專利名稱：一種鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機測控技術(shù)和通信技術(shù)在鐵路信號燈監(jiān)測與報警系統(tǒng)中的應(yīng)用，尤其涉及一種鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鐵路信號燈是列車運行的指令燈，列車的啟動、開行、停止都嚴格按照信號機點燈指示進行。如果信號燈出現(xiàn)故障，給不出正確的信號，就有可能發(fā)生停車不前或追尾等交通事故，停車不前會導(dǎo)致列車延誤，并像多米諾骨牌一樣影響到后續(xù)的車輛也產(chǎn)生延誤。如果發(fā)生了追尾，可能會發(fā)生嚴重的事故。如果迎頭相撞必然發(fā)生災(zāi)難性事故。世界鐵路史上因指示燈故障出錯導(dǎo)致的交通事故觸目驚心。因此，在信號機點燈監(jiān)測報警方面很早就展開了研究，有多種型號的鐵路信號燈檢測報警系統(tǒng)在世界各國的鐵路上被使用，以便在信號燈發(fā)生故障時，能及時將信息發(fā)送給位于車站內(nèi)的報警總機。由于信號燈也有自己的壽命周期，使用一定的時間后總會壞的，有些因雷電過電壓等原因會提前壞掉，信號燈壞了后，人們從發(fā)現(xiàn)到更換需要一定的時間，在這期間如果有列車通行，就有可能發(fā)生故障。因此人們采用了主燈加付燈(備用燈)的方法，平時使用主燈，一旦主燈失效，立即切換到付燈，在一定的程度上解決了單燈壞了立即就沒有正確信號的問題。但是如果主燈壞了，沒有正確的報告給報警總機，雖然付燈也能正常工作，但是這個壞了的主燈沒有得到更換的話，將來付燈也壞了的時候，就有可能造成事故。由于技術(shù)上的原因，鐵路上安裝的信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，還存在一些致命的缺陷。例如兩個以上的燈同時發(fā)生故障時，兩個報警分機同時向總機報警，由于通信總線沖突，報警總機收不到正確的數(shù)據(jù)，從而不知道哪個燈壞了。值班人員不得不盲目的跑遍全線路，去查找故障燈。如果此時有列車通行，就會因為壞燈影響而發(fā)生事故。尤其在高速鐵路上運行的列車，如果信號燈出現(xiàn)故障，由于車速高，慣性大，剎車難，出事故的危險就更大?，F(xiàn)有的信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)傳輸方法基本都是基于數(shù)據(jù)校驗的檢錯重發(fā)機制，如接收方檢出某幀數(shù)據(jù)有誤，則要求發(fā)送方重發(fā)本幀，并把接收到的錯誤幀丟棄，直至接收到當前數(shù)據(jù)幀無誤再傳輸下一幀數(shù)據(jù)。這種方法在信道不受干擾，誤碼率比較低的情況下可以達到較好的傳輸效果，當信道在受到突發(fā)干擾等情況時，誤碼率突然增大就可能造成一段時間內(nèi)某數(shù)據(jù)幀始終存在錯誤，這樣系統(tǒng)就會陷入不斷的檢錯重發(fā)此幀的過程中，造成重傳數(shù)據(jù)對信道長時間占用，致使故障信息無法及時正確的傳送。尤其在各種無線設(shè)備，通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，信道遭受各種突發(fā)干擾的機率大大增加，而現(xiàn)有的基于數(shù)據(jù)校驗的檢錯重發(fā)機制，已經(jīng)不能滿足在各種復(fù)雜干擾信號下完成信息傳輸?shù)陌踩?、可靠性、實時性等要求。因此尋求一種高度可靠的信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)成為鐵路運輸?shù)闹卮笳n題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，所述鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特點是，所述監(jiān)測報警系統(tǒng)包括，報警總機；報警執(zhí)行單元，所述報警執(zhí)行單元與所述報警總機通訊連接；以及，至少一個報警分機,每個所述報警分機對應(yīng)一個信號燈，當信號燈出現(xiàn)故障時，對應(yīng)該信號燈的報警分機將該信號燈的地址信息傳輸至所述報警總機；并且，在地址信息的接收與上傳過程中，采用，編碼比率為1/2，約束長度為3的(2，I，3)卷積碼；交織深度為8的塊交織、解交織編碼；以及，軟判決譯碼的循環(huán)位移碼，進行CRC校驗、時間戳校驗和生成多項式校驗，確保地址信息傳輸?shù)恼_性。優(yōu)選的是，所述監(jiān)測報警系統(tǒng)包括，通過第一通信電纜與報警總機通訊連接的第一報警分機單元，所述第一報警分機單元包括分別與所述第一通信電纜通訊連接的128個報警分機；通過第二通信電纜與報警總機通訊連接的第二報警分機單元，所述第二報警分機單元包括分別與所述第二通信電纜通訊連接的128個報警分機；通過第三通信電纜與報警總機通訊連接的第三報警分機單元，所述第三報警分機單元包括分別與所述第三通信電纜通訊連接的128個報警分機；以及，
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通過第四通信電纜與報警總機通訊連接的第四報警分機單元，所述第四報警分機單元包括分別與所述第四通信電纜通訊連接的128個報警分機。優(yōu)選的是，所述監(jiān)測報警系統(tǒng)還包括與所述報警總機通訊連接的用于存儲、打印、統(tǒng)計、查詢報警數(shù)據(jù)，以及記錄故障處理記錄的主控單元。優(yōu)選的是，所述主控單元為計算機。優(yōu)選的是，所述報警總機通過RS-485總線或者CAN總線與所述計算機通訊連接。優(yōu)選的是，所述報警執(zhí)行單元包括均與所述報警總機通訊連接的蜂鳴器和指示燈。優(yōu)選的是，所述報警總機包括第一 CPU，以及均通過SPI總線與所述第一 CPU通訊連接的第二 CPU和第三CPU，其中，所述第一 CPU通過RS-485總線或者CAN總線與所述計算機通訊連接，所述第一CPU還分別與蜂鳴器和指示燈通訊連接；所述第二 CPU通過第一通信電纜與第一報警分機單元通訊連接，并通過第二通信電纜與第二報警分機單元通訊連接；并且，所述第三CPU通過第三通信電纜與第三報警分機單元通訊連接，并通過第四通信電纜與第四報警分機單元通訊連接。本發(fā)明的有益效果在于，應(yīng)用本發(fā)明，可以實現(xiàn)每個信號燈都對應(yīng)有一個監(jiān)控的報警分機，當某個信號燈發(fā)生故障或者某幾個信號燈同時發(fā)生故障時，對應(yīng)該信號燈的唯一的報警分機向報警總機發(fā)送對應(yīng)信號燈的地址信息，從而使工作人員可以快速找到故障信號燈并進行維修更換；另外，報警信號傳輸過程中采用先進的數(shù)據(jù)校驗方法，經(jīng)過大量實驗可以實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明在鐵路信號燈監(jiān)測報警技術(shù)領(lǐng)域有重大突破；本系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，符合國家鐵路發(fā)展計劃，對于鐵路安全具有重要意義，亦具有重要學(xué)術(shù)意義、經(jīng)濟意義和廣泛的工程應(yīng)用價值。


圖1示出了本發(fā)明所述的鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)的原理方框圖。圖2示出了本發(fā)明所述的鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)的核心電路原理框圖。圖3示出了在本發(fā)明的一優(yōu)選的實施例中所述的鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)的實際應(yīng)用示意圖。圖4示出了圖1中所示的報警分機的原理方框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細的說明:本發(fā)明主要用于鐵路信號燈監(jiān)測與報警及故障信息的傳輸、存儲、故障處理的記錄和查詢。參照圖1 和圖2，所述鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)包括，報警總機1、報警執(zhí)行單元、至少一個報警分機和220V交流電源3。其中，所述報警執(zhí)行單元與所述報警總機I通訊連接；每個所述報警分機對應(yīng)一個信號燈，當信號燈出現(xiàn)故障時，對應(yīng)該信號燈的報警分機將該信號燈的地址信息傳輸至所述報警總機I。另外，在地址信息的接收與上傳過程中，為確保地址信息傳輸?shù)恼_性，需要對數(shù)據(jù)進行校驗，通過對常用的幾類校驗方法進行分析、比較和仿真，可知:(2，1，3)卷積碼對糾隨機和突發(fā)錯誤的性能都優(yōu)于其它碼類；交織處理對發(fā)生突發(fā)錯誤的信息糾錯效果非常明顯。具體地，在大量理論計算、實驗研究、對比分析的基礎(chǔ)上，考慮到本系統(tǒng)對通信的有效性和可靠性要求很高以及硬件實現(xiàn)的耗費程度、性價比等因素，本系統(tǒng)采用以下校驗方式進行校驗:編碼比率為1/2，約束長度為3的(2，1，3)卷積碼；交織深度為8的塊交織、解交織編碼；以及，軟判決譯碼的循環(huán)位移碼，進行CRC校驗、時間戳校驗和生成多項式校驗，極大地提高了通信的可靠性。在實驗室設(shè)置復(fù)雜干擾源的條件下，進行了長達3個月(2012.10.1-2013.1.1共計2110小時)的不停機通信試驗，未出現(xiàn)通信錯誤。進一步的，參照圖3，上述至少一個報警分機這個整體可分為四個報警分機單元，分別為:通過第一通信電纜A與報警總機I通訊連接的第一報警分機單元41，所述第一報警分機單元41包括分別與所述第一通信電纜A通訊連接的128個報警分機；通過第二通信電纜B與報警總機I通訊連接的第二報警分機單元42，所述第二報警分機單元42包括分別與所述第二通信電纜B通訊連接的128個報警分機；通過第三通信電纜C與報警總機I通訊連接的第三報警分機單元43，所述第三報警分機單元43包括分別與所述第三通信電纜C通訊連接的128個報警分機；以及，通過第四通信電纜D與報警總機I通訊連接的第四報警分機單元44，所述第四報警分機單元44包括分別與所述第四通信電纜D通訊連接的128個報警分機。即，在本優(yōu)選的實施例中，共有512個報警分機，每個報警分機對應(yīng)監(jiān)控一個信號燈的狀態(tài)，當某個信號燈發(fā)生故障或者某幾個信號燈同時發(fā)生故障時，對應(yīng)該信號燈的唯一的報警分機向報警總機I發(fā)送對應(yīng)信號燈的地址信息，從而使工作人員可以快速找到故障信號燈并進行維修更換。
進一步地，所述報警執(zhí)行單元包括均與所述報警總機I通訊連接的蜂鳴器和指示燈。所述監(jiān)測報警系統(tǒng)還包括與所述報警總機I通訊連接的用于存儲、打印、統(tǒng)計、查詢報警數(shù)據(jù)，以及記錄故障處理記錄的主控單元，所述主控單元為PC計算機2。所述報警總機I通過RS-485總線或者CAN總線與所述計算機2通訊連接。參照圖4，所述報警總機I包括第一 CPUl I，以及均通過SPI總線與所述第一 CPUll通訊連接的第二 CPU12和第三CPU13。其中:所述第一 CPUll通過RS-485總線或者CAN總線與所述計算機2通訊連接，所述第一 CPUl I還分別與蜂鳴器和指示燈通訊連接；所述第二CPU12通過第一通信電纜A與第一報警分機單元41通訊連接，并通過第二通信電纜B與第二報警分機單元42通訊連接；并且，所述第三CPU13通過第三通信電纜C與第三報警分機單元43通訊連接，并通過第四通信電纜D與第四報警分機單元44通訊連接。本發(fā)明 的系統(tǒng)工作原理如下:連接在報警總機I的第一通信電纜A、第二通信電纜B、第三通信電纜C和第四通信電纜D上的所有報警分機對自己所對應(yīng)的信號燈進行一對一監(jiān)測，一旦信號燈因故障失效，立即啟動基于上述校驗方法的數(shù)據(jù)通信，將故障燈的具體地址上傳給報警總機I。220V交流電源3為本系統(tǒng)中的報警總機1、PC計算機2提供電源。220V交流電源3輸入給報警總機I中的開關(guān)電源，由該開關(guān)電源再輸出兩路+5V和一路十29V三種電壓供給報警總機電路。報警總機I與PC計算機2通過RS485總線相連進行通信，在PC計算機2的COMl端口加裝RS232-RS485通信轉(zhuǎn)換電路，進行電平轉(zhuǎn)換，或者通過CAN總線相連進行通信，在PC計算機2的USB端口加接USB-CAN通信轉(zhuǎn)換器，再通過CAN總線與報警總機I相連。以下給出實現(xiàn)本發(fā)明的電路，其具體說明如下:本系統(tǒng)報警總機I內(nèi)部由直流電源、電路板組成。220V交流電源3輸入給開關(guān)電源模塊，開關(guān)電源輸出+5V和+29V兩種電壓供給電路板。報警總機I內(nèi)部的電路框圖見圖2。有三種實施方案:1個ARMcortexM3單片機和2個STC12C5A60S2單片機；3個STC12C5A60S2單片機；2個ARMcortexM3單片機。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中采用的是第二種方案。第一 CPU11、第二 CPU12和第三CPU13之間采用SPI總線進行高速數(shù)據(jù)通信。第一 CPUll與非易失性存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、液晶顯示器、鍵盤、RS232通信接口、RS485通信接口、CAN通信接口、蜂鳴器、區(qū)間繼電器、站內(nèi)繼電器等板載外部設(shè)備相連。第二 CPU12與第一通道的接口單元Cl相連，并與第二通道的接口單元C2相連。第三CPU13與第三通道的接口單元C3相連，并與第四通道的接口單元C4相連。220V交流電源3輸入給開關(guān)電源模塊+5VA、+5VB、+29V。+5VA輸出5V，供給上述第一 CPUl1、第二 CPU12、第三CPU13和所有板載外部設(shè)備如非易失性存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、液晶顯示器、鍵盤、RS232通信接口、RS485通信接口、CAN通信接口、蜂鳴器、區(qū)間繼電器、站內(nèi)繼電器等。+5VB輸出5V，供給CAN通信接口。+29V輸出29V，供給4個通道的接口單元Cl、C2、C3、C4。報警總機I完成工作參數(shù)設(shè)定，進行通信過程的數(shù)據(jù)校驗與糾錯計算，接收報警數(shù)據(jù)，存儲、顯示、上傳報警數(shù)據(jù)，并啟動蜂鳴器輸出聲響報警，驅(qū)動繼電器輸出聲光報警；報警總機I的4個通道分別通過第一通信電纜A、第二通信電纜B、第三通信電纜C、第四通信電纜D與各自通道內(nèi)的128個報警分機相連進行報警數(shù)據(jù)傳送；通過RS485接口或者通過CAN總線與PC計算機2相連進行數(shù)據(jù)傳輸。參照圖4，報警分機由一個CPU、一個通信接口單元、一個繼電器、一個編碼器、一個SCI接口、一個信號指示燈、一個電源指示燈、一個+12V直流電源器件、一個5V直流電源器件組成。CPU主管編碼讀取、通信計算、數(shù)據(jù)傳輸、繼電器控制、信號指示燈控制等操作。繼電器在CPU控制下將通信接口單元與通信總線接通或者斷開。編碼器用于產(chǎn)生本機的地址碼。SCI接口用于給CPU下載程序。+12V直流電用于給繼電器供電。+5V直流電用于給單片機供電。本機外供電源為12V交流電源3。綜上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作 的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測報警系統(tǒng)包括， 報警總機； 報警執(zhí)行單元，所述報警執(zhí)行單元與所述報警總機通訊連接；以及， 至少一個報警分機，每個所述報警分機對應(yīng)一個信號燈，當信號燈出現(xiàn)故障時，對應(yīng)該信號燈的報警分機將該信號燈的地址信息傳輸至所述報警總機；并且， 在地址信息的接收與上傳過程中，采用， 編碼比率為1/2，約束長度為3的(2，I，3)卷積碼； 交織深度為8的塊交織、解交織編碼；以及， 軟判決譯碼的循環(huán)位移碼，進行CRC校驗、時間戳校驗和生成多項式校驗，確保地址信息傳輸?shù)恼_性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測報警系統(tǒng)包括， 通過第一通信電纜與報警總機通訊連接的第一報警分機單元，所述第一報警分機單元包括分別與所述第一通信電纜通訊連接的128個報警分機； 通過第二通信電纜與報警總機通訊連接的第二報警分機單元，所述第二報警分機單元包括分別與所述第二通信電纜通訊連接的128個報警分機； 通過第三通信電纜與報警總機通訊連接的第三報警分機單元，所述第三報警分機單元包括分別與所述第三通信電纜通訊連接的128個報警分機；以及， 通過第四通信電纜與報警總機通訊連接的第四報警分機單元，所述第四報警分機單元包括分別與所述第四通信電纜通訊連接的128個報警分機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測報警系統(tǒng)還包括與所述報警總機通訊連接的用于存儲、打印、統(tǒng)計、查詢報警數(shù)據(jù)，以及記錄故障處理記錄的主控單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于:所述主控單元為計算機。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于:所述報警總機通過RS-485總線或者CAN總線與所述計算機通訊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于:所述報警執(zhí)行單元包括均與所述報警總機通訊連接的蜂鳴器和指示燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于:所述報警總機包括第一 CPU，以及均通過SPI總線與所述第一 CPU通訊連接的第二 CPU和第三CPU，其中， 所述第一 CPU通過RS-485總線或者CAN總線與所述計算機通訊連接,所述第一 CPU還分別與蜂鳴器和指示燈通訊連接； 所述第二 CPU通過第一通信電纜與第一報警分機單元通訊連接，并通過第二通信電纜與第二報警分機單元通訊連接；并且， 所述第三CPU通過第三通信電纜與第三報警分機單元通訊連接，并通過第四通信電纜與第四報警分機單元通訊連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵路信號燈監(jiān)測報警系統(tǒng)，其包括報警總機、報警執(zhí)行單元和至少一個報警分機，每個報警分機對應(yīng)一個信號燈，當信號燈出現(xiàn)故障時，對應(yīng)該信號燈的報警分機將該信號燈的地址信息傳輸至報警總機；在信息傳輸過程中采用編碼比率為1/2，約束長度為3的(2，1，3)卷積碼；交織深度為8的塊交織、解交織編碼；及軟判決譯碼的循環(huán)位移碼，進行CRC校驗、時間戳校驗和生成多項式校驗。應(yīng)用本發(fā)明，可實現(xiàn)當某個或某幾個信號燈發(fā)生故障時，對應(yīng)該信號燈的報警分機向報警總機發(fā)送其地址信息，從而使工作人員可以快速找到故障信號燈并進行維修更換；另外，報警信號傳輸過程中采用先進的數(shù)據(jù)校驗方法，經(jīng)過大量實驗可以實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。
文檔編號G08B21/00GK103236132SQ20131016396
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者畢宏彥, 張艷峰, 丁浩, 佘彩青, 鄭進鋒, 趙博, 衛(wèi)甜甜, 劉鴻 申請人:河北南皮鐵路器材有限責任公司