信號沙盤無線遙控故障設(shè)置系統(tǒng)

王 杰

王 杰:南京職工培訓(xùn)基地 助理工程師 241000 江蘇蕪湖

在教育基地的信號模擬沙盤使用中，通常是用拔繼電器、拔熔斷器、斷接點(diǎn)、短路軌道等手段來設(shè)置故障，造成故障設(shè)置時(shí)間長，隱蔽性差，不能保證故障設(shè)置的突然性、隨機(jī)性和不可預(yù)見性。為此，研制開發(fā)了信號沙盤無線遙控故障設(shè)置系統(tǒng)?，F(xiàn)以道岔、信號機(jī)、軌道電路故障為例，進(jìn)行詳細(xì)說明。

1 沙盤無線遙控故障設(shè)置系統(tǒng)的組成

沙盤無線遙控系統(tǒng)由軟件和硬件組成。軟件分為圖形界面繪制和傳輸信息編、解碼;硬件由控制計(jì)算機(jī)、無線遙控單元、單片機(jī)解碼電路等單元組成。計(jì)算機(jī)把要遙控的站場條件反映在顯示屏上，用下拉菜單的方式反映故障設(shè)置指令。通過USB把計(jì)算機(jī)的設(shè)備編碼信息接口傳送給無線遙控單元進(jìn)行發(fā)射和接收，再由單片機(jī)解碼系統(tǒng)把接收下來的編碼信息進(jìn)行解碼，動(dòng)作相應(yīng)的控制繼電器，從而達(dá)到故障遙控設(shè)置的目的。該裝置既可以在6502大站繼電聯(lián)鎖上使用，也可以在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖上使用，應(yīng)用范圍十分寬泛。

2 計(jì)算機(jī)站場界面的生成

為了故障設(shè)置的直觀和簡單化，先設(shè)置一個(gè)與沙盤車站線路相同的車站站場界面，可以清楚的分辨出軌道區(qū)段、道岔、信號機(jī)以及相應(yīng)的編號。對故障的設(shè)置直接使用鼠標(biāo)右鍵下拉菜單進(jìn)行選擇。

故障設(shè)置之后，界面上出現(xiàn)相應(yīng)故障狀態(tài)顯示，取消故障則故障狀態(tài)顯示隨之消失。采用GDI+計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)對界面元素進(jìn)行繪制，每一個(gè)界面元素采用控件封裝，方便修改和維護(hù)。

3 傳輸信息的編碼

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸方式，將PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧瑢?shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速率、傳送步驟、檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，在上位機(jī)的應(yīng)用程序中進(jìn)行編碼，經(jīng)USB接口后轉(zhuǎn)串行數(shù)據(jù)送入無線發(fā)送模塊，由接收模塊接收無線射頻信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)送入下位機(jī)的單片機(jī)進(jìn)行解碼和校驗(yàn)。編碼信號傳輸示意圖如圖1所示。

圖1 編碼信號傳輸示意圖

鑒于系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的保密程度無太大需求，所以數(shù)據(jù)傳送采用明文方式，串口速率9600b/s，下位機(jī)時(shí)鐘11.0592MHz，因?yàn)樵摃r(shí)鐘產(chǎn)生的比特率精度高，不需要考慮誤差問題。

數(shù)據(jù)編碼的長度不固定，采用可變長度可方便數(shù)據(jù)的擴(kuò)展。設(shè)置起始位1位，源地址碼1位，目的地碼1位，數(shù)據(jù)長度1位，數(shù)據(jù)位若干(＜255)，累加和1位，校驗(yàn)位1位，結(jié)束位1位。

串口數(shù)據(jù)按順序接收，當(dāng)接收到開始位之后，就判斷數(shù)據(jù)包的正確性。如果接收數(shù)據(jù)包的地址與本身的地址不符，則放棄該包不予處理。數(shù)據(jù)長度位標(biāo)示了控制數(shù)據(jù)的長度，累加和和校驗(yàn)位可對數(shù)據(jù)包在傳輸過程中的準(zhǔn)確性進(jìn)行校驗(yàn)，收到正確的結(jié)束位數(shù)據(jù)之后，即結(jié)束該數(shù)據(jù)包的處理，進(jìn)入下一個(gè)數(shù)據(jù)包的接收處理。

4 遙控單元

在眾多的遙控單元中，選用的是SM63多通道微功率嵌入式無線數(shù)傳模塊。該模塊具有體積小、寬電壓運(yùn)行、傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。該模塊還提供了多個(gè)頻道的選擇，工作頻段為315/433/868/915MHz，模塊接口 RS-232/232TTL/RS-485/USB均可。工作電壓低，能在3～5.5 V范圍內(nèi)工作，使用中可直接從筆記本的USB接口取電。發(fā)射功率為100 mW，足以滿足較大實(shí)驗(yàn)室的需要。

5 單片機(jī)解碼

單片機(jī)解碼控制電路由SM63遙控接收電路、穩(wěn)壓電源模塊、單片機(jī) STC89C54、74HC573、UL2803A組成，如圖2所示。將微機(jī)發(fā)來的編碼信號通過89C54進(jìn)行解碼，并將解碼后的地址信息送給后級，由74HC573按解碼信息進(jìn)行輸出，控制后級繼電器動(dòng)作。由于74HC573的控制電流小，為此，加了一級驅(qū)動(dòng)器，用以動(dòng)作繼電器。

電源電壓正極從STC89C54的40腳輸入，負(fù)極從20腳輸入，給單片機(jī)提供工作電壓。時(shí)鐘信號從18、19腳輸入。遙控的編碼信號從SM63遙控接收端的1、2腳輸出，輸入到單片機(jī)的10、11腳，去單片機(jī)進(jìn)行解碼。解碼信號分別從32～39腳輸出，去鎖存器74HC573輸出信號。同時(shí)，單片機(jī)26、27、28腳輸出控制信號，分別控制不同的74HC573芯片。由于站場的控制條件比較多，為此，可以根據(jù)實(shí)際使用的要求，添加74HC573芯片及后級電路，增加控制條件。

ULN2803A是8進(jìn)制陣列周邊驅(qū)動(dòng)器，它由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力。在電路中，9腳是電源地，因?yàn)樨?fù)載是繼電器，是感性負(fù)載，且電源VDD接在感性負(fù)載的一端，因此，10腳需要接正電源。因?yàn)橹绷骼^電器線圈在通電和斷電時(shí)，直流繼電器線圈要產(chǎn)生感應(yīng)峰值電壓，峰值高壓要通過10腳放電，否則會損壞器件和產(chǎn)生干擾。控制繼電器采用5V的小型繼電器，接點(diǎn)電流可以承受10A，能可靠的控制設(shè)備。

圖2 單片機(jī)解碼電路圖

圖3 進(jìn)站信號機(jī)點(diǎn)燈電路

6 控制條件設(shè)置

繼電器的動(dòng)作是按照地址碼選取的，1個(gè)地址碼只能動(dòng)作1個(gè)繼電器，如果控制條件不夠，還可以隨時(shí)進(jìn)行添加。只要把繼電器的接點(diǎn)控制條件串接在相應(yīng)的電路中，就能進(jìn)行“斷開電路、接通電路”的控制，達(dá)到設(shè)置故障的目的。

圖3為進(jìn)站信號機(jī)點(diǎn)燈電路，有5個(gè)燈位1U、L、H、2U、B?！皵嗫谌Α睘殡娐非袛囝A(yù)設(shè)點(diǎn)，可以根據(jù)需要，在計(jì)算機(jī)控制界面對應(yīng)信號機(jī)的燈位上，右鍵鼠標(biāo)，點(diǎn)壓下拉菜單的故障設(shè)置，即可切斷“斷口點(diǎn)”的條件，達(dá)到關(guān)閉對應(yīng)信號的目的。

在信號電路中，控制條件主要是:①進(jìn)站信號點(diǎn)燈電路控制;②出站信號點(diǎn)燈電路控制;③道岔表示電路控制;④軌道電路控制。其控制機(jī)理和進(jìn)站信號機(jī)一樣。

這種控制理念也可以用在其他電路中，只要改變計(jì)算機(jī)界面的圖形，將信息編碼與圖形對應(yīng)，即可控制圖形對應(yīng)的設(shè)備，而無需改變編碼序號。無線信號采碼如對應(yīng)將處理，不對應(yīng)則放棄。該方式優(yōu)點(diǎn)是簡化了無線數(shù)據(jù)組網(wǎng)的成本和技術(shù)難度，缺點(diǎn)是增加了接收端的計(jì)算負(fù)擔(dān)。

7 小結(jié)

信號沙盤無線遙控故障設(shè)置系統(tǒng)在實(shí)際與運(yùn)用中，取得了良好的效果。在可操作性、可靠性，控制準(zhǔn)確率等指標(biāo)上性能優(yōu)良，沒有錯(cuò)碼的現(xiàn)象。設(shè)備還具有擴(kuò)展性能，既適應(yīng)ZD6型的道岔控制電路，也適用S700K、ZYJ7的道岔控制電路;既適用JWXC-480軌道電路，也適用25Hz相敏軌道電路，有一定推廣價(jià)值。

［1］何文卿.6502電氣集中電路［M］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［2］Mahesh Chand.GDI+圖形程序設(shè)計(jì)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［3］趙建領(lǐng)，薛園園.51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.