基于STC單片機的鐵路信號半自動閉塞光纜傳輸器

摘要：文中介紹了以宏晶公司的STC12C5A60S2單片機為控制單元的用于鐵路通信信號領域中的半自動閉塞光纜傳輸器的設計，并重點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構。該系統(tǒng)解決了我國鐵路現階段存在的半自動閉塞區(qū)間電纜與光纜備份使用的問題，有效的提高了我國半自動閉塞區(qū)間鐵路的行車效率。
關鍵詞：鐵路信號；STC單片機；半自動閉塞；光纜傳輸器

半自動閉塞鐵路線在我國大量存在，而用于兩個車站之間接一發(fā)列車的閉塞信息有正負脈沖2種信息來完成，傳輸閉塞信息的傳輸介質為架空明線或光纜。由于明線或者電纜故障而導致鐵路運輸中斷的現象時有發(fā)生，并且一旦明線或者電纜故障后恢復起來較為復雜，通常情況下，恢復的時間在6～10 h左右，這也大大降低了區(qū)間半自動閉塞的單線鐵路的運輸能力。并且隨著技術進步及新科技的廣泛應用，光纜的應用越來越普遍，大多數鐵路車站之間的傳輸通道已經實現了光纖傳輸。
信號半自動閉塞光纜傳輸器用于64D單線半自動閉塞的區(qū)間信號傳輸，其作用是代替原有的電纜或者明線傳輸，將原有的模擬信號轉變?yōu)閿底中盘栠M行傳輸，可以實現傳輸通道的冗余備份，對傳輸通道進行實時監(jiān)測，如果主通道發(fā)生故障，切換至備用通道，并且可發(fā)出報警，亦可將設備的工作狀態(tài)上傳給微機監(jiān)測等上位工作站。

1 系統(tǒng)功能要求及結構
由于兩個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，個別車站可能更高。OCGB信號半自動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，轉換為相應的數字信號通過光纜通道傳輸至接收端(乙站)，并復原為電壓信號。根據功能要求及安全性要求，光纜傳輸器主要由以下幾個功能模塊構成：輸入輸出接口單元、電源單元、控制單元、通信單元。基于鐵路信號的安全性和可靠性方面的考慮，系統(tǒng)需要完成以下幾個方面的特殊功能：
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行配置；
2)控制單元采用雙CPU進行信號采集；
3)傳輸通道需冗余備份；
4)輸出采用安全與門電路，符合故障導向安全原則；
5)可將本機的工作狀態(tài)及報警信息上傳給上位機進行顯示。
根據以上功能，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設計
在系統(tǒng)的硬件設計中，電源部分采用AC／DC模塊電源完成單片機及逆變電路所需的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的雙RS232串口轉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現2路傳輸通道的冗余備份和逆變輸出驅動電源，因此選用STC12C5A60S2單片機作為主控單元的控制芯片。