50HZ相敏軌道電路接收器系統硬件電路的設計研究

羅詩

50HZ相敏軌道電路接收器系統硬件電路的設計研究

羅詩

（中國船舶重工集團第七一五研究所，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所具備的系統結構以及工作原理進行簡要的分析，繼而對接收器系統的硬件電路設計進行了簡要的介紹。在文章的最后對接收器軟件的設計進行了介紹，其中包含軟件設計的思路、結構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中所應用的軌道電路設備是用作對軌道區段是否空閑加以檢查，是檢查聯鎖排列進路的一個重要的條件。在當下所廣泛應用的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。在具體應用的過程當中，會出現繼電器卡阻，以及返還系數較低之類的缺陷。

1 系統基本結構與原理

本篇文章的論述主要是圍繞圖中黑色框當中的那部分，也就是接收器系統。這個軌道電路主要是應用了接收器冗余設計，它受電端GJ實現吸起的基本條件有以下幾點：（1）這個區段的鋼軌較為完整，同時還要空閑。（2）添加在接收器上面的兩路電源之間所呈現的相位差應該是0°。只有對這兩個條件都加以滿足，接收器所對應的輸出電壓才足夠將JWXC-1700型的繼電器加以驅動并吸起，這就證明了這個區段是處在空閑狀態的[1]。圖中也給出了其他主要功能模塊的結構圖，包含三個主要部分：接收器的系統硬件電路組合連接、接收器硬件電路、接收器軟件，各個功能模塊的主要作用會在文中進行詳細介紹。

2 接收器的系統硬件電路組合連接

接收器、報警盒以及調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，各個部件間連接的方式如圖二接收器硬件電路設計所示。

一般情況之下，一層組合能夠放置四個區段所包含的接收器設備，而為了讓可靠性得到提升，每一個區段都利用兩個接收器，每兩套調相防雷器放在一個盒子內，能夠供給兩個區段所利用，每個報警盒則是能夠供給四個區段所利用。

圖1 軌道電路系統結構圖

3 接收器硬件電路

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

（2）軌道采集電路：把調相防雷器所轉換的軌道信號經由軌道采集電路，實現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換成為方波信號，繼而將其輸入芯片處理模塊當中加以處理。

（4）處理電路：主要是結合軌道采集電路和局部采集電路傳輸過來的不同的信息，利用芯片當中的程序對軌道的狀態加以具體的判斷，在對雙機通信加以比較之后，繼而對軌道的狀態加以分析，繼而實現信號的輸出[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現向芯片的反饋。

4 接收器軟件

這個軟件是嵌入式的軟件，所應用的設計思路是分模塊，不對操作系統加以應用。軟件利用模塊化的設計，對整體劃分成為七個模塊，繼而對軟件所具備的整體功能加以呈現。這七個模塊分別是：初始化、采集、計算、判斷一、判斷二、通信以及中斷模塊。

4.1 軟件構架

軌道信號和局部信號是軟件的輸入，有兩個判斷模塊，其中判斷模塊一是依據軌道電壓以及相位差之類的數據對軌道狀態二加以判斷，而通信模塊則是實施雙機數據交換。判斷模塊二是依據數據的交換信息以及狀態二對軌道狀態三加以判斷，而中斷模塊則利用軌道狀態二對軌道狀態三進行判斷，中斷模塊是依據軌道狀態三對輸出的端口實現控制[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、采集時間以及轉換時間配置，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鐘等。

4.2.2 采集模塊

在實現對軌道信號八十次模數的轉換完成之后，把采樣值向采樣數據的緩沖區添加，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，與此同時還要將其記錄至局部信號的儲存緩沖區當中。

4.2.3 計算模塊

結合A/D采樣的結果以及局部采樣所呈現的結果對軌道信號的電壓加以計算，并且計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

結合計算模塊所呈現出的結果對單周期軌道的狀態，以及多周期統計軌道的狀態加以判斷，繼而填充至緩沖區當中。

4.2.5 通信模塊

結合判斷一模塊所呈現的結果，通知對方機，而在本機完成計算并且進入到雙機通信的狀態之后，微控制單元一則所謂逐級實現雙機通信，信息包括其實握手、相差位以及軌道狀態等，同步接收微控制單元二回傳的信息。微控制單元一依據微控制單元二同步時鐘而對其通信信息實現對本機信息同步的發送。

4.2.6 判斷模塊二

在結束通信了以后，單個MCU會依據對方MCU軌道的狀態二以及本機軌道的狀態二，對本級最終所處的軌道狀態加以判斷，對控制狀態的緩沖區域加以填充。

4.2.7 中斷模塊

當觸發中斷之后，依據軌道狀態三對輸出端口的輸出加以控制，MCU會依據計算的最后結果對輸出控制脈沖加以啟動或者停止。最終的硬件輸出結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的輸出結果融合成一個最終的控制狀態[5]。

5 結束語

本篇文章利用單片機技術設計出的50Hz的微電子相敏軌道電路，利用雙控制系統完成二取二的安全冗余，在CPU很多次的通信結果比較統一的時候，動態驅動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點比較容易出現卡阻、抗干擾、一級返還系數較低的一些缺點加以加好的克服。

[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[M].科學出版社，2014.

[3]江和.PIC16系列單片機C程序設計與PROTEUS仿真[M].北京航空航天大學出版社，2010.

[4]趙德生.50 HZ微電子相敏軌道電路接收器系統的設計[J].鐵道運營技術，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