50HZ相敏軌道電路接收器系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)研究

羅詩

50HZ相敏軌道電路接收器系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)研究

羅詩

（中國船舶重工集團(tuán)第七一五研究所，浙江杭州，310000）

本文對50Hz微電子的相敏軌道電路形式的接收器系統(tǒng)所具備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作原理進(jìn)行簡要的分析，繼而對接收器系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要的介紹。在文章的最后對接收器軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，其中包含軟件設(shè)計(jì)的思路、結(jié)構(gòu)框架以及主程序的流程圖。

相敏軌道電路接收器；硬件電路

0 引言

地鐵站停車場以及車輛段當(dāng)中所應(yīng)用的軌道電路設(shè)備是用作對軌道區(qū)段是否空閑加以檢查，是檢查聯(lián)鎖排列進(jìn)路的一個(gè)重要的條件。在當(dāng)下所廣泛應(yīng)用的50Hz單軌條的相敏軌道電路，它的受電端是利用交流形式的二元繼電器。在具體應(yīng)用的過程當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)繼電器卡阻，以及返還系數(shù)較低之類的缺陷。

1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與原理

本篇文章的論述主要是圍繞圖中黑色框當(dāng)中的那部分，也就是接收器系統(tǒng)。這個(gè)軌道電路主要是應(yīng)用了接收器冗余設(shè)計(jì)，它受電端GJ實(shí)現(xiàn)吸起的基本條件有以下幾點(diǎn)：（1）這個(gè)區(qū)段的鋼軌較為完整，同時(shí)還要空閑。（2）添加在接收器上面的兩路電源之間所呈現(xiàn)的相位差應(yīng)該是0°。只有對這兩個(gè)條件都加以滿足，接收器所對應(yīng)的輸出電壓才足夠?qū)WXC-1700型的繼電器加以驅(qū)動(dòng)并吸起，這就證明了這個(gè)區(qū)段是處在空閑狀態(tài)的[1]。圖中也給出了其他主要功能模塊的結(jié)構(gòu)圖，包含三個(gè)主要部分：接收器的系統(tǒng)硬件電路組合連接、接收器硬件電路、接收器軟件，各個(gè)功能模塊的主要作用會(huì)在文中進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 接收器的系統(tǒng)硬件電路組合連接

接收器、報(bào)警盒以及調(diào)相防雷器等部件都是利用鐵路洗好的AX型繼電器的外殼和插座，各個(gè)部件間連接的方式如圖二接收器硬件電路設(shè)計(jì)所示。

一般情況之下，一層組合能夠放置四個(gè)區(qū)段所包含的接收器設(shè)備，而為了讓可靠性得到提升，每一個(gè)區(qū)段都利用兩個(gè)接收器，每兩套調(diào)相防雷器放在一個(gè)盒子內(nèi)，能夠供給兩個(gè)區(qū)段所利用，每個(gè)報(bào)警盒則是能夠供給四個(gè)區(qū)段所利用。

圖1 軌道電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 接收器硬件電路

（1）電源電路：把DC24v的電源實(shí)現(xiàn)向DC12v、6v以及5v的轉(zhuǎn)化，繼而給一些其它的模塊供給所需要的電源，同時(shí)其還具備一定處理故障的能力。

（2）軌道采集電路：把調(diào)相防雷器所轉(zhuǎn)換的軌道信號經(jīng)由軌道采集電路，實(shí)現(xiàn)向芯片處理模塊的傳輸。

（3）局部的采集電路：主要作用是把局部的電路信號轉(zhuǎn)換成為方波信號，繼而將其輸入芯片處理模塊當(dāng)中加以處理。

（4）處理電路：主要是結(jié)合軌道采集電路和局部采集電路傳輸過來的不同的信息，利用芯片當(dāng)中的程序?qū)壍赖臓顟B(tài)加以具體的判斷，在對雙機(jī)通信加以比較之后，繼而對軌道的狀態(tài)加以分析，繼而實(shí)現(xiàn)信號的輸出[4]。

（5）輸出電路：接收器利用輸出電路對軌道繼電器的控制信號加以輸出，而且把最終的輸出信號實(shí)現(xiàn)向芯片的反饋。

4 接收器軟件

這個(gè)軟件是嵌入式的軟件，所應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路是分模塊，不對操作系統(tǒng)加以應(yīng)用。軟件利用模塊化的設(shè)計(jì)，對整體劃分成為七個(gè)模塊，繼而對軟件所具備的整體功能加以呈現(xiàn)。這七個(gè)模塊分別是：初始化、采集、計(jì)算、判斷一、判斷二、通信以及中斷模塊。

4.1 軟件構(gòu)架

軌道信號和局部信號是軟件的輸入，有兩個(gè)判斷模塊，其中判斷模塊一是依據(jù)軌道電壓以及相位差之類的數(shù)據(jù)對軌道狀態(tài)二加以判斷，而通信模塊則是實(shí)施雙機(jī)數(shù)據(jù)交換。判斷模塊二是依據(jù)數(shù)據(jù)的交換信息以及狀態(tài)二對軌道狀態(tài)三加以判斷，而中斷模塊則利用軌道狀態(tài)二對軌道狀態(tài)三進(jìn)行判斷，中斷模塊是依據(jù)軌道狀態(tài)三對輸出的端口實(shí)現(xiàn)控制[4]。

4.2 軟件模塊劃分

4.2.1 初始化模塊

對初始化功能加以完成，其中包括MCU（微控制單元）啟動(dòng)初始化的寄存器配置，以及I/O配置等。輸入控制端口、采集時(shí)間以及轉(zhuǎn)換時(shí)間配置，SPI通信口的工作模式初始化配置、中斷模式配置以及采集時(shí)鐘等。

4.2.2 采集模塊

在實(shí)現(xiàn)對軌道信號八十次模數(shù)的轉(zhuǎn)換完成之后，把采樣值向采樣數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)添加，而且還要采集局部的電源信號，繼而對局部信號有沒有脈沖邊沿變換記性具體的判斷，與此同時(shí)還要將其記錄至局部信號的儲(chǔ)存緩沖區(qū)當(dāng)中。

4.2.3 計(jì)算模塊

結(jié)合A/D采樣的結(jié)果以及局部采樣所呈現(xiàn)的結(jié)果對軌道信號的電壓加以計(jì)算，并且計(jì)算出軌道信號跟局部信號間所具備的相位差。

4.2.4 判斷模塊一

結(jié)合計(jì)算模塊所呈現(xiàn)出的結(jié)果對單周期軌道的狀態(tài)，以及多周期統(tǒng)計(jì)軌道的狀態(tài)加以判斷，繼而填充至緩沖區(qū)當(dāng)中。

4.2.5 通信模塊

結(jié)合判斷一模塊所呈現(xiàn)的結(jié)果，通知對方機(jī)，而在本機(jī)完成計(jì)算并且進(jìn)入到雙機(jī)通信的狀態(tài)之后，微控制單元一則所謂逐級實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信，信息包括其實(shí)握手、相差位以及軌道狀態(tài)等，同步接收微控制單元二回傳的信息。微控制單元一依據(jù)微控制單元二同步時(shí)鐘而對其通信信息實(shí)現(xiàn)對本機(jī)信息同步的發(fā)送。

4.2.6 判斷模塊二

在結(jié)束通信了以后，單個(gè)MCU會(huì)依據(jù)對方MCU軌道的狀態(tài)二以及本機(jī)軌道的狀態(tài)二，對本級最終所處的軌道狀態(tài)加以判斷，對控制狀態(tài)的緩沖區(qū)域加以填充。

4.2.7 中斷模塊

當(dāng)觸發(fā)中斷之后，依據(jù)軌道狀態(tài)三對輸出端口的輸出加以控制，MCU會(huì)依據(jù)計(jì)算的最后結(jié)果對輸出控制脈沖加以啟動(dòng)或者停止。最終的硬件輸出結(jié)果將由硬件電路把微控制單元一以及微控制單元二所對應(yīng)的輸出結(jié)果融合成一個(gè)最終的控制狀態(tài)[5]。

5 結(jié)束語

本篇文章利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)出的50Hz的微電子相敏軌道電路，利用雙控制系統(tǒng)完成二取二的安全冗余，在CPU很多次的通信結(jié)果比較統(tǒng)一的時(shí)候，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的軌道繼電器就提升了其安全性以及可靠性，對以往50Hz的相敏軌道電路所受到電斷二元二位的繼電器節(jié)點(diǎn)比較容易出現(xiàn)卡阻、抗干擾、一級返還系數(shù)較低的一些缺點(diǎn)加以加好的克服。

[1]林瑜筠.城市軌道交通信號[M].中國鐵道出版社，2008.

[2]付茂金.高速鐵路通信信號綜合防雷技術(shù)[M].科學(xué)出版社，2014.

[3]江和.PIC16系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)與PROTEUS仿真[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[4]趙德生.50 HZ微電子相敏軌道電路接收器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].鐵道運(yùn)營技術(shù)，2016，（04）：22-27.

Design and study of hardware circuit of 50HZ phase sensitive track receiver system

Luo Shi
(China Shipbuilding Industry Corp 715 Research Institute,Hangzhou Zhejiang,310000)

This article briefly introduces the system structure of the receiver system of 50Hz microelectronic phase sensitive track circuit and with the working principle analyzed. At the end of this article, there is a introduction of the receiver design software, which contains the idea of software design, framework and the flow chart of the main program.

phase sensitive track receiver system ;hardware circuit