一种用于铁路的调车监控系统的制作方法

1.本发明涉及铁路调车领域，尤其涉及一种用于铁路的调车监控系统。


背景技术：

2.列车运行监控记录装置(以下称监控装置)在全路机务系统已广泛采用，极大地提高了列车在正线上运行的安全性，基本消灭了正线行车的机务责任事故，结束了安全行车百日统计“始于机务，终于机务”的历史，达到了机务系统“安全基本稳定，有序可控”的目的，同时也为实现铁路提速战略提供了技术保障。
3.但是，目前在调车以及机车出入库作业过程中，因受站场设备条件的限制，无法像正线行车那样监控装置由机车信号接收地面行车指令，监控列车运行。在调车作业时，主要靠机车乘务员、调车员确认地面信号。一旦作业人员操作失误，容易造成“冲、挤、脱”等事故的发生。监控装置全面推广使用以后，发生的机务责任行车事故几乎全部是调车作业、出入库作业。这一问题成为机务部门安全生产方面亟待解决的问题。
4.为保证调车作业安全、高效地运行，实现监控装置在机车运行过程中的全过程监控，我公司确立研制出用于铁路的调车监控系统，已解决调车作业中的牵出作业和单机走行作业监控。


技术实现要素：

5.根据以上技术问题，本发明提供一种用于铁路的调车监控系统，其特征在于由车载设备和地面设备组成，所述车载设备和地面设备配合使用，所述车载设备由调监主机、机车传感器组成，所述调监主机和机车传感器连接；地面设备包括地面传感器，所述地面传感器和机车传感器连接；
6.所述调监主机由监控主机、机箱、功能预留位、功能模块组成，所述机箱开设有多个功能预留位，所述机箱内部安装有功能模块和监控主机，所述功能模块由安装板、功能板组成，所述功能板固定在安装板上，所述功能板包括信息处理板、机感通信板、usb储存板，所述信息处理板包括监控单元、信息处理单元a、信息处理单元b、机感通信单元a、机感通信单元b、机车传感器a、机车传感器b、机车传感器a`、机车传感器b`,所述监控单元通过485总线分别和信息处理单元a、信息处理单元b连接，所述信息处理单元a通过通信网络分别和机感通讯单元a、机感通讯单元b连接，所述信息处理单元b通过通信网络分别和机感通讯单元a、机感通讯单元b连接，所述机感通信单元a通过485总线分别和机车传感器a、机车传感器b连接，所述机感通信单元b通过485总线分别和机车传感器a`、机车传感器b`连接。
7.所述信息处理单元a、信息处理单元b互为热备，两个单元同时工作，一个处于主机工作状态，另一个处于备机工作状态，一旦机感通信单元出现故障，亦或者信息处理的主机工作单元一定时间内未与监控单元进行通信，或者主机工作单元死机时，备机单元就会通过硬件切换为主单元，马上投入工作。
8.所述监控主机机箱的功能预留位处设置有滑道，所述功能板安插在滑道上，所述
功能板通过螺栓固定在安装板上。
9.所述安装板外侧开设有接线口，所述接线口出安装有接线端子，所述接线端子穿过接线口和功能模块连接。
10.所述监控主机mcu采用美国atmel公司的atmega64和st公司的stm32h7系列芯片。
11.所述机车传感器a、机车传感器b、机车传感器a`、机车传感器b`的传感器芯片采用美国impinj公司的产品。
12.所述功能板为电路板。
13.所述监控主机和两路电源连接。
14.机感通信中则是由两个机感通信单元同工作，每个单元都有完整的信号输入和控制输出的接口模块，在调监主机正常工作状态下，机感通信单元是由信息处理单元进行轮询读取信息，机感通信单元如若接收到机感信息，则保存下来，等待信息处理单元的询问，询问频率为一秒十次。机感通信单元在信息处理单元询问到自己的时候，会将所接收到的机感信息传输给信息处理单元。
15.机感是机车的每一端都有两个，双机感同时工作，接收到地面感应器信息实时的将信息传输到机感通信单元。
16.为了保证记录数据的完整性，在机感通信两个单元中各自设置了数据存储的功能，如若出现故障，则直接读取机感通信单元内信息即可。
17.所述机感通信板为是系统的核心部件之一，该板子上有两个套控制电路同时冗余工作，机感通信板以stm32h7系列芯片作为mcu，为中间信息转换的将地面调监设备信息整理转为信息处理板信息。内置时钟电路，会定时和监控主机进行时间的校准动作。记录用数据存储器采用非易失性存储器件，因而在无需外部电池情况下，可以实现数据的每一项可靠保存。记录数据的转储是通过usb接口通信完成。
18.信息处理板是将机感通信板传来的数据信息进行整理传输给监控主机，并且点亮相应的led灯，控制着亮灯面板。综合信息处理板以atmega64作为mcu，有两个套控制电路以主从的方式冗余工作。单独处理与监控主机之间的通信，以确保数据交换的实时性。
19.usb储存板供对外的usb接口，以供机感通信板的存储数据的转储，并且对接口做了隔离处理，防止外部干扰通过接口进入主机内部。数据的存储为所接到地面传感器传来时的时间，调车信号的蓝灯、白灯状态以及站、场位置、信号机的代码、距离等信息。由于内部空间有256m，可以存储数据达200万条。使用专用的u盘读取，可以将存储的数据读取出来，并且用专门的软件进行转换，可以直观的查看到对应接收到的信号灯信息。
20.调车监控系统数据读取采用u盘读取。本系统提供u盘接口，只需将u盘接入，数据会自动读取到u盘。将u盘插上时，u盘尾灯常亮说明u盘工作正常，此时如有数据，数据会自动读取到u盘，读取数据时尾灯会频闪，直到读取结束尾灯恢复常亮。
21.监控主机为母板，完成各插件的输入/输出信号的连接以及供电。母板正面上采用标准48芯连接器，以让插件连接。母板的背面装有一个三针，一个四针，两个五针，两个六针(jp1,jp2,jp3,jp4,jp5,jp6)。插件的对外引线通过母板印制线分别于这六个插座相连，然后通过内部联线送到后盖板的航空插座上。
22.采用模块电源方式将110v输入电源转换成系统所需的各种电源。所有输出电源与输入电源隔离。输出电压包括供主机插件工作的5v，以及供机感工作的12v电源。
23.本发明的有益效果为：本申请主要的功能是通过地面设备采集调车信号的状态，在机车接近调车信号时向机车传送，车载感应器将接收到的信息经本申请处理后，按照监控装置已有的接口条件和数据格式，根据监控装置的需要向其传送，监控装置在调车状态，根据调车信号监控机车的运行。
24.本申请的机车传感器a、机车传感器b、机车传感器a`、机车传感器b`采用超高频技术，增加了信号的采集速度，从而在有效的时间内增加了采集次数，因此有效地减少了误码和漏码的机率，增加了系统的运行速度和可靠性。
25.本申请增加了usb储存板，增加了数据存储功能，将记录机车经过每一个信号机的地面点信息，如果出现故障，能够为系统数据分析提供可靠的依据。
26.本申请能够识别调车信号的蓝灯、白灯状态以及站、场位置、信号机的代码、距离信息等。在没有调车信号(专用线、段管线)的道岔、尽头线、机车转盘、检修库等需要监控的地点前设置地面感应器也可提示、监控机车的运行。也可在正线运行区间增加限速功能以及站场出发机车自动开车对标功能等。
27.atmega64单片机高性能、低功耗，抗干扰能力强。从而保证了系统的可靠运行。
28.基于
‑
m7的stm32h7 mcu系列采用意法半导体的非易失性存储器(nvm)技术，通过嵌入式闪存执行时其处理性能达到1327dmips/3224coremark，是业界所有基于cortex
‑
m内核的微控制器产品所达到的最高基准测试分数。
29.传感器芯片采用美国impinj公司的产品，美国impinj公司是全球最大的射频芯片生产商。从而保证了系统的安全可靠运行。
30.为了提高工作的可靠性，本申请在信息处理板采用双机主从热备冗余方式，系统由a、b两个完全独立的控制单元组成，在机感通信板采用双控制器同时工作的方式。
31.本申请内部配置了两路电源同时工作，通过电源管理芯片进行电源管理，使得内部若有任意一路电源出现问题，也不会影响主机正常的工作。本申请全路所有站场的调车信号均未电码化，许多机务段管线没有调车信号机，无法实现单机、车列走行的监控。如要实现站场调车信号轨道电码化，将需要对站场的信号设备进行大量的改造，增加采集、传输设备，无论工程量，还是投资都是很可观的，技术难度大。
32.我们对射频技术作了细致和深入的研究，通过特殊设计的无源感应器运用射频技术，将调车信号传送到机车上，送入监控装置，通过监控装置发出相应的指令，实现对机车的监控。
附图说明
33.图1为本发明结构示意图；
34.图2为本发明调监主机结构示意图；
35.图3为发明调监主机功能结构图；
36.图4为本发明监控主机机箱剖视图。
37.图5为本发明功能模块侧面剖视图。
38.如图：车载设备1、地面传感器2、调监主机1
‑
1、机车传感器1
‑
2、监控主机1
‑
11、机箱1
‑
12、功能预留位1
‑
13、功能模块1
‑
14、滑道1
‑
15、安装板3
‑
1、功能板3
‑
2。
具体实施方式
39.实施例1
40.本申请为一种用于铁路的调车监控系统，其特征在于由车载设备和地面设备组成，所述车载设备和地面设备配合使用，所述车载设备由调监主机、机车传感器组成，所述调监主机和机车传感器连接；地面设备包括地面传感器，所述地面传感器和机车传感器连接；
41.所述调监主机由监控主机、机箱、功能预留位、功能模块组成，所述机箱开设有多个功能预留位，所述机箱内部安装有功能模块和监控主机，所述功能模块由安装板、功能板组成，所述功能板固定在安装板上，所述功能板包括信息处理板、机感通信板、usb储存板，所述信息处理板包括监控单元、信息处理单元a、信息处理单元b、机感通信单元a、机感通信单元b、机车传感器a、机车传感器b、机车传感器a`、机车传感器b`,所述监控单元通过485总线分别和信息处理单元a、信息处理单元b连接，所述信息处理单元a通过通信网络分别和机感通讯单元a、机感通讯单元b连接，所述信息处理单元b通过通信网络分别和机感通讯单元a、机感通讯单元b连接，所述机感通信单元a通过485总线分别和机车传感器a、机车传感器b连接，所述机感通信单元b通过485总线分别和机车传感器a`、机车传感器b`连接。
42.所述信息处理单元a、信息处理单元b互为热备，两个单元同时工作，一个处于主机工作状态，另一个处于备机工作状态，一旦机感通信单元出现故障，亦或者信息处理的主机工作单元一定时间内未与监控单元进行通信，或者主机工作单元死机时，备机单元就会通过硬件切换为主单元，马上投入工作。
43.所述监控主机机箱的功能预留位处设置有滑道，所述功能板安插在滑道上，所述功能板通过螺栓固定在安装板上。
44.所述安装板外侧开设有接线口，所述接线口出安装有接线端子，所述接线端子穿过接线口和功能模块连接。
45.所述监控主机mcu采用美国atmel公司的atmega64和st公司的stm32h7系列芯片。
46.所述机车传感器a、机车传感器b、机车传感器a`、机车传感器b`的传感器芯片采用美国impinj公司的产品。
47.所述功能板为电路板。
48.所述监控主机和两路电源连接。
49.机感通信中则是由两个机感通信单元同工作，每个单元都有完整的信号输入和控制输出的接口模块，在调监主机正常工作状态下，机感通信单元是由信息处理单元进行轮询读取信息，机感通信单元如若接收到机感信息，则保存下来，等待信息处理单元的询问，询问频率为一秒十次。机感通信单元在信息处理单元询问到自己的时候，会将所接收到的机感信息传输给信息处理单元。
50.机感是机车的每一端都有两个，双机感同时工作，接收到地面感应器信息实时的将信息传输到机感通信单元。
51.为了保证记录数据的完整性，在机感通信两个单元中各自设置了数据存储的功能，如若出现故障，则直接读取机感通信单元内信息即可。
52.所述机感通信板为是系统的核心部件之一，该板子上有两个套控制电路同时冗余工作，机感通信板以stm32h7系列芯片作为mcu，为中间信息转换的将地面调监设备信息整
理转为信息处理板信息。内置时钟电路，会定时和监控主机进行时间的校准动作。记录用数据存储器采用非易失性存储器件，因而在无需外部电池情况下，可以实现数据的每一项可靠保存。记录数据的转储是通过usb接口通信完成。
53.信息处理板是将机感通信板传来的数据信息进行整理传输给监控主机，并且点亮相应的led灯，控制着亮灯面板。综合信息处理板以atmega64作为mcu，有两个套控制电路以主从的方式冗余工作。单独处理与监控主机之间的通信，以确保数据交换的实时性。
54.usb储存板供对外的usb接口，以供机感通信板的存储数据的转储，并且对接口做了隔离处理，防止外部干扰通过接口进入主机内部。数据的存储为所接到地面传感器传来时的时间，调车信号的蓝灯、白灯状态以及站、场位置、信号机的代码、距离等信息。由于内部空间有256m，可以存储数据达200万条。使用专用的u盘读取，可以将存储的数据读取出来，并且用专门的软件进行转换，可以直观的查看到对应接收到的信号灯信息。
55.实施例2
56.使用时调监主机、机车传感器分别安装在机车内部和机车底部，地面传感器安装在钢轨和枕木上。当机车经过地面感应器时，地面感应器发出相应的数字信息，此时机车传感器中的接收电路将信息接收到车上，同时送入调监主机，由调监主机进行分析处理后通过485串行接口(或can总线)传送到机车监控装置。由机车监控装置来控制机车的运行。实现调车作业的监控。
57.实施例3
58.使用时调监主机、机车传感器分别安装在机车内部和机车底部，地面传感器安装在钢轨和枕木上。
59.机感通信板：stm32h7
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
fosc1＝25mhz
60.fosc2＝11.0592mhz
61.综合信息处理板：atmega64
ꢀꢀ
fosc＝11.0592mhz
62.存储器配置：
63.机感通信板： 程序用eeprom
ꢀꢀꢀ
1mb
64.记录数据用flash
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
256mb
65.综合信息处理板：程序用eeprom 2kb
66.数字量光电隔离式输入输出通道：
67.与监控主机通信(485)通道：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
通道数＝1
68.与机车传感器通信(485)通道：
ꢀꢀꢀ
通道数＝4
69.日历时钟：
70.走时误差： 每月不大于60秒
71.主机电源技术参数：
72.输入电压dc 77v～137v
73.输出
74.dc 5v
±
3％
ꢀꢀ
2a
75.dc 12v
±
5％ 3a
76.功耗：＜50w
77.保护：输入欠压保护，75v
±
6v，可自恢复；
78.输入过压保护，140v
±
2v，可自恢复；
79.车载机车传感器技术参数：
80.输入电压dc 12v
±
5％
81.输出
82.dc 5v
±
3％
ꢀꢀ
1.2a
83.传感器类型：射频识别技术(rfid)
84.传输距离：小于2米
85.传感器工作频率：900mhz(
±
5％)
86.通信接口：
87.与监控装置通信接口：符合rs
‑
485通信规范
88.与机车传感器通信接口：符合rs
‑
485通信规范
89.车载感应器与钢轨的垂直距离：245
±
10mm
90.车载感应器与左侧钢轨水平距离：360
±
5mm
91.适应的环境条件
92.海拔高度：不超过3000米
93.工作环境温度：
94.车载主机：装置最高周围空气温度不超过 45℃，直接靠近电子元器件周围最高空气温度不超过 70℃。
95.机车传感器：
‑
40℃～70℃
96.电磁兼容性能达到tb/t3034
‑
2002标准
97.耐冲击、振振动性能达到tb/3031
‑
2001标准
98.安装条件
99.车载主机：一般安装在能防止风、沙、雨、雪直接侵袭的车体内或者车体外部箱体内。
100.机车传感器：机车车体底部。
101.当机车传感器接近地面感应器时发生电磁耦合，使地面感应器的谐振电路产生振荡电流，为地面感应器的数码发送电路供电，使其发射出相应的数字信息。同时机车感应器的接收电路接受相应的信息，由调监主机将其信息处理后，经485(或can)通讯口传送监控装置进行监控。由于地面感应器工作无需供电，仅需用套在信号灯电路的互感器来感应信号状态的变化，没有电气连接，因此对连锁设备和调车信号不产生任何影响，不会改变设备的结构、性能、技术指标。地面感应器不主动发射电磁波，对环境无电磁污染。
102.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本发明提到的各个部件为现有领域常见技术，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。