專利名稱：微機多制式通用機車信號裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型微機多制式通用機車信號裝置，適用于在我國鐵路各種制式的自動閉塞區(qū)段，尤其是適用于在移頻、極頻和交流計數(shù)電碼自動閉塞區(qū)段運行的機車上，安裝在司機室內(nèi)自動反映列車運行前方地面信號機的顯示狀態(tài)、運行條件，指示司機運行，并可配合機車自動停車裝置施行緊急制動，屬鐵路機車信號和自動停車控制設備。
目前，我國鐵路自動閉塞存在多種制式，主要有移頻自動閉塞、交流計數(shù)自動閉塞和極頻自動閉塞三種，但機車上相應的信號接收、處理裝置多是單一制式的，因此同一機車信號設備不適于跨越不同制式的運行區(qū)段使用，如機車需跨制式長交路運行，則必須安裝幾套不同的機車信號設備，裝備多、人工切換繁雜、不利行車安全，而且現(xiàn)有的機車信號設備多采用分立元件，體積大、性能差、易受干擾、故障率高。
本實用新型的目的是提供一種由微機進行信息分析處理的、能適用于三種自動閉塞制式，三種機車信號裝置兼容的，并具有語音提示報警和自動控制停車等功能的，體積小、成本低、高可靠性的通用式機車信號設備。
本實用新型的目的可以通過以下措施來實現(xiàn)該裝置主要設有信號檢測Ⅰ、信號分析處理Ⅱ、信號執(zhí)行Ⅲ、語音提示報警和自動停車控制Ⅳ，電源Ⅴ五大部分。
(1)信號檢測部分主要有信號接收電路3經(jīng)接收變壓器T1的一次側(cè)線圈與機車感應器2連接，經(jīng)光電耦合器M1、M2與可調(diào)濾波電路4連接，經(jīng)射隨器(由三極管B1與電阻R7～R9等組成)與放大電路5的第一級放大電路連接，放大電路5的第二級運放電路經(jīng)運算放大器A5、A6等與光電耦合電路7連接，經(jīng)運算放大器A3等與取樣電路6連接；光電耦合電路7的輸出端t、s與信號分析處理電路連接；機車感應器2由柱形的封裝有鐵芯的電感線圈構(gòu)成，其電感量和品質(zhì)因數(shù)選擇在介于三種制式的現(xiàn)有的機車接收線圈的電感量和品質(zhì)因數(shù)數(shù)值之間。
(2)信號分析處理部分主要有兩級反相器12、13的輸入端連接信號檢測部分的光電耦合電路7，12、13的輸出端分別連接微處理器8的INT1、INT0端，振蕩器9的輸出端f與微處理器8的XTAL2連接，自動復位電路10的輸出端i經(jīng)反相器11與微處理器8的RST端相連，脈沖輸入端g、h分別與鎖存器16的W端、微處理器8的ALE端相連，微處理器8的P0口作為總線D0～D7與鎖存器14、16的八輸入端相連，鎖存器14的八輸出端作為地址總線的低八位A0～A7與只讀存貯器15的A0～A7相連，只讀存貯器15的OE端與微處理器8的PSEN端相連，鎖存器14的PL與微處理器8的ALE相連，微處理器8的P1口連接緩沖器／驅(qū)動器17、21，17、21分別連接光電耦合電路18、22，微處理器8的TXD、RXD連接采集電路20。
本實用新型設有兩套或兩套以上的信號檢測部分、信號分析處理部分，每套信號分析處理部分中鎖存器16的Q端與其他套信號分析處理部分中的反相器24相連，經(jīng)24的輸出端與微處理器8的T0連接，以實現(xiàn)多套信號檢測部分、信號分析處理部分同時工作，但只能一套有輸出信號，而且一旦該套有信號輸出就封鎖其他套的輸出；在信號檢測部分的接收電路3、可調(diào)濾波電路4中，分別設有模擬開關(guān)K1、K2、K3和50Hz帶通濾波器及相關(guān)電路，根據(jù)不同制式的編碼信號，由微機控制確定模擬開關(guān)的導通或關(guān)斷狀態(tài)，決定是否改變通道衰耗和濾波電路；機車感應器2接收地面設備沿鋼軌發(fā)送的編碼信息，經(jīng)過接收變壓器T1送至接收電路3。
(3)信號執(zhí)行部分主要有驅(qū)動電路19、點燈電路25及機車信號燈機構(gòu)等逐級連接構(gòu)成；信號燈機構(gòu)中每個顯示燈與公共地端之間各接有一個限流電阻，用以防止因信號燈短路而損壞設備；信號執(zhí)行部分中點燈電路25的輸出端經(jīng)光電耦合電路22反饋到每套信號分析處理部分的三態(tài)緩沖／線驅(qū)動器21的八輸入端，對輸出信號形成閉環(huán)巡迥檢測。
(4)語音提示報警及自動停車控制部分主要為機車顯示信號時，該信息經(jīng)中央處理器31分析后，以只讀存貯器33、34中取出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送到語音發(fā)生器44，經(jīng)語音合成后輸出至放大電路45，放大后由喇叭46發(fā)出語音提示及相應的報警音響；定時接口35經(jīng)PA0－3與七段譯碼驅(qū)動器36連接，經(jīng)PA4－6與譯碼器37、反相器38、驅(qū)動器39逐級相連；自動停車控制電路48與定時接口35的PC端相連；排風報警時，中央處理器31發(fā)出控制信號，經(jīng)三態(tài)緩沖器30至譯碼器47，譯碼后選中定時接口35，再輸出至36及37、38、39，由36和39驅(qū)動顯示、記錄排風及報警次數(shù)；機車制動信息由35經(jīng)48的光電耦合電路隔離、驅(qū)動放大、變壓器耦合，再進行整流后使排風繼電器吸起，經(jīng)排風繼電器接點控制機車制動。
(5)電源部分主要有整流濾波電路D1連接開關(guān)調(diào)整放大電路D2和繼電保護電路D6，開關(guān)調(diào)整放大電路D2連接儲能續(xù)流電路D3和整形放大電路D4，D4連接取樣比較放大電路D5，D5連接繼電保護電路D6，同時連接D3及轉(zhuǎn)換電路D9，D9連接逆變器D7，D7連接穩(wěn)壓器D8。第一級穩(wěn)壓后可提供點燈電路及語音提示報警電路直流工作電源。第一級穩(wěn)壓電源經(jīng)逆變后再經(jīng)第二級穩(wěn)壓，提供信號檢測部分的放大器電源及微機工作電源。
當?shù)孛姘l(fā)送設備向軌道電路發(fā)送編碼信息時，由該裝置的信號檢測部分Ⅰ接收，經(jīng)信號分析處理部分Ⅱ中的電路及軟件相結(jié)合對信息進行分析處理，選出正確制式的信息，送至信號執(zhí)行部分Ⅲ使相應的信號燈顯示；機車顯示信號的信息同時送至語音提示報警及自動停車控制電路Ⅳ使之動作。
本實用新型具有以下優(yōu)點(1)該裝置兼容移頻、極頻和交流計數(shù)電碼三種制式機車信號設備的功能于一體，可適應機車跨制式長交路運行，能自動識別三種制式的信息，無需人工切換，操作方便，還具有語音提示報警、控制自動停車等功能，因此可提高運輸效率，保證行車安全。(2)由于該裝置的信號檢測和分析處理部分采用雙套或多套熱備，各套之間通過微機軟件實現(xiàn)互檢，隨時可關(guān)閉故障設備；電源部分亦采用雙套熱備，且本身為低功耗、寬電壓波動、串聯(lián)型開關(guān)電源。可適應機車電源大范圍波動，所以該裝置具有較高的可靠性。(3)本裝置采用大規(guī)模集成電路，并通過微機控制，使整機的成本低、體積小、性能高；采用積木拼裝插板式工藝，可進一步擴充功能。
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)特征作進一步說明。


圖1為本實用新型微機多制式通用機車信號裝置的總體框圖，圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為機車信號的信號檢測、分析和處理、執(zhí)行部分，Ⅳ為語音提示報警和自動停車控制部分，Ⅴ為電源部分。
圖2為本實用新型外觀示意圖，圖中1為電源、計算機工作指示燈，2為排風、報警計數(shù)器，3為熔絲，4為20芯插座，5為解鎖按鈕，6為19芯插座；圖3為本實用新型信號檢測部分電路圖，圖中2為機車感應器，3為信號接收電路，4為可調(diào)濾波電路，5為放大電路，6為取樣電路，7為光電耦合電路；圖4為本實用新型信號檢測、分析和處理、信號執(zhí)行部分工作原理框圖，圖中1為軌道，2為機車感應器，3為信號接收電路，4為可調(diào)濾波電路，5為放大電路，6為取樣電路，7為光電耦合電路，8為微處理器，9為振蕩電路，10為自動復位電路，11、12、13為反相器，14為三態(tài)鎖存器，15為只讀存貯器，16為鎖存器，17、21為三態(tài)緩沖／線驅(qū)動器，18、22為光電耦合電路，19為驅(qū)動電路，20為采集電路，23為與非門，24為反相器，25為點燈電路；圖5為本實用新型的電源部分電路圖，圖中D1為整流濾波電路，D2為開關(guān)調(diào)整放大電路，D3為儲能續(xù)流電路，D4為整形放大電路，D5為取樣比較放大電路，D6為繼電保護電路，D7為逆變器，D8為穩(wěn)壓器，D9為轉(zhuǎn)換電路，D10為另一套備用電源；圖6為本實用新型的語音提示報警及自動停車控制部分工作原理框圖，圖中30為三態(tài)緩沖器，31為微處理器，32為三態(tài)鎖存器，33、34為只讀存貯器，35為定時接口，36為七段譯碼驅(qū)動器，37、47為譯碼器，38為反相器，39為驅(qū)動器，40為移位寄存器，41為與非門，42為分頻器，43為自動復位電路，44為語音發(fā)生器，45為放大電路，46為擴音喇叭，48為自動停車控制部分。
圖7為本實用新型語音提示報警及自動停車控制部分的放大電路結(jié)線圖，圖中F1為π型濾波放大電路，F(xiàn)2為恒流源差放及復合管放大電路，N21為光電耦合器；圖8為本實用新型信號執(zhí)行部分Ⅲ的驅(qū)動及點燈電路圖，圖中19為驅(qū)動電路，25為點燈電路，另一套信號執(zhí)行部分的驅(qū)動電路19通過二極管D19與本套的驅(qū)動電路相連。
由機車感應器2、接收電路3、濾波電路4、放大電路5、取樣電路6、光電耦合電路7組成機車信號檢測部分(參見圖3)；由微處理器8，振蕩電路9，自動復位電路10，反相器11、12、13、24，三態(tài)鎖存器14，只讀存貯器15，鎖存器16，緩沖器／驅(qū)動器17、21，光電耦合電路18、22，采集電路20，與非門23組成機車信號分析處理部分(參見圖4)；由驅(qū)動電路19，點燈電路25，機車信號燈機構(gòu)組成機車信號執(zhí)行部分(參見圖8)；由整流濾波電路1，開關(guān)調(diào)整放大電路2，儲能電路3，整形放大電路4，取樣比較放大電路5，繼電保護電路6，逆變電路7，穩(wěn)壓電路8組成電源部分(參見圖5)；由三態(tài)緩沖器30，微處理器31，三態(tài)鎖存器32，只讀存貯器33、34，定時接口35，七段譯碼驅(qū)動器36，譯碼器37、47，反相器38，驅(qū)動器39，移位寄存器40，與非門41，分頻器42，自動復位電路43，語音發(fā)生器44，放大電路45，自動停車控制電路48組成語音提示報警和自動停車控制部分(參見圖6、圖7)。
地面發(fā)送設備沿軌道發(fā)送的編碼信號，首先由機車感應器2接收，并經(jīng)接收變壓器T1的次級線圈及電容C1～C3、電阻R1形成欠阻尼振蕩，通過射隨器(由三極管B1與電阻R7～R9等組成)送至放大電路5(參見圖3)。由于不同制式的編碼信號諧振頻率不同，其通道衰耗也不同，根據(jù)這一原理，本實用新型的信號檢測部分設有模擬開關(guān)K1、K2、K3和可調(diào)整的VCVS濾波器及相關(guān)電路，模擬開關(guān)K1、K2、K3的狀態(tài)由微機控制，當編碼信號為移頻信號時，模擬開關(guān)K2導通，K1、K3關(guān)斷；當編碼信號為極頻信號時，模擬開關(guān)K1、K2、K3關(guān)斷；當編碼信號為25Hz交流計數(shù)電碼時，模擬開關(guān)K1、K2導通，K3關(guān)斷；編碼信號為50Hz交流計數(shù)電碼時K1、K3導通，K2關(guān)斷；信號為75Hz交流計數(shù)電碼時，K1導通，K2、K3關(guān)斷；可調(diào)濾波器通帶為45Hz～55Hz，在非交流50Hz編碼信號時，可防止工頻50Hz的干擾，在交流50Hz時，濾波器不起作用。當編碼信號經(jīng)過第一級放大后，不同制式的編碼信息選擇不同的第二級運算放大電路通道，經(jīng)兩級放大后，再由光電耦合電路7經(jīng)反相器12、13送至微處理器8(參見圖4)，經(jīng)中央處理機對編碼信息進行波形分析，假若分析結(jié)果證實不是預先設定的那種制式，則改變信息通道狀態(tài)，修改成另一種制式的信息，再繼續(xù)進行波形分析，循環(huán)往復直至選擇出正確的制式，才繼續(xù)對其進行譯碼處理，之后輸出相應的信號至三態(tài)緩沖／線驅(qū)動器17，再經(jīng)對應的驅(qū)動電路19送至點燈電路25，使相應的信號燈顯示；本實施例中設計有兩套機車信號檢測部分和分析處理部分同時工作(圖4)，但其輸出是隨機的，只要其中的一套先有輸出，則該套的鎖存器16的Q5端就有輸出，而且一旦有輸出，就通過Q6經(jīng)另一套信號分析處理部分的反相器24與微處理機8的T0相連，從而封鎖它的輸出；另外，信號燈顯示信息的輸出，以信號執(zhí)行部分的點燈電路25經(jīng)光電耦合電路22反饋到每套信號分析處理部分的三態(tài)緩沖／線驅(qū)動器21(參見圖4)，對于無輸出信號的那套來說該信號被本套的微處理器8讀回，經(jīng)分析處理后，其輸出(1)使本套與有信號輸出的那套機器同步工作；(2)檢查有信號輸出的那套機器的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，則本套即有信號輸出，同時封鎖另一套機器的輸出，由此實現(xiàn)兩套信號檢測、分析處理部分同時工作，而只有一套輸出信號的功能。
信號燈顯示的信息也同時傳遞到語音提示報警部分(參見圖6)，該信息經(jīng)中央處理器31分析后，由只讀存貯器33、34中取出，送至語音發(fā)生器44，經(jīng)過語音合成，輸入放大電路45，再送至喇叭46發(fā)出語音提示及相應報警音響。
當機車排風報警時(參見圖6)，中央處理器31發(fā)出控制信號，經(jīng)三態(tài)緩沖器30至譯碼器47，譯碼后選中定時接口35，由定時接口35經(jīng)PA0－3輸出至七段譯碼驅(qū)動器36，PA4－6的輸出至譯碼器37、反相器38、驅(qū)動器39，由36、39驅(qū)動顯示、記錄排風及報警的次數(shù)；機車制動信息還由定時接口35經(jīng)PC至自動停車控制電路48的光電耦合電路隔離→驅(qū)動放大→變壓器耦合→整流，使排風繼電器吸起，經(jīng)排風繼電器的接點控制機車制動。
本實施例中信號分析處理部分的微處理器8采用8031芯片，三態(tài)鎖存器14為54LS373型，只讀存貯器為2764D型，鎖存器16為54LS273型，三態(tài)緩沖／線驅(qū)動器為 54LS244型；語音提示報警及自動停車控制電路部分，微處理器31采用8031芯片，只讀存貯器33為2764D型，只讀存貯器34為27512型，定時接口35為8155型，語音發(fā)生器為T6668型；信號檢測部分的模擬開關(guān)K1、K2、K3為 4016型。
權(quán)利要求1.一種適用于鐵路移頻、極頻和交流計數(shù)電碼三種制式的微機多制式通用機車信號裝置，由機車感應器、機車信號點燈機構(gòu)和自動停車控制電路等組成；其特征在于機車感應器由柱形、封裝有鐵芯的電感線圈構(gòu)成，電感量和品質(zhì)因數(shù)選擇在介于上述三種制式機車信號接收線圈的電感量和品質(zhì)因數(shù)的數(shù)值之間；其信號點燈機構(gòu)中，每個顯示燈與公共地端之間各接有一個限流電阻；本實用新型還設有信號檢測部分、信號分析處理部分、信號執(zhí)行部分、語音提示報警及自動停車控制部分、電源部分；(1)信號檢測部分主要有信號接收電路3經(jīng)接收變壓器T1的一次側(cè)線圈與機車感應器2連接，經(jīng)光電耦合器M1、M2與可調(diào)濾波電路4連接，經(jīng)射隨器與放大電路5的第一級放大電路連接，放大電路5的第二級運放電路經(jīng)運算放大器A5、A6等與光電耦合電路7連接，經(jīng)運算放大器A3等與取樣電路6連接，光電耦合電路7的輸出端t、s與信號分析處理部分連接；(2)信號分析處理部分主要有兩級反相器12、13的輸入端連接信號檢測部分的光電耦合電路7，12、13的輸出端分別連接微處理器8的INT1、INT0端，振蕩器9的輸出端f與微處理器8的XTAL2連接，自動復位電路10的輸出端i經(jīng)反相器11與微處理器8的RST端相連，脈沖輸入端g、h分別與鎖存器16的W端、微處理器8的ALE端相連，微處理器8的P0口作為總線D0～D7與鎖存器14、16的八輸入端相連，鎖存器14的八輸出端作為地址總線的低八位A0～A7與只讀存貯器15的A0～A7相連，只讀存貯器15的OE端與微處理器8的PSEN連接，鎖存器14的PL與微處理器8的ALE連接，微處理器8的P1口連接緩沖器/驅(qū)動器17、21，17、21分別連接光電耦合電路18、22，微處理器8的TXD、RXD連接采集電路20；(3)信號執(zhí)行部分主要有驅(qū)動電路19，點燈電路25及機車信號燈機構(gòu)逐級連接構(gòu)成；(4)語音提示報警及自動停車控制部分主要有機車顯示信號時，該信息經(jīng)中央處理器31分析后，從只讀存貯器33、34中取出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送到語音發(fā)生器44，經(jīng)語音合成后輸出至放大電路45，再送至喇叭46；定時接口35經(jīng)PA0-3與七段譯碼器36連接，經(jīng)PA4-6與譯碼器37、反相器38、驅(qū)動器39逐級相連；自動停車控制電路48與定時接口35的PC端相連；(5)電源部分主要有整流濾波電路D1連接開關(guān)調(diào)整放大電路D2和繼電保護電路D6，開關(guān)調(diào)整放大電路D2連接儲能續(xù)流電路D3和整形放大電路D4，D4連接取樣比較放大電路D5，D5連接繼電保護電路D6，同時連接D3及轉(zhuǎn)換電路D9，D9連接逆變器D7，D7連接穩(wěn)壓器D8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機多制式通用機車信號裝置，其特征在于信號檢測部分設有模擬開關(guān)K1、K2、K3和50Hz帶通可調(diào)濾波器及相關(guān)電路，根據(jù)不同制式的編碼信號，由微機控制確定模擬開關(guān)的狀態(tài)，決定是否改變通道衰耗和濾波電路；有兩套或兩套以上的信號檢測部分、信號分析處理部分，每套信號分析處理部分中，鎖存器16的Q端與其它套信號分析處理部分中的反相器24相連，經(jīng)24的輸出端與微處理器8的TO相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機多制式通用機車信號裝置，其特征在于信號執(zhí)行部分中點燈電路25的輸出端經(jīng)光電耦合電路22反饋到每套信號分析處理部分的三態(tài)緩沖／線驅(qū)動器21的八輸入端，對輸出信號形成閉環(huán)巡迴檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機多制式通用機車信號裝置，其特征在于電源部分設有雙套熱備，輸入電源范圍為38～110V，第一級穩(wěn)壓后可作點燈電路及語音提示報警的放大電路直流工作電源，經(jīng)逆變后再二級穩(wěn)壓供作信號檢測部分放大器及微機工作電源。
專利摘要本實用新型提供一種由微機控制的、能兼容鐵路移頻、極頻和交流計數(shù)電碼三種制式的、是有控制自動停車和語音提示報警等功能的微機多制式通用機車信號裝置。以適應機車跨制式長交路運行，屬鐵路機車信號和自動停車控制設備；主要由信號檢測，信號分析處理，信號執(zhí)行，語音提示報警及自動停車控制，電源五大部分組成；能夠自動識別三種制式的信息，自動進行切換，操作方便，采用雙套熱備、互檢、可靠性高，整體成本低，體積小，性能好。
文檔編號B61L3/00GK2126520SQ9222402
公開日1993年1月6日 申請日期1992年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月8日
發(fā)明者鄧迎賓, 白昌龍, 趙明才, 吳躍民, 羅秀冬, 呂敏 申請人:哈爾濱鐵路局工業(yè)處哈爾濱通信信號器材廠