐘和復位電路、JTAG調試電路、電源。25HZ軌道信號需要輸出，就要使用PWM輸出模塊；，各種數(shù)據(jù)的顯示就需要使用SPI、LCD接口；在調整信號參數(shù)時，就需要使用鍵盤模塊；ISP下載時可以使用RS232串行通信接口，如果需要實現(xiàn)D/A功能，就可以使用LPC2138芯片。功能模塊的設計就是為了滿足系統(tǒng)功能的要求，不僅要滿足系統(tǒng)的基本需求，還要考慮到系統(tǒng)本身的情況，例如系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性以及實時性等。設計人員在設計信號微機監(jiān)測系統(tǒng)時還要考慮到性價比，要選擇性價比比較好的芯片。LPC2138處理器是通用軌道信號發(fā)碼器系統(tǒng)的核心，該處理器是用來產(chǎn)生軌道信號的。

三、處理器外圍模塊的設計情況

1.阻容復位電路設計

LPC2138復位的電平使用的是低電平有效模塊，在該處理器中nRST作為復位引腳連接，而高電平有效模塊中使用的是RESET信號。在普通情況下，如果電路不導通，復位電平就處在高水平，在這時候按下復位鍵，復位電平就會變成低水平，然后進入復位狀態(tài)。

2.實時時鐘設計

實時時鐘的外圍電路由兩部分組成，一部分是供電部分，電源為實時時鐘的運行提供了電能，在系統(tǒng)關閉后，電池會維持實時時鐘的運行；另一部分是時鐘電路，該部分會連接晶振作為始終的輸入。

3.電源模塊設計情況

總電源輸入以外部輸入的5v為主，通過相應的模塊將其轉化為鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)所需要的電壓。同樣的電壓需要在模擬電路、數(shù)字電路部分做隔離，這就避免了數(shù)字噪聲給模擬電路帶來的不必要干擾。通常使用的電源模塊分為：線性電源、開關電源。這兩部分都有各自的優(yōu)、缺點。開關電源的缺點是存在較多外圍元件，并且對布線有一定要求，需要較高的輸出電壓紋波，還需要電容電感滿足相應的要求；該電源的優(yōu)點是效率高，可以有較大電流的輸出，電壓的輸入范圍較廣。線性電源與開關電源相比電路簡單，只需要將電容接入輸入、輸出端口即可，該電源的輸出精度較高，可以滿足電源質量高要求的場合，但其電壓范圍輸入較小，輸出功率比較低，致使效率低。鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)依據(jù)實際需要SV電源采用開關電源，系統(tǒng)中的其它部分使用線性電源。3.3V是LPC2138處理器的電源通常使用三段線性穩(wěn)壓源LM1117-3.3來滿足電源的需求，其可以輸出800mA的電流，輸出電壓精準度的控制比較好。

4.PWM電路設計

為了產(chǎn)生25HZ相敏軌道信號，就需要使用PWM電路。本設計使用PWMS、PWM4作為PWM的波輸出，等到輸出之后，使DAC轉換通過阻容濾波電路來實現(xiàn)，復用功能可以通過PWM4口的跳線來選擇。

5.RS-232C串口設計

兩個獨立的異步串口存在于LPC2138內部，這兩個串口可以采用DMA、中斷的方式進行工作，波特率的支持可以達到使用范圍，每個串口通道中都有先進先出存儲器，這個存儲器主要是用于發(fā)送、接收信號。串口的兩根接收或者是發(fā)送線是由一片MAX3232連接的，然后使串口的基本收發(fā)功能得以完成。

6.JTAG調試接口設計

該接口使用的是20PIN接口，可以在JTAG接口開展相應的程序調試到FLASH中，它與LPC2138內部中的五根線進行連接，其中有四根線屬于輸入。

結束語

鐵路中運用信號微機監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的使用保證了列車的正常運行。但是該系統(tǒng)還存在一定缺陷，比如說該系統(tǒng)不能進行場地調試，并且該系統(tǒng)的價格比較昂貴，因此要想使該系統(tǒng)的功能得到全面發(fā)揮，就需要將該系統(tǒng)中的信號發(fā)碼器進行設計，讓信號發(fā)碼器進一步優(yōu)化，進而使發(fā)碼器更好的為列車的正常運行服務。本文主要分析了信號發(fā)碼器的硬件設計情況，使硬件變的更加優(yōu)化，從而使鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)的功能得以充分發(fā)揮，為鐵路工作的正常運行提供保障。

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（作者單位：1、蘭州交通大學；2、3西華大學）