基于STC單片機(jī)的鐵路信號(hào)半自動(dòng)閉塞光纜傳輸器

摘要：文中介紹了以宏晶公司的STC12C5A60S2單片機(jī)為控制單元的用于鐵路通信信號(hào)領(lǐng)域中的半自動(dòng)閉塞光纜傳輸器的設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)介紹了涉及鐵路安全的交叉?zhèn)浞蓦娐?、安全與門電路以及軟件結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)解決了我國(guó)鐵路現(xiàn)階段存在的半自動(dòng)閉塞區(qū)間電纜與光纜備份使用的問題，有效的提高了我國(guó)半自動(dòng)閉塞區(qū)間鐵路的行車效率。
關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)；STC單片機(jī)；半自動(dòng)閉塞；光纜傳輸器

半自動(dòng)閉塞鐵路線在我國(guó)大量存在，而用于兩個(gè)車站之間接一發(fā)列車的閉塞信息有正負(fù)脈沖2種信息來完成，傳輸閉塞信息的傳輸介質(zhì)為架空明線或光纜。由于明線或者電纜故障而導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸中斷的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，并且一旦明線或者電纜故障后恢復(fù)起來較為復(fù)雜，通常情況下，恢復(fù)的時(shí)間在6～10 h左右，這也大大降低了區(qū)間半自動(dòng)閉塞的單線鐵路的運(yùn)輸能力。并且隨著技術(shù)進(jìn)步及新科技的廣泛應(yīng)用，光纜的應(yīng)用越來越普遍，大多數(shù)鐵路車站之間的傳輸通道已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光纖傳輸。
信號(hào)半自動(dòng)閉塞光纜傳輸器用于64D單線半自動(dòng)閉塞的區(qū)間信號(hào)傳輸，其作用是代替原有的電纜或者明線傳輸，將原有的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，可以實(shí)現(xiàn)傳輸通道的冗余備份，對(duì)傳輸通道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果主通道發(fā)生故障，切換至備用通道，并且可發(fā)出報(bào)警，亦可將設(shè)備的工作狀態(tài)上傳給微機(jī)監(jiān)測(cè)等上位工作站。

1 系統(tǒng)功能要求及結(jié)構(gòu)
由于兩個(gè)車站之間的距離不同，發(fā)送電壓也不同，其電壓范圍從40～120 V不等，個(gè)別車站可能更高。OCGB信號(hào)半自動(dòng)閉塞光纜傳輸器的主要功能就是將發(fā)送端(甲站)的電壓采集后，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)通過光纜通道傳輸至接收端(乙站)，并復(fù)原為電壓信號(hào)。根據(jù)功能要求及安全性要求，光纜傳輸器主要由以下幾個(gè)功能模塊構(gòu)成：輸入輸出接口單元、電源單元、控制單元、通信單元。基于鐵路信號(hào)的安全性和可靠性方面的考慮，系統(tǒng)需要完成以下幾個(gè)方面的特殊功能：
1)控制模塊和通信模塊均采用“1+1”的備用模式，且控制單元與通信單元之間采用交叉?zhèn)溆玫姆绞竭M(jìn)行配置；
2)控制單元采用雙CPU進(jìn)行信號(hào)采集；
3)傳輸通道需冗余備份；
4)輸出采用安全與門電路，符合故障導(dǎo)向安全原則；
5)可將本機(jī)的工作狀態(tài)及報(bào)警信息上傳給上位機(jī)進(jìn)行顯示。
根據(jù)以上功能，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，電源部分采用AC／DC模塊電源完成單片機(jī)及逆變電路所需的DC12V、DC5V電源及通訊所需的DC5V隔離電源。通信單元采用北京公司生產(chǎn)的雙RS232串口轉(zhuǎn)E1通道的通信模塊，但是2路RS232通道為切換式工作。在控制單元中，考慮到要用到雙串口實(shí)現(xiàn)2路傳輸通道的冗余備份和逆變輸出驅(qū)動(dòng)電源，因此選用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控單元的控制芯片。