本實用新型是一種鐵道信號顯示系統(tǒng)。適于我國鐵路區(qū)間、站內、專用線、道口等各種類型信號設備裝用。

長期以來的鐵路運輸實踐證明，鐵路信號設備技術性能的優(yōu)劣、安全可靠程度的高低直接關系到我國鐵路運輸行車安全。作為行車指揮命令的信號顯示設備，應不斷采用現代高新技術，研制更先進、更安全可靠的新型鐵道信號顯示及報警系統(tǒng)，以適應我國鐵路現代化建設的需要。

背景技術：

既有的類似裝置，采用單套LED光源及傳統(tǒng)聲光報警設計，實際運用中只要顯示電路發(fā)生故障，信號光源將隨之失效，直接影響鐵路信號的正常顯示，從而給鐵路運輸帶來諸多安全隱患，難以適應我國鐵路運輸安全、重載、高速發(fā)展的需要。

技術實現要素：

為了克服單套鐵路信號LED光源失效后導致的行車安全隱患問題，本實用新型采用了雙套化自動轉換設計。當主燈LED光源失效后，由單片機控制立即轉副燈電路繼續(xù)顯示，同時向信號值班人員發(fā)出故障報警信息，要求現場維護人員盡快處理故障，進而確保鐵路行車安全。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：將室內電路集成在一只規(guī)格為260×250×110mm長方體并具有屏蔽功能的金屬盒內，放置在信號值班室內或者安裝在信號組合架上；將室外電路集成在一只直徑為140mm，深度為75mm筒形鋁合金盒內，固定在信號機構內部聚光透鏡后面。室內與室外設備通過標準信號電纜連接。電源電路、室內報警電路與室外LED主、副燈電路及故障自動轉換和取樣電路、信息處理電路和發(fā)光單元、聚光透鏡構成安全型雙套化鐵路信號LED顯示及報警系統(tǒng)。

室內機箱里裝有譯碼顯示及聲光報警與音響切斷等功能電路，室外的筒形鋁合金盒內裝有防護、整流、DC/DC電源變換、主、副燈自動轉換、取樣、信息處理等功能電路。在信號機構的防護外透鏡后面裝有19燈聚光透鏡，聚光透鏡后面焦點位置固定有鋁基板和主副燈線路板等部件。

電源電路中的過流防護器件是由一個規(guī)格為5A的總電源熔斷器與主、副燈顯示電路中共20個規(guī)格為0.5A的分路熔斷器組成的。當發(fā)生單燈過流故障時，并不影響其他顯示電路正常工作，從而最大限度保證鐵路信號的連續(xù)顯示。

電源電路中的過壓防護器件是由一個規(guī)格為68V5KA的壓敏電阻與一個型號為3R250TA的三端放電管組成的鐵道信號電源標準防雷組合，其作用是減少雷害及過壓干擾。

主、副燈電路中的核心部件是各有十個相互并聯的具有恒流特性的場效應功放管，其恒流控制原理是，當電流上升導致溫度升高時，就會引起功放管內阻升高，于是使得功放管電流下降，溫度也就隨之下降，最終是負載電流得以穩(wěn)定。將發(fā)光二極管串聯在功放管源極，可以在負載電流升高時使電路具有負反饋作用，這對穩(wěn)定負載電流具有明顯輔助效果。為延長發(fā)光管的連續(xù)工作壽命，本系統(tǒng)將額定電流為350mA的LED的實際工作電流限定在恒流200mA左右。

取樣電路中的耦合二極管的閥值電壓定位于7.8V，是考慮到鐵路信號燈既有的工作電壓波動范限制在額定12V的65％～95％，即7.8～11.4V，顯然7.8V就是信號燈的下限標準，只有取樣電平達到這個水平時才允許觸發(fā)報警電路，這樣可以最大限度避免系統(tǒng)在瞬間干擾影響下發(fā)生誤報警現象。

取樣電路中故障自動轉換繼電器的型號為TRA10A12，當主燈電路中任何一個發(fā)光管因過流而失效時會導致相應的0.5A分級熔絲熔斷，這時位于熔絲上端的動態(tài)取樣電位立即由低于7.8V突變?yōu)?1V以上，于是使取樣二極管由定位關斷狀態(tài)轉為擊穿導通，進而使得取樣放大器隨即由截至轉為飽和導通狀態(tài)，連接在取樣放大器集電極的故障轉換繼電器得到負極而勵磁，于是其第一組常開接點將在0.15秒標準時限內接通副燈電路的工作電源，同時切斷主燈電路工作電源并觸發(fā)信號信息處理電路向信號機械室值班人員發(fā)出報警信息。因副燈電路結構與功能與主燈相同，所以，副燈得到電源后即可實現信號連續(xù)正常顯示及監(jiān)測功能，從而確保鐵路行車安全。

信息處理電路是由一個AT89C51型中央處理器、一個微型8位撥碼開關、一只10微法上電自動復位電容、一只10K上電自動復位電阻、一個微型手動復位按鈕、兩只30P輔助振蕩電容、一只12M晶體振蕩器、一只G6A-274型故障報警繼電器、一只G6A-274型發(fā)碼繼電器、兩只10K電流平衡電阻、兩只C9013型報警信號放大器、兩只0.01微法高頻濾波電容、一個型號為7805BT的三端穩(wěn)壓器、一個470微法50V低頻濾波電容順序電連接組成。

信息處理電路中的中央處理器可在電源正常情況下通過取樣電路不間斷監(jiān)測LED顯示狀態(tài)，當主燈或者副燈電路中十個發(fā)光二極管任意一個故障失效時，中央處理器將立即發(fā)出由撥碼開關狀態(tài)確定的符合二進制碼型特點的故障脈沖信號，進而驅動發(fā)碼繼電器工作，利用發(fā)碼繼電器接點接通室內報警電路，將脈沖信號送入以解碼器為核心的報警電路。

主、副燈電路共用的室內報警電路中的解碼器接受故障脈沖信號后，立即按預設程序譯碼并顯示000～255十進制數碼。由于現場信號機編號及燈位編碼具有唯一性，系統(tǒng)通過查表程序即可立即確定并顯示與之對應的故障信號機位及故障燈位。

單片機在輸出驅動發(fā)碼繼電器工作信號的同時，還會輸出一個驅動故障報警繼電器工作的信號，以適應較早期6502制式鐵路信號聲光報警需要。

為及時將室內音響切斷并使報警電路及時復原，室內報警電路中設有一只由值班人員控制的非自復式手動控制按鈕。

副燈電路的結構與功能與主燈電路相同，只是因為副燈電路工作意味著主燈電路已處于故障狀態(tài)，所以副燈電路自動轉換繼電器的第一組接點閑置。

發(fā)光單元由兩塊圓形線路板和一塊固定發(fā)光管的鋁基板組合而成，線路板與鋁基板直徑均為132毫米、線路板厚度為2毫米，鋁基板厚度為3毫米。固定在鋁基板上的二十只大功率1W型發(fā)光二極管，在中心部位并列兩只，在內、外圓周上以40度角位差各均勻分布九只，內圓直徑為66.3毫米，外圓直徑為101.2毫米。

聚光透鏡的直徑為132毫米，透鏡的玻璃基板厚度為4毫米，基板上19個半球形聚光鏡直徑均為21毫米，聚光透鏡與鋁基板的間隔，須按照LED的發(fā)光散角調焦，使全部光源定位于透鏡焦點上，以確保鐵路信號顯示效果。

系統(tǒng)的主、副燈電路不間斷監(jiān)測報警功能由程序模塊實現，軟件系統(tǒng)流程首先從初始化模塊開始，然后是數據設定模塊，接著是順序判斷各發(fā)光二極管的工作狀態(tài)模塊，若發(fā)生任何一路故障，將立即啟動轉換及報警功能模塊，在轉副燈工作的同時送出報警信號。

室內值班人員按壓報警控制按鈕后，可切斷報警音響，排除報警噪音干擾，但報警紅燈持續(xù)保留，直至故障排除電路復原。

由于主、副燈電路監(jiān)測驅動程序一致，所以系統(tǒng)轉副燈電路后，將繼續(xù)對副燈電路各路發(fā)光管工作狀態(tài)實施不間斷的監(jiān)測，從而使得本實用新型能夠長期安全可靠工作。

為保證軟件監(jiān)測系統(tǒng)的運行速度達到最佳狀態(tài)，本系統(tǒng)源程序以匯編語言編制。

附圖說明

結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

附圖是本實用新型的一個實施例子。

圖1是安全型雙套化鐵路信號LED顯示及報警系統(tǒng)的構成方框圖。

圖2是安全型雙套化鐵路信號LED顯示及報警系統(tǒng)主燈電路原理圖。

圖3是安全型雙套化鐵路信號LED顯示及報警系統(tǒng)副燈電路原理圖。

圖4是安全型雙套化鐵路信號LED顯示及報警系統(tǒng)發(fā)光單元示意圖。

圖5是安全型雙套化鐵路信號LED顯示及報警系統(tǒng)聚光透鏡示意圖。

圖6是安全型雙套化鐵路信號LED顯示及報警系統(tǒng)軟件工作流程示意圖。

具體實施方式

在圖1所示的系統(tǒng)構成方框圖實例中，安全型雙套化鐵路信號LED顯示及報警系統(tǒng)，由電源電路(1)、主燈電路(2)、取樣電路(3)、信息處理電路(4)、報警電路(5)、副燈電路(6)、發(fā)光單元(7)、聚光透鏡(8)共八個部分構成，電源電路(1)與主燈電路(2)和取樣電路(3)、信息處理電路(4)、副燈電路(6)集成在一只外徑為140毫米，深度為75毫米的筒形鋁合金殼體內，報警電路(5)集成在一只具有電磁屏蔽功能的機箱內并安裝在機械室，電源電路(1)、主燈電路(2)、取樣電路(3)、信息處理電路(4)與副燈電路(6)集成在發(fā)光單元(7)中并裝設在信號機構內部聚光透鏡(8)后方，其電路系統(tǒng)由電源電路(1)、主燈電路(2)、取樣電路(3)、信息處理電路(4)、報警電路(5)、副燈電路(6)、發(fā)光單元(7)、聚光透鏡(8)順序電聯結而成。

在圖2及圖3所示電路原理圖實例中，電源電路(1)中的過流防護熔斷器(100)型號為BLX-5A，過壓防護壓敏電阻(101)最佳參數為68V5KA，過壓防護放電管(102)的型號為3R250TA。過流防護熔斷器(100)的任務是負載短路故障防護，過壓防護壓敏電阻(101)的任務是電源線間橫向防雷，過壓防護放電管(102)的任務是電源線地間縱向防雷。整流器(104)的作用是將現場交流12V電源變換為直流電源供本系統(tǒng)使用，其型號為KBPC5010。信息處理電路(4)中的三端穩(wěn)壓器(407)作用書為單片機提供5V電源。

主燈電路(2)中的鉗位二極管(261、262、263、264、265、266、267、268、269、270)的型號均為R3000，場效應管(231、232、233、234、235、236、237、238、239、240)的型號均為V75DT，發(fā)光二極管(241、242、243、244、245、246、247、248、249、250)的額定功率均為1W，單燈正常工作電流一般調定在200毫安左右，十個發(fā)光管總電流一般調定在2.1A以下。為控制功放管的溫度，每只功放管均設有規(guī)格為40*25*17mm的鋁合金散熱器。

取樣電路(3)中故障自動轉換繼電器(300)的型號為TRA10A，取樣放大器(311、312、313、314、315、316、317、318、319、320)型號均為C9013，取樣耦合二極管(301、302、303、304、305、306、307、308、309、310)閥值電壓均為7.8V。其正常工作狀態(tài)時的取樣電平一般限定在5.8V以下，十個取樣耦合二極管正極分別與主燈電路(2)中相對應的十個取樣點(271、272、273、274、275、276、277、278、279、280)相連接。

信息處理電路(4)中的故障報警繼電器(401)與發(fā)碼繼電器(413)的型號均為G6A-274，三端穩(wěn)壓器(407)的型號為7805BT，晶振(414)頻率為12MHz，上電自動復位電容(419)規(guī)格為50V10微法，復位電阻(417)阻值為10KΩ。濾波電容(403)的作用是消除電源電路瞬間浪涌干擾，其規(guī)格為50V470微法。發(fā)碼繼電器(413)的接點(402)直接向室內解碼器(501)傳送由系統(tǒng)程序控制的既定脈沖組合并直接顯示現場信號機燈位編碼，具體脈沖組合形式由八位撥碼開關(410)的設定狀態(tài)決定。傳統(tǒng)聲光報警信號由報警繼電器(401)的接點(400)的工作狀態(tài)決定，當發(fā)生故障時，接點(400)由關斷轉為閉合，使得蜂鳴器(504)鳴響，報警燈(505)亮紅燈。值班人員按下音響控制按鈕(503)后，蜂鳴器(504)停止工作，但報警燈(505)保持亮燈直至故障排除。

報警電路(5)中的報警蜂鳴器(504)的規(guī)格為DC12V3W，解碼器(501)是一個三位碼顯示終端，其工作電源電壓為直流24V。為了兼容較早期6502型鐵路信號設備，報警電路(5)報警音響控制按鈕(503)為非自復式三端按鈕，其作用是可以及時切斷蜂鳴器工作電源，使之停止工作，當故障排除后，其再次鳴響，又可以提醒值班人員及時恢復定位。

副燈電路(6)的工作電源由故障自動轉換繼電器(300)的第一組接點(200)自動控制。副燈電路(6)與主燈電路(2)的結構與功能相同，作副燈電路使用時，其故障自動轉換繼電器(600)的接點閑置。

在圖4所示發(fā)光單元示意圖實例中，發(fā)光單元(7)是一個由兩塊直徑均為132毫米，厚度為2毫米的樹脂線路板與一塊直徑為132毫米，厚度為3毫米的鋁基板組合而成。兩塊線路板與一塊鋁基板三者之間的連接用四只長度為55毫米、直徑為4毫米的防銹螺栓串聯成為一個完整的發(fā)光單元。

在圖5所示聚光透鏡示意圖實例中，聚光透鏡(8)是一塊基板厚度為4毫米，直徑為132毫米的光學玻璃，基板上19個半球形聚光鏡直徑均為21毫米，位于基板內、外兩個同心圓上的相鄰半球型聚光鏡以40度夾角均勻分布，半球型聚光鏡所在的內圓直徑為66.3毫米，外圓直徑為101.2毫米。聚光透鏡(8)用膠質墊圈和防銹金屬墊圈固定在信號機構內部外防護透鏡的后方，聚光透鏡與鋁基板的空間位置調整，應保證玻璃基板上的19個半球形聚光鏡的焦點與優(yōu)選的發(fā)光管位置配合精準，以確保信號顯示效果符合國家鐵路相關技術標準。

在圖6所示軟件工作流程示意圖實例中，系統(tǒng)軟件工作流程從初始化模塊(1001)開始，然后是數據設定模塊(1002)，接著是主燈系統(tǒng)十個判斷模塊(1003、1004、1005、1006、1007、1008、1009、1010、1011、1012)以毫秒級循環(huán)速度順序判斷與其相對應的發(fā)光管的工作狀態(tài)，若系統(tǒng)判斷工作狀態(tài)正常，則返回到判斷模塊(1003)處繼續(xù)循環(huán)監(jiān)測，若發(fā)現任何一個發(fā)光管故障失效，系統(tǒng)則立即轉報警模塊(1013)輸出報警信息，同時轉副燈系統(tǒng)繼續(xù)工作。以確保鐵路信號連續(xù)安全可靠工作。

副燈系統(tǒng)工作流程是從初始化模塊(2001)開始，然后是數據設定模塊(2002)，接著是十個判斷模塊(2003、2004、2005、2006、2007、2008、2009、2010、2011、2012)順序判斷副燈電路對應的發(fā)光管是否存在故障，若發(fā)現任何一個發(fā)光管故障失效，則立即轉報警模塊(2013)輸出報警信息。

若主燈電路(2)故障得以排除，隨著故障轉換繼電器(300)的復原，軟件系統(tǒng)將自動返回主燈電路繼續(xù)實施監(jiān)測，從而實現本實用新型長期、安全、可靠工作之目的。

初步試驗結果證明，本實用新型具有信號顯示效果優(yōu)良、雙套化自動轉功能新穎實用，報警信息顯示精確、連續(xù)工作性能穩(wěn)定、安裝更換手續(xù)簡便等特點，各項技術指標符合現行鐵道行業(yè)技術標準，適于我國既有信號設備與新設鐵路信號工程安裝配套。