節(jié)能型監(jiān)護道口防護裝置

張耀威，伍毅珊，張 明

（南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，1.高級工程師；2.助理工程師；3高級技師，廣西 柳州 545007）

為確保無人看守道口的行車安全，南寧鐵路局對管內(nèi)鐵路正線273處無人看守道口實行了全天監(jiān)護。但受外部環(huán)境條件限制，大部分監(jiān)護道口無法解決供電問題，因而，道口信號與報警裝置等設(shè)備難以使用，通過道口的機動車輛和行人不能及時獲得列車運行信息，給監(jiān)護道口留下了隱患。據(jù)統(tǒng)計，2006～2007年，在局管內(nèi)該類道口處，就發(fā)生各類事故28起，死亡15人，傷11人，造成經(jīng)濟損失1 230萬元，列車停時21 h 7 min。為此，迫切需要開發(fā)一種節(jié)能型監(jiān)護道口防護裝置，以提高監(jiān)護道口的安全防護能力。

1 裝置簡介

1.1 組成該裝置由遙控主機、太陽能供電照明系統(tǒng)和2套太陽能供電的聲光報警分機組成，如圖1所示。其可在環(huán)境溫度-20℃～+60℃條件下工作。

圖1 裝置組成框圖

1.2 功能節(jié)能型監(jiān)護道口防護裝置具有以下主要功能：

1）行人的預(yù)警信號燈面向公路，在沒有列車接近道口時，閃黃燈；當(dāng)有列車即將接近道口時，閃紅燈，并發(fā)出語音警告，提醒行人、車輛注意安全。

2）解決鐵路監(jiān)護道口房的夜間照明問題。

3）提供自動控制接口，便于連接其他設(shè)備，達到自動控制的目的。

2 遙控主機

遙控主機由控制中心、指令控制單元、狀態(tài)顯示單元、無線收發(fā)單元、自動控制接口單元等組成，如圖2所示。

圖2 遙控主機組成框圖

其主要功能是向分機發(fā)出相關(guān)指令（列車接近、列車離去、停機）；接收分機狀態(tài)指令，實時顯示分機工作狀態(tài)；檢測自動接口信號，自動發(fā)出相關(guān)指令。遙控主機的功耗不大于10 W。無線通信使用443 MHz業(yè)余頻段。

2.1 控制中心控制中心采用單片機系統(tǒng)，是遙控主機的中樞部分，負責(zé)主機的控制指揮工作。

2.2 指令控制單元指令控制單元由面板上的按鍵與電路組成，其狀態(tài)的變化及組合代表了某一項功能的指令，即當(dāng)用戶按下某個按鈕，控制中心檢測到信號后，就會轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令，交由相應(yīng)的部件處理。

2.3 狀態(tài)顯示單元狀態(tài)顯示單元由發(fā)光二極管構(gòu)成，其狀態(tài)及組合代表分機所處的狀態(tài)，使操作者能清楚地知道目前2臺分機所處的狀態(tài)。當(dāng)主機收到分機回復(fù)的信號燈狀態(tài)信息時，就會在主機面板的指示燈閃爍對應(yīng)的色燈。指示燈閃紅燈表示該分機的信號燈目前是紅燈閃的狀態(tài)，閃黃燈表示該分機的信號燈目前是黃燈閃的狀態(tài)。

2.4 無線收發(fā)單元無線收發(fā)單元由無線收發(fā)模塊及天線組成，實現(xiàn)與分機間的通信。該裝置選用的無線收發(fā)模塊，具有發(fā)射和接收的功能，而且有多種波頻可供選擇。其主要優(yōu)點：實現(xiàn)無線收發(fā)較容易，抗噪聲、衰減的性能較好。該項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水、電、氣等自動抄表系統(tǒng)。無線遙控、無線電子顯示屏、搶答器等，屬于比較成熟的技術(shù)，且這類模塊體積不大，便于嵌入到該研發(fā)裝置中。

2.5 自動控制接口單元該裝置除具有人工操作的功能外，還配置了自動控制接口單元。自動控制接口可與“列車接近通知設(shè)備”輸出的列車接近和列車離去信號相連，從而達到自動控制的目的。自動控制接口收到列車接近的信號時，裝置自動發(fā)出語音報警及紅燈閃爍的指令；收到列車離去信號時，裝置會自動發(fā)出解除語音報警及黃燈閃爍的指令。

3 太陽能供電照明系統(tǒng)

太陽能供電照明系統(tǒng)由太陽能電池板、充放電控制單元、蓄電池、照明控制單元和節(jié)能燈組成，如圖3所示。

該系統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為照明燈提供電源，解決夜間照明問題，同時也為主機提供電源。室內(nèi)照明功耗不大于10 W，蓄電池充滿電后，持續(xù)供電時間不少于4 d。

圖3 太陽能供電照明系統(tǒng)組成框圖

3.1 太陽能電池板它是太陽能供電照明系統(tǒng)中的能量來源。其作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板一般分為單晶硅和多晶硅電池板。單晶硅太陽能電池板光電轉(zhuǎn)換效率較高、價格稍高，但相同功率下外形尺寸稍大；多晶硅太陽能電池板光電轉(zhuǎn)換效率較低、價格稍低，外形尺寸小些?？紤]到裝置長期不間斷使用，故采用單晶硅太陽能電池板。

3.2 充放電控制單元充放電控制單元主要由專用處理器、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率管等組成。其作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效地為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗，盡量延長蓄電池的使用壽命；同時保護蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 蓄電池蓄電池是儲存電能的部件，在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能加以儲存，需要時再進行釋放。在該系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)。白天太陽能電池板給蓄電池充電，同時還向負載供電，晚上負載用電全部由蓄電池供給。

3.4 照明控制單元照明控制單元用于控制位于道口房內(nèi)及門口的2盞節(jié)能燈的開關(guān)。

3.5 節(jié)能燈該裝置采用長壽命、高效率的LED光源燈。LED節(jié)能燈是用高亮度白色發(fā)光二極管發(fā)光源，光效高、壽命長、易控制、免維護、使用安全，是新一代固體冷光源，低損耗、低能耗，綠色環(huán)保。

4 分機

分機由控制中心、無線收發(fā)單元、燈光控制單元、語音控制單元、太陽能供電單元等組成，如圖4。

圖4 分機組成框圖

分機接收主機發(fā)送出的指令，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給遙控主機。太陽能供電單元原理與上述太陽能供電照明系統(tǒng)相同，太陽能電池板和蓄電池的容量大小有所變化。分機設(shè)備功耗不大于12 W。

4.1 控制中心控制中心采用單片機系統(tǒng)，負責(zé)分機的控制指揮。分機收到主機發(fā)來的控制指令后，控制中心就指揮部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。

4.2 無線收發(fā)單元無線收發(fā)單元由無線收發(fā)模塊及天線組成，實現(xiàn)與主機間的通信。與遙控主機中的無線收發(fā)單元一致。

4.3 燈光控制單元燈光控制單元由雙色交通信號燈及驅(qū)動電路組成，采用無觸點電子開關(guān)，實現(xiàn)燈光報警功能。當(dāng)分機收到紅燈閃的指令后，就會控制信號燈閃紅燈。收到黃燈閃的指令后，控制信號燈閃黃燈。考慮到信號燈長期工作在室外，故選用具有防水、防塵、耐高溫、透光性能好，防紫外線、不易老化等特點的產(chǎn)品。

4.4 語音控制單元語音控制單元由固態(tài)語音電路、前置放大電路、功放電路及高效號筒揚聲器組成。實現(xiàn)語音報警功能。語音報警用揚聲器選擇防水型室外專用高效號筒式揚聲器。

5 結(jié)束語

節(jié)能型監(jiān)護道口防護裝置樣機于2007年11月6日在湘桂線K544+156（柳南—白山間進德站南頭）監(jiān)護道口進行現(xiàn)場試用。經(jīng)半年多的試用，這套設(shè)備有效地提高了道口安全防范能力，杜絕了道口事故的發(fā)生，同時解決了監(jiān)護道口房的夜間照明問題，達到節(jié)約能源，減少運營成本的目的。該裝置于2008年4月29日通過了南寧鐵路局科技成果鑒定。鑒于該成果的突出特點及較高的實用價值，在其通過鑒定的當(dāng)年，就推廣應(yīng)用了3套。目前，投入使用的設(shè)備，在現(xiàn)場工作技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定，實用效果明顯，得到了有關(guān)管理部門的肯定，也受到道口員工的歡迎。