鐵路臨時(shí)限速警示裝置的開發(fā)與應(yīng)用研究

【摘 要】文章論述了研制臨時(shí)限速警示裝置的必要性，介紹了該裝置的設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)方案，并描述了系統(tǒng)工作原理和工作過程。此裝置為列車安全運(yùn)行提供了一個(gè)新的工具。

【關(guān)鍵詞】線路；臨時(shí)限速；射頻識(shí)別；語音警示

一、研究背景

按照《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定，在線路施工或事故多發(fā)區(qū)段為了保證施工人員及列車運(yùn)行安全，對(duì)通過該區(qū)段的列車進(jìn)行臨時(shí)限速。機(jī)車司機(jī)在操縱機(jī)車運(yùn)行的同時(shí)，需要實(shí)時(shí)瞭望，及時(shí)發(fā)現(xiàn)移動(dòng)減速信號(hào)牌，并按照減速信號(hào)牌的要求操縱機(jī)車減速通過臨時(shí)限速區(qū)段。此外，機(jī)車LKJ系統(tǒng)管理人員會(huì)事先將限速信息輸入到機(jī)車LKJ系統(tǒng)中，司機(jī)按照LKJ系統(tǒng)的提示操縱機(jī)車運(yùn)行，當(dāng)機(jī)車以超過限速值的速度進(jìn)入限速區(qū)段時(shí)，LKJ系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制機(jī)車減速停車，以避免發(fā)生行車事故。但是在實(shí)際工作中，有時(shí)會(huì)因?yàn)楦鞣N原因發(fā)生LKJ系統(tǒng)中限速信息沒有輸入、或者輸入錯(cuò)誤的情況，此時(shí)如果司機(jī)瞭望不夠，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)減速牌的情況，就很可能造成列車超速進(jìn)入限速區(qū)段發(fā)生行車事故。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)目標(biāo)。研究設(shè)計(jì)一種臨時(shí)限速警示裝置，在限速區(qū)段前方，發(fā)送限速信息給通過的列車，提示司機(jī)前方限速信息，避免發(fā)生超速通過限速區(qū)段的行車事故。（2）總體設(shè)計(jì)方案。通過對(duì)線路施工臨時(shí)限速情況、列車運(yùn)行情況以及列車通過限速區(qū)段情況的分析和研究，采用近幾年來興起，應(yīng)用在各行業(yè)的高新技術(shù)—射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）來解決此問題。“線路臨時(shí)限速警示裝置”由地面限速信息發(fā)送器和車載限速信息接收警示器構(gòu)成。各部分實(shí)現(xiàn)的功能如下：第一，地面限速信息發(fā)送器：存儲(chǔ)前方限速信息并以無線方式發(fā)送給車載設(shè)備；第二，車載限速信息接收警示器：接收地面限速信息發(fā)送器的限速信息，并發(fā)出語音警示。（3）地面限速信息發(fā)送器設(shè)計(jì)。第一，硬件設(shè)計(jì)。一是電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：地面限速信息發(fā)送器硬件電路包括天線、射頻電路、處理器電路、穩(wěn)壓等，射頻電路負(fù)責(zé)發(fā)送調(diào)制地面限速信息發(fā)送器發(fā)送的信號(hào)；處理器控制地面限速信息發(fā)送器正確發(fā)送信息。二是低功耗設(shè)計(jì)。地面限速信息發(fā)送器采用電池供電，由于電池的容量和使用時(shí)間有限，所以必須對(duì)地面限速信息發(fā)送器進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)，從而盡可能延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。我們采用的nRF24L01芯片，功耗低，使用1.9V～3.6V工作電源，可采用電池供電，在相同工作模式下，比同類芯片節(jié)省近1/3的能量。處理器選用了MSP430系列單片機(jī)，在工作頻率高達(dá)1MHz的狀態(tài)下電流僅為220μA，具有其他單片機(jī)不可比擬的低功耗優(yōu)勢(shì)。第二，軟件設(shè)計(jì)。一是寄存器設(shè)置和數(shù)據(jù)包格式。射頻收發(fā)器的接收地址、收發(fā)頻率、發(fā)射功率、無線傳輸速率、無線收發(fā)模式以及CRC校驗(yàn)的長(zhǎng)度和有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等信息都在nRF24L01射頻收發(fā)芯片的寄存器配置字中設(shè)置。完整的射頻數(shù)據(jù)包由五部分組成，由高到低分別為前同步碼、地址、數(shù)據(jù)包標(biāo)號(hào)、有效數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)。其中，前同步碼在發(fā)送時(shí)由硬件添加，接收時(shí)由硬件自動(dòng)剝離。二是指令接收子程序。地面限速信息發(fā)送器上電后，首先進(jìn)行初始化，使地面限速信息發(fā)送器完成與接收模式相關(guān)的配置寄存器的設(shè)置，完成后進(jìn)入掉電模式。當(dāng)?shù)孛嫦匏傩畔l(fā)送器進(jìn)入車載接收器范圍，經(jīng)外部觸發(fā)后，將CE設(shè)為高，經(jīng)過130μs后，地面限速信息發(fā)送器從掉電模式進(jìn)入接收模式，開始監(jiān)聽空中的數(shù)據(jù)包。三是信息發(fā)送子程序。執(zhí)行完車載限速信息接收器指令，地面限速信息發(fā)送器收發(fā)模塊開啟成發(fā)射狀態(tài)，返回限速信息。在發(fā)送模式下，SPI接口有效。MCU把有效數(shù)據(jù)TX_PLD和目的地址TX_ADDR送入nRF24L01。數(shù)據(jù)通道0設(shè)置為接收應(yīng)答信號(hào)ACK。當(dāng)CE置高脈沖時(shí)，開始發(fā)送。數(shù)據(jù)以1Mb/s或2Mb/s（由MCU設(shè)定）的速率發(fā)送。

三、設(shè)備安裝及工作過程

地面限速信息發(fā)送器按臨時(shí)限速區(qū)段的線路方向和限速值區(qū)分，分別針對(duì)上行/下行、不同限速值的情況，并且放置在專用減速牌中，其發(fā)送的減速值與減速牌上標(biāo)明的一致，由電池供電。

“線路臨時(shí)限速警示裝置”已經(jīng)在國內(nèi)某鐵路局管內(nèi)線路和機(jī)車上推廣使用，效果良好，滿足了對(duì)臨時(shí)限速警示的需要，為列車運(yùn)行安全提供了新的保障措施。

參 考 文 獻(xiàn)

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