專利名稱：故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及故障安全技術(shù)領(lǐng)域和查詢應(yīng)答器領(lǐng)域，尤其涉及軌道交通運(yùn)行控制領(lǐng) 域特定需求下的應(yīng)答器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
軌道交通運(yùn)行控制領(lǐng)域中需要使用查詢應(yīng)答器系統(tǒng)，用于車輛的準(zhǔn)確定位，其特 定領(lǐng)域要求應(yīng)答器系統(tǒng)具備雙向數(shù)據(jù)通信能力，車載閱讀器和地面應(yīng)答器都能輸出信號給 各自的控制系統(tǒng)，因此車載閱讀器和地面應(yīng)答器應(yīng)做成對稱結(jié)構(gòu)；具備故障導(dǎo)向安全功能， 因此系統(tǒng)應(yīng)使用故障安全理論和容錯(cuò)技術(shù)設(shè)計(jì)；具備較高的通信可靠性和寬角度的通信覆 蓋范圍，因此系統(tǒng)應(yīng)使用各種冗余技術(shù)；具有較低的電磁輻射水平，避免干擾業(yè)已安裝使用 的射頻應(yīng)答器。針對以上特點(diǎn)，用于軌道交通車輛定位的雙向應(yīng)答器系統(tǒng)與一般性的射頻 應(yīng)答器系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有重大差異。目前現(xiàn)存的查詢應(yīng)答器系統(tǒng)大部分采用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)，包括各種有源和無源應(yīng)答 器系統(tǒng)，使用的頻率范圍為125kHz 1GHz。射頻應(yīng)答器的特點(diǎn)是信息量多；存在較強(qiáng)的電 磁輻射，多套應(yīng)答器近距離同時(shí)工作可能相互干擾；不具備故障導(dǎo)向安全的特性；標(biāo)簽是 孤立的，不能輸出信號給其他系統(tǒng)。申請?zhí)枮?1808272. 6的專利描述一種用于通信系統(tǒng)的 光應(yīng)答器，能夠?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)化為光信號并饋送到另一端。申請?zhí)?00580025167. 2的專利描 述了一種低成本聲頻應(yīng)答器定位系統(tǒng)，由基站和應(yīng)答器標(biāo)簽組成；使用聲頻信號進(jìn)行通信 以確定標(biāo)簽在有界的3D空間中的位置。以上應(yīng)答器產(chǎn)品和專利其標(biāo)簽都是孤立的，不能輸 出信號給連接的相關(guān)控制系統(tǒng)；不具備故障導(dǎo)向安全的特性；。如何設(shè)計(jì)一種能夠有效的滿足上述需求的適用于軌道交通運(yùn)行控制的故障_安 全型應(yīng)答器系統(tǒng)是技術(shù)人員要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供了一種適用于軌道交通運(yùn)行控制特定領(lǐng)域的 故障安全紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，旨在解決上述的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括一個(gè)安裝在移動車輛上的車載閱讀器和一個(gè)安裝軌旁的地面應(yīng)答器； 車載閱讀器和地面應(yīng)答器由各自的發(fā)射單元、接收單元以及相對應(yīng)的紅外線收發(fā)陣列構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是能夠可靠實(shí)現(xiàn)車輛和地面的雙向紅外線 數(shù)據(jù)通信，閱讀器和應(yīng)答器都能輸出信號給各自的控制系統(tǒng)，滿足了車輛準(zhǔn)確定位的需求； 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障導(dǎo)向安全，提高軌道交通運(yùn)行的安全性；不干擾附近位置的射頻應(yīng)答器系 統(tǒng)，提高了設(shè)備的適應(yīng)性。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中發(fā)射單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中接受單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1中紅外線陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述由圖1、圖2、圖3、圖4可見本發(fā)明包括一個(gè)安裝在移動車輛上的車載閱讀器和 一個(gè)安裝軌旁的地面應(yīng)答器；車載閱讀器和地面應(yīng)答器由各自的發(fā)射單元1、接收單元2以 及相對應(yīng)的紅外線收發(fā)陣列3構(gòu)成；本發(fā)明中車載閱讀器和地面應(yīng)答器的發(fā)射單元1、接收單元2硬件結(jié)構(gòu)相同，但軟 件控制邏輯和動作時(shí)序不同。所述的發(fā)射單元1包括一組主電路和至少一組以上的、與主電路相同的備用電 路；所述的主電路和備用電路連接切換電路9，切換電路9與紅外線陣列相連；所述的主電 路包括依次連接的CPTO、編碼電路6、調(diào)制電路7以及與切換電路9相連的驅(qū)動電路8 ；所述的接收單元2包括三個(gè)相同的解碼器；所述的解碼器包括連接紅外線陣列 的隔離整形電路11 ；隔離整形電路11通過CPU12與監(jiān)督定時(shí)器13連接；三個(gè)解碼器中的 CPU分別與三中取二表決器14相連；三中取二表決器14通過故障-安全驅(qū)動電路15與安 全繼電器16相連；安全繼電器16分別與三個(gè)解碼器中的CPU相連；所述的安全繼電器16是重力式安全繼電器或者是帶強(qiáng)制導(dǎo)向接點(diǎn)的彈力式安全 繼電器；由圖4可見所述的紅外線收發(fā)陣列3采用多組紅外線發(fā)射管和接收管在空間位 置上交替排列而成；本發(fā)明的主要原理是地面應(yīng)答器將系統(tǒng)預(yù)存的數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼、調(diào)制，驅(qū)動880nm 或940nm波長的紅外線收發(fā)陣列3，發(fā)射扇形寬角度紅外光束。當(dāng)車輛越過地面應(yīng)答器時(shí)， 調(diào)制紅外光束照射到車載閱讀器的紅外線收發(fā)陣列3，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流，并經(jīng)過隔離、整 形，濾除干擾噪聲后，送入微處理器解碼，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)經(jīng)過和車載預(yù)存的數(shù)據(jù) 比較一致后，送入故障-安全型驅(qū)動電路15產(chǎn)生輸出電壓，驅(qū)動安全繼電器16吸起，輸出 有效信號給連接的相關(guān)控制系統(tǒng)。車載閱讀器向地面發(fā)送數(shù)據(jù)的過程和上述過程類似。車 載閱讀器和地面應(yīng)答器的通信在時(shí)間上交替進(jìn)行，采用相同的載波頻率。地面應(yīng)答器將預(yù)存的若干字節(jié)數(shù)據(jù)送入編碼電路6，將用戶信息附加上CRC校驗(yàn) 碼，以提高抗干擾能力，然后進(jìn)行脈沖調(diào)制7。調(diào)制用的載波通常選定33kHz 56kHz的矩 形波，占空比1/3，也可以選擇別的頻率和占空比。頻率和占空比的選擇由使用的紅外線接 收管決定。脈沖調(diào)制的方法是數(shù)據(jù)信號先反相，再和載波進(jìn)行“與”操作。脈沖調(diào)制的結(jié)果 是數(shù)據(jù)位為“1”時(shí)，調(diào)制輸出恒為“0”，無載波；調(diào)制數(shù)據(jù)位為“0”時(shí)，輸出為載波，即輸出 載波的持續(xù)時(shí)間就是數(shù)據(jù)位“0”時(shí)間寬度。調(diào)制信號經(jīng)過驅(qū)動電路8放大后，送入紅外線 收發(fā)陣列3，轉(zhuǎn)化成紅外線光信號，向外輻射。由圖2可見為提高發(fā)射電路的可靠性，發(fā)射單元1采用雙機(jī)熱備的硬件冗余結(jié)構(gòu)。具體方法是發(fā)射電路環(huán)節(jié)(5) (8)安裝相同的兩套，一套為主發(fā)射電路，一套為備用 發(fā)射電路。主、備發(fā)射電路同時(shí)工作，具體哪套電路向后級輸出由切換電路9控制，切換電路又受故障檢測電路10控制。主發(fā)射電路工作正常時(shí)，故障檢測電路10輸出“主輸出”指 令給切換電路9，此時(shí)主發(fā)射電路的信號經(jīng)過切換電路輸出，驅(qū)動紅外線收發(fā)陣列3。當(dāng)故 障檢測電路10檢測出主發(fā)射電路故障時(shí)，就發(fā)出“備用輸出”指令，切換電路9斷開主發(fā)射 電路的輸出，接通備用發(fā)射電路，其輸出信號經(jīng)過切換電路送入紅外線收發(fā)陣列3，同時(shí)故 障檢測電路發(fā)出“主發(fā)射電路故障”的報(bào)警，提醒用戶及時(shí)檢修。接收單元2采用故障_安全型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，具體方法是解碼處理使用三中取二的容 錯(cuò)電路，隔離整形電路11、CPU12和監(jiān)督定時(shí)器13組成一個(gè)解碼器，整個(gè)接收單元共有三 個(gè)相同的解碼器，見圖3中的三個(gè)虛線框。三個(gè)解碼器 各自獨(dú)立工作，其解碼的輸出為“有 效”指令和“無效”指令兩種。三路解碼輸出送入三中取二表決器14。表決器14按照大數(shù) 表決的模式工作，當(dāng)三路解碼輸出有兩路或三路均為“有效”指令時(shí)，表決器14輸出“有效” 指令；若三路解碼輸出有兩路或三路均為“無效”指令時(shí)，表決器14輸出“無效”指令。單 個(gè)解碼器的故障不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。為了保證安全，表決器14也是故障-安全結(jié)構(gòu)的， 即表決器故障時(shí)，總輸出“無效”指令，防止了系統(tǒng)誤動。為了提高運(yùn)行的穩(wěn)定性，各解碼器還帶有獨(dú)立的監(jiān)督定時(shí)器13。CPU12工作正常 時(shí)，定時(shí)發(fā)送刷新脈沖給監(jiān)督定時(shí)器13。若CPU12未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)刷新脈沖給監(jiān)督定時(shí) 器13，通常表明CPU12產(chǎn)生了故障，監(jiān)督定時(shí)器13將自動產(chǎn)生復(fù)位信號，促使CPU12復(fù)位， 重新引導(dǎo)執(zhí)行程序，恢復(fù)正常工作。使用監(jiān)督定時(shí)器13，可以有效地提高CPU抗突發(fā)干擾的 能力，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。表決器14的輸出指令保證了邏輯輸出的正確性，執(zhí)行環(huán)節(jié)的正確性由故障-安 全驅(qū)動電路15和安全繼電器16保證。普通的驅(qū)動電路，當(dāng)驅(qū)動電路故障時(shí)，輸出高低電 平的幾率是相同的，若輸出高電平，則繼電器16吸起，常開接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生危險(xiǎn)輸出，這是 絕對不允許的。如果使用普通繼電器，萬一產(chǎn)生接點(diǎn)熔接、卡死等故障，即使繼電器線圈無 電，常開接點(diǎn)也可能閉合，從而產(chǎn)生危險(xiǎn)輸出。因此安全系統(tǒng)的輸出必須使用故障-安全 驅(qū)動電路15和安全繼電器16的組合形式。驅(qū)動電路15采用動態(tài)脈沖驅(qū)動，在接收到特定 頻率和特定幅度的脈沖信號后，內(nèi)部的電容充、放電路電路按特定節(jié)拍順序動作，產(chǎn)生電流 輸出。當(dāng)電路中的任一元件故障時(shí)，包括開路、短路故障，充、放電電路都會缺乏必須的工作 條件而停止工作，電容上原先的電荷在很短的時(shí)間泄放殆盡，最終無電流輸出，繼電器(16) 落下，實(shí)現(xiàn)了故障-安全。本系統(tǒng)還采用了閉環(huán)控制的模式。繼電器16的輸出狀態(tài)被反饋到CPU12進(jìn)行監(jiān) 督。當(dāng)發(fā)生接點(diǎn)熔接或卡死的故障時(shí)，安全繼電器16的強(qiáng)制導(dǎo)向結(jié)構(gòu)確保其各組接點(diǎn)都是 聯(lián)動的，即所有的前接點(diǎn)狀態(tài)都一致，所有的后接點(diǎn)狀態(tài)也一致。通過接點(diǎn)狀態(tài)的反饋，能 夠?qū)崟r(shí)檢測繼電器16的狀態(tài)，經(jīng)與CPU12的解碼輸出比對，即可知繼電器工作是否正常。若 不正常，則及時(shí)報(bào)警，導(dǎo)向了運(yùn)用安全。閉環(huán)模式和安全繼電器16的配合使用，消除了繼電 器故障無法檢測的隱患。在閉環(huán)控制模式下，通過驅(qū)動電路15和安全繼電器16的協(xié)同，保 證了系統(tǒng)最終執(zhí)行輸出的安全性?？紤]到車載閱讀器和地面應(yīng)答器通信時(shí)，位置可能不完全對準(zhǔn)，從而造成紅外線 光束不能完全對準(zhǔn)接收管，產(chǎn)生通信丟碼。為了保證通信的可靠，降低丟碼現(xiàn)象，系統(tǒng)采用 了紅外線收發(fā)陣列3。該陣列接收采用器件冗余和空間 冗余技術(shù)，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。具 體實(shí)施方法時(shí)采用多支發(fā)射管和多支接收管，發(fā)射管和接收管空間位置交替排列，和單管收發(fā)相比，紅外線的發(fā)射角度和接收角度大大拓寬，形成較寬的面狀覆蓋范圍；電路設(shè)計(jì)上保證任意一支接收管接收到紅外線信號即表示陣列接收到紅外線信號，任意一支發(fā)射管發(fā) 射的紅外線光束的強(qiáng)度都能保證接收設(shè)備可能動作；以上兩方面的措施提高了通信的可靠 性。以車載閱讀器為例，陣列使用3支紅外線發(fā)射管17、19和21，使用3支接收管18、20和 22。發(fā)射管和接收管只要有任意一支發(fā)射管的紅外光束能夠?qū)?zhǔn)接收設(shè)備即能可靠通信， 同理只要有任意一支接收管能夠收到發(fā)射設(shè)備的紅外光束即能可靠通信。
雖然本發(fā)明已對有限數(shù)目的實(shí)例做了描述，但應(yīng)知道，本發(fā)明可以在附錄的權(quán)利 要求范圍內(nèi)進(jìn)行很多變化、改進(jìn)和其他應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)安裝在移動車輛上的車載閱讀器和一個(gè)安裝軌旁的地面應(yīng)答器；車載閱讀器和地面應(yīng)答器由各自的發(fā)射單元(1)、接收單元(2)以及相對應(yīng)的紅外線收發(fā)陣列(3)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā) 射單元(1)包括一組主電路和至少一組以上的、與主電路相同的備用電路；所述的主電路 和備用電路連接切換電路(9)，切換電路(9)與紅外線陣列相連；所述的主電路包括依次 連接的CPU(5)、編碼電路(6)、調(diào)制電路(7)以及與切換電路(9)相連的驅(qū)動電路(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于所述的接 收單元(2)包括三個(gè)相同的解碼器；所述的解碼器包括連接紅外線陣列的隔離整形電路(II)；隔離整形電路(11)通過CPU(12)與監(jiān)督定時(shí)器(13)連接；三個(gè)解碼器中的CPU分別 與三中取二表決器(14)相連；三中取二表決器(14)通過故障-安全驅(qū)動電路(15)與安全 繼電器(16)相連；安全繼電器(16)分別與三個(gè)解碼器中的CPU相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于所述的紅 外線收發(fā)陣列(3)采用多組紅外線發(fā)射管和接收管在空間位置上交替排列而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于所述的安 全繼電器(16)是重力式安全繼電器或者是帶強(qiáng)制導(dǎo)向接點(diǎn)的彈力式安全繼電器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，包括一個(gè)安裝在移動車輛上的車載閱讀器和一個(gè)安裝軌旁的地面應(yīng)答器；車載閱讀器和地面應(yīng)答器由各自的發(fā)射單元(1)、接收單元(2)以及相對應(yīng)的紅外線收發(fā)陣列(3)構(gòu)成；本發(fā)明的有益效果是能夠可靠實(shí)現(xiàn)車輛和地面的雙向紅外線數(shù)據(jù)通信，閱讀器和應(yīng)答器都能輸出信號給各自的控制系統(tǒng)，滿足了車輛準(zhǔn)確定位的需求；實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障導(dǎo)向安全，提高軌道交通運(yùn)行的安全性；不干擾附近位置的射頻應(yīng)答器系統(tǒng)，提高了設(shè)備的適應(yīng)性。
文檔編號B61L13/04GK101811508SQ20091004654
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者周巧蓮, 周迥, 楊迪, 沈拓, 王方程, 馬全松 申請人:上海申通軌道交通研究咨詢有限公司