CN101475019B - 列车地面临时信息的预警处理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车地面临时信息的预警处理装置及其方法，该装置包括主控电路、测速电路、地面临时信息读取电路、语音提醒电路、车辆控制电路、电源电路、时钟电路和存储电路；所述主控电路分别连接测速电路、地面临时信息读取电路、语音提醒电路和车辆控制电路；所述地面临时信息读取电路包括射频卡、RFID阅读器和光电耦合管，所述光电耦合管一端连接RFID阅读器，其另一端连接所述主控电路。该装置采用RFID技术，保证了数据的读取准确、安全，其具有电路性能稳定、实用性强、性价比高的优点；该方法简洁科学，在实际应用中，发挥了巨大的作用，有效的保护了列车和人民财产的安全，避免了恶性铁路事故的发生。

Description

列车地面临时信息的预警处理装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种预警处理装置及其方法，具体的说，涉及了一种列车地面临时信息的预警处理装置及其方法。

背景技术

铁路在运行过程中会遇到各种情况，例如：洪水、危桥、地震、年久缺修等，这些情况都需要进行维护，而在维护过程中往往要临时限制列车的运行速度，即，要求运行在此路段上的列车速度减慢、并低于此路段原来设计的运行速度；要将这些临时的地面信息告诉列车司机，现在的办法是在路边竖一个限速牌或其它信息牌，由司机通过瞭望的办法来获取这些临时的地面信息，然后再作相应的处理；但若遇到雨天、雾天、雪天或夜晚，尤其是列车速度较快或者司机疏忽的情况下，经常会看不到路边的信息牌，从而不能及时的做出相应的限速处理或鸣笛警示处理，这将存在巨大的安全隐患，极易出现撞车、撞人、甩尾等事故。

为了解决以上问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种性能稳定、经济实用、性价比高的列车地面临时信息的预警处理装置及其方法；在列车遇到地面临时信息时，它可及时用语音提醒司机进行正确的操作或必要时自行进行控车，或者鸣笛进行警示，可避免司机因未及时进行必要的正确处理而造成安全事故。

为了实现上述目的，本发明提供一种列车地面临时信息的预警处理装置，该装置包括主控电路、测速电路、地面临时信息读取电路、语音提醒电路、车辆控制电路、电源电路、时钟电路和存储电路；所述主控电路分别连接测速电路、地面临时信息读取电路、语音提醒电路和车辆控制电路；所述地面临时信息读取电路包括安装于铁路轨道的射频卡、安装于列车底部的RFID阅读器和一只光电耦合管，所述光电耦合管一端连接RFID阅读器，所述光电耦合管另一端连接所述主控电路。

基于上述，所述语音提醒电路包括提醒终端通讯电路和提醒终端电路，所述提醒终端电路包括语音提醒单片机电路、通讯电路、语音提醒输出电路、应答信号输入电路和低压电源电路，其中，所述提醒终端通讯电路分别连接所述通讯电路和所述主控电路。

基于上述，该装置还包括有串口切换电路，所述串口切换电路分别连接所述提醒终端通讯电路和所述主控电路。

基于上述，所述串口切换电路连接有USB接口。

基于上述，所述语音提醒输出电路包括有语音芯片、语音驱动芯片和喇叭，所述语音芯片连接语音驱动芯片，所述语音驱动芯片连接所述喇叭，所述语音芯片、所述语音驱动芯片分别连接所述语音提醒单片机。

基于上述，所述语音芯片采用ISD4003芯片，所述语音驱动芯片采用LM4860M芯片。

基于上述，所述测速电路包括有车速传感器和第八光电耦合管U8，所述第八光电耦合管U8一端与所述车速传感器连接，所述第八光电耦合管U8另一端与所述主控电路连接。

基于上述，所述车辆控制电路包括有第十光电耦合管U10、第十一光电耦合管U11、一个中间继电器和一个外接的紧急制动继电器，所述第十光电耦合管U10一端连接所述主控电路，所述第十光电耦合管U10另一端连接中间继电器一端，所述中间继电器另一端连接所述紧急制动继电器，所述紧急制动继电器连接所述第十一光电耦合管U11一端，所述第十一光电耦合管U11另一端连接所述主控电路。

基于上述，所述电源电路包括有掉电检测电路，所述掉电检测电路包括有一个第九光电耦合管U9和一个三极管，所述第九光电耦合管U9一端用于连接电源电路稳压输出端，所述第九光电耦合管U9另一端经所述三极管后与所述主控电路连接。

基于上述的列车地面临时信息的预警处理方法，包括以下步骤：

步骤1、将装载有地面临时信息的射频卡安装于铁路轨道上，将所述RFID阅读器安装于列车底部，系统上电后；

步骤2、所述地面临时信息读取电路通过所述RFID阅读器不断发出射频信号，当所述RFID阅读器运行到限速射频卡处时，发射的射频信号被限速射频卡接收，限速射频卡将地面临时信息发送给所述RFID阅读器；

步骤3、所述地面临时信息读取电路将采集的地面临时信息传输给所述主控电路，所述主控电路将所述地面临时信息转换成限定速度值k；

同时，所述主控电路启动所述语音提醒电路进行语音提醒；

步骤4、所述主控电路通过所述测速电路读取车辆速度，所述主控电路判断所述车辆速度是否小于等于所述限定速度值k；

若是，则返回步骤4；

若不是，则所述主控电路开始启动延时程序，延时时间过后，所述主控电路通过所述测速电路读取当前车辆速度，所述主控电路判断所述当前车辆速度是否小于等于所述限定速度值k，若是，则返回步骤4，若不是，则所述主控电路启动所述车辆控制电路进行车辆速度控制，直至车辆速度小于等于所述限定速度值k，同时，所述主控电路启动所述语音提醒电路和存储电路，进行语音提醒和记录；

步骤5、所述地面临时信息读取电路通过所述RFID阅读器不断发出射频信号，当所述RFID阅读器运行到解除限速射频卡处时，解除限速射频卡将地面临时信息发送给所述RFID阅读器；

所述地面临时信息读取电路将地面临时信息传输给所述主控电路，所述主控电路将所述地面临时信息转换成解除限速信号，然后，所述主控电路启动所述语音提醒电路进行语音提醒；

然后，返回步骤2。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，该装置及其方法具有以下优点：

(1)、该装置采用射频卡和RFID阅读器技术，有效解决了列车在高速行驶中准确读取数据的问题，进而使得本技术得以实现；而且该RFID阅读器采用心跳技术，主电路可实时的测知RFID阅读器的工作状况，确保了数据的读取安全；

(2)、该装置极大限度的利用了硬件资源，性价比高，而且电路性能稳定，电路设计实用性强，适用于内燃、电力等各种机车；

(3)、该装置的电源电路具有保护电路，一旦电源超过+77V～+137V范围可自行切断供电电源，保护了系统的安全；

(4)、该装置可用U盘方便的下载记录数据，U盘有密码，可避免无关人员随意下载，以防止数据丢失；

(5)、该装置的报警终端采用喇叭报警或语音提示为主，避免用屏幕显示提示以分散司机的注意力；

(6)、采用该方法，当列车行使在临时减速区、作业区、危险地段区或临时行车区时，该装置可及时读取相关地面临时信息，然后可用语音提醒司机进行正确的操作或必要时自行进行控车，或者鸣笛进行警示，进而可避免司机因未及时进行必要的正确处理而造成安全事故；

该方法构思简洁科学，经济实用，在实际应用中，发挥了巨大的作用，有效的保护了列车和人民财产的安全，避免了恶性铁路事故的发生。

附图说明

图1是本发明所述装置的电路方框示意图；

图2是本发明所述提醒终端电路的方框示意图；

图3是本发明所述装置的一种具体电路结构图；

图4是本发明所述提醒终端电路的一种具体电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1、图2、图3和图4所示，该装置包括主控电路、测速电路、地面临时信息读取电路、语音提醒电路、车辆控制电路、串口切换电路、电源电路、时钟电路和存储电路和USB接口。

所述主控电路包括单片机STC89C54和该单片机的外围辅助电路；该单片机拥有足够的存储容量，采用C编程或者用51汇编编程，程序运行效率高，实时性强，且成本低廉，系统可靠性高；所述外围辅助电路结构简单，运行可靠，包括有晶振Y1，电容C1、C2、C3、C4，电阻R1、R2，和状态指示灯LED1。

所述电源电路包括保护电路、高低电平转换电路和掉电检测电路；其中，所述保护电路包括电阻RP1、RV1、R16，电容CX1、CX2、CX3、CX4、CY1、CY2，电感L1、L2，共模线圈LF1，二极管D4和保险F1；

所述高低电平转换电路包括电平转换芯片DC1、DC2，电容C13、C14、C15、C16、C18、C19，电阻R19；

所述掉电检测电路包括一个第九光电耦合管U9，三极管Q1，电阻R13、R14、R15，二极管DV1、DV2、D3，和电容C7；该第九光电耦合管U9一端和电源电路稳压输出端连接，其另一端经一三极管Q1与所述单片机的INO脚连接；所述三极管Q1是开关管，起到电平转换作用。

所述时钟电路产生时间信息，其包括型号为PCF8563T的日历芯片U5，锂离子电池Li1，二极管D1，电阻R3、R4、R5，电容C5、C6，和晶振Y2；其中，所述日历芯片U5的SCL脚、SDA脚连接所述单片机，锂离子电池Li1的正极和日历芯片的VD脚相连，+5V电源经二极管D1和47K电阻R5后与日历芯片的VD脚相连；该电路采用了双电源，在外接+5V电源停止供电后，由锂离子电池Li1为其供电，以保证时间的正确。

所述存储电路使用的是所述单片机内的FLASH存储器，其可记录数据及设置信息，掉电时或设备关闭时，可自动存贮关闭时间以备查询。

所述地面临时信息读取电路包括安装于铁路轨道的射频卡、安装于列车底部的RFID阅读器、光电耦合管U7，所述光电耦合管U7一端连接RFID阅读器，所述光电耦合管U7另一端连接所述单片机的INT2引脚和74HC125芯片U3D的12引脚；

RFID阅读器是本装置的关键设备，要求它能在260km/h的车速通过射频卡时准确、可靠的将射频卡中的地面临时信息读取；

本装置对RFID阅读器的要求是：阅读距离不小于3m，阅读扇区不小于70°，阅读时间不大于10ms，耐振、防水，工作环境温度-40℃～+70℃，要有专门的心跳线；

RFID阅读器工作原理是：工作时不断在扇区内发出射频信号，当阅读器运行到射频卡处时，发射的能量被射频卡接收，射频卡得到能量后激发自己的电路工作，将存储于卡内的信息发送出去，阅读器接收此信息并上传给主机；阅读器工作正常时，通过心跳线发送心跳信号，单片机收到此心跳信号就认为阅读器工作正常；

所述地面临时信息读取电路是实时监测RFID阅读器、并接收RFID阅读器所读取信号的电路，该电路可以监测外接RFID阅读器的心跳信号，并可由此确认RFID阅读器是否故障或未接，当RFID阅读器读到射频卡的限速信息时，可发送该信息给所述单片机，所述单片机经处理并做出判断，即是否输出语音提醒或输出车辆控制等命令。

本装置可选择两种方式获得车辆速度信号：

A、直接通过所述测速电路测量当前车辆速度；

B、现场总线从车辆监测装置取数据；

本实施例选择直接通过所述测速电路测量当前车辆速度的方式；所述测速电路包括车速传感器和第八光电耦合管U8，所述第八光电耦合管U8一端与所述车速传感器连接，其另一端与所述单片机的INT1引脚连接，其还包括有二极管D2，和电阻R11、R12；

车速传感器采集的速度信号经过光电隔离后进入单片机的INT1脚，单片机将该速度信号转换后，与RFID阅读器读取的限速值进行比较，以判断是否输出语音提醒或输出车辆控制等命令；

需要特别说明的是，在其它实施例里，可选择利用485总线从TAX箱取数据的方式。

所述车辆控制电路用于控制车速，该部分电路包括第十光电耦合管U10、第十一光电耦合管U11，一个12V中间继电器JS1，一个外接的紧急制动继电器，电阻R20、R21、R22、R23，电容C17，二极管D5、D6，和指示灯LED4；其中，所述第十光电耦合管U10一端连接单片机的P3.7脚，所述第十光电耦合管U10另一端连接中间继电器JS1一端，所述中间继电器JS1另一端外接位于列车上的紧急制动继电器，所述紧急制动继电器连接第十一光电耦合管U11一端，所述第十一光电耦合管U11另一端连接单片机的P0.7脚；所述第十一光电耦合管U11起到监测所述紧急制动继电器是否正常工作的作用。

一般单片机只有一个串口，为了解决这个问题，本装置采用了一个74HC139译码选择芯片U2，1路74HC125电子开关电路芯片U3D和一个串口切换电路，所述串口切换电路由4路74HC125电子开关电路芯片U3A、U3B、U4A、U4B组成；

其中，所述74HC139译码选择芯片U2连接所述单片机的P2.0脚、P2.1脚；两路74HC125电子开关电路芯片U3A、U3B和另两路74HC125电子开关电路芯片U4A、U4B分别连接所述单片机的TXD脚、RXD脚；所述74HC125电子开关电路芯片U3D输入端连接所述光电耦合管U7的输出端，其输出端连接所述单片机的RXD脚；所述74HC139译码选择芯片U2连接74HC125电子开关电路芯片U3D和串口切换电路，以达到串口选择通讯目的。

基于实际需要，所述串口切换电路的一路输出连接有USB接口，所述USB接口分别连接所述单片机的P1.0脚和两路74HC125电子开关电路芯片U4A、U4B，以便于使用U盘下载数据。

所述语音提醒电路包括提醒终端通讯电路和提醒终端电路；

所述提醒终端通讯电路包括一个MAX487E芯片U6和电阻R6、R7、R8、R9；所述MAX487E芯片U6一端连接所述串口切换电路的两路74HC125电子开关电路芯片U3A、U3B和所述单片机的P0.1脚，其另一端与外接的提醒终端电路相连；

所述提醒终端电路包括语音提醒单片机电路、通讯电路、语音提醒输出电路、应答信号输入电路和低压电源电路；所述提醒终端电路的各电路制作在一块电路板上；

所述语音提醒单片机电路包括型号是STC12C5412的语音提醒单片机U21和单片机外围电路，所述外围电路包括电源指示灯LED13，状态指示灯LED11，晶振11，电阻R51、R52、R58，电容C53、C54、C55、C56，和跳线开关S1；

所述通讯电路包括一个MAX487E芯片U22和电阻R53、R64、R65、R66，所述MAX487E芯片U22一端分别连接所述语音提醒单片机U21的TXD脚、RXD脚和P1.6脚，其另一端连接所述提醒终端通讯电路的MAX487E芯片U6；

所述应答信号输入电路包括光电耦合管U25、U26，电阻R54、R55、R56、R57，按钮指示灯LED14和脚踏指示灯LED15，一个按钮开关和一个脚踏开关；所述光电耦合管U25一端接所述语音提醒单片机U21的P1.4脚，其另一端接按钮开关；所述光电耦合管U26一端接所述语音提醒单片机U21的P1.5脚，其另一端接脚踏开关；该电路用于应答本装置的提醒，以使本装置不再进一步控车；

所述语音提醒单片机U21使用的工作电源是+5V，该+5V电源是由所述电源电路的+12V输出电压经过低压电源电路降压后输出；所述低压电源电路包括电平转换芯片DC3、DC4，电容C51、C52、C57、C58、C65、C66，电阻R59；

所述语音提醒输出电路包括语音芯片U23，语音驱动芯片U24，喇叭SPK，电阻R60、R61、R62、R63、R67、R68、R69，电容C59、C60、C61、C62、C63、C64、C67、C68，二极管D51和指示灯LED12；其中，所述语音芯片U23连接语音驱动芯片U24，所述语音芯片U23、所述语音驱动芯片U24连接所述语音提醒单片机U21，所述喇叭SPK连接所述语音驱动芯片U24；所述语音芯片U23采用ISD4003，所述语音驱动芯片U24采用LM4860M；

从所述单片机输出的信息经过MAX487E后到达语音提醒单片机U21，语音提醒单片机U21经过处理后，发出语音命令给语音提醒输出电路，语音芯片U23将相应的语音内容经过语音驱动芯片U24从喇叭SPK播放出来。

一种列车地面临时信息的预警处理方法，包括以下步骤：

步骤1、将装载有地面临时信息的射频卡安装于铁路轨道上，将所述RFID阅读器安装于列车底部，系统上电后，进行自检，然后；

步骤2、所述地面临时信息读取电路通过所述RFID阅读器不断发出射频信号，当所述RFID阅读器运行到限速射频卡处时，发射的射频信号被限速射频卡接收，限速射频卡将地面临时信息发送给所述RFID阅读器；

步骤3、所述地面临时信息读取电路将采集的地面临时信息传输给所述主控电路，所述主控电路将所述地面临时信息转换成限定速度值k；

同时，所述主控电路启动所述语音提醒电路进行语音提醒；

步骤4、所述主控电路通过所述测速电路读取车辆速度，所述主控电路判断所述车辆速度是否小于等于所述限定速度值k；

若是，则返回步骤4，继续检测、比较；

若不是，则所述主控电路开始启动延时程序，延时时间过后，所述主控电路通过所述测速电路读取当前车辆速度，所述主控电路判断所述当前车辆速度是否小于等于所述限定速度值k，若是，则返回步骤4，继续检测、比较，若不是，则所述主控电路启动所述车辆控制电路进行车辆速度控制，直至车辆速度小于等于所述限定速度值k，同时，所述主控电路启动所述语音提醒电路和存储电路，进行语音提醒和记录，然后；

步骤5、所述地面临时信息读取电路通过所述RFID阅读器不断发出射频信号，当所述RFID阅读器运行到解除限速射频卡处时，解除限速射频卡将地面临时信息发送给所述RFID阅读器；

所述地面临时信息读取电路将地面临时信息传输给所述主控电路，所述主控电路将所述地面临时信息转换成解除限速信号，然后，所述主控电路启动所述语音提醒电路进行语音提醒；

然后，返回步骤2，对下一路段进行预警处理。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种列车地面临时信息的预警处理装置，其特征在于：该装置包括主控电路、测速电路、地面临时信息读取电路、语音提醒电路、车辆控制电路、电源电路、时钟电路和存储电路；所述主控电路分别连接测速电路、地面临时信息读取电路、语音提醒电路和车辆控制电路；所述地面临时信息读取电路包括安装于铁路轨道的射频卡、安装于列车底部的RFID阅读器和一只光电耦合管，所述光电耦合管一端连接RFID阅读器，所述光电耦合管另一端连接所述主控电路。

2.根据权利要求1所述的列车地面临时信息的预警处理装置，其特征在于：所述语音提醒电路包括提醒终端通讯电路和提醒终端电路，所述提醒终端电路包括语音提醒单片机电路、通讯电路、语音提醒输出电路、应答信号输入电路和低压电源电路，其中，所述提醒终端通讯电路分别连接所述通讯电路和所述主控电路。

3.根据权利要求2所述的列车地面临时信息的预警处理装置，其特征在于：该装置还包括有串口切换电路，所述串口切换电路分别连接所述提醒终端通讯电路和所述主控电路。

4.根据权利要求3所述的列车地面临时信息的预警处理装置，其特征在于：所述串口切换电路连接有USB接口。

5.根据权利要求2所述的列车地面临时信息的预警处理装置，其特征在于：所述语音提醒输出电路包括有语音芯片、语音驱动芯片和喇叭，所述语音芯片连接语音驱动芯片，所述语音驱动芯片连接所述喇叭，所述语音芯片、所述语音驱动芯片分别连接所述语音提醒单片机。

6.根据权利要求5所述的列车地面临时信息的预警处理装置，其特征在于：所述语音芯片采用ISD4003芯片，所述语音驱动芯片采用LM4860M芯片。

7.根据权利要求1所述的列车地面临时信息的预警处理装置，其特征在于：所述测速电路包括有车速传感器和第八光电耦合管(U8)，所述第八光电耦合管(U8)一端与所述车速传感器连接，所述第八光电耦合管(U8)另一端与所述主控电路连接。

8.根据权利要求1所述的列车地面临时信息的预警处理装置，其特征在于：所述车辆控制电路包括有第十光电耦合管(U10)、第十一光电耦合管(U11)、一个中间继电器和一个外接的紧急制动继电器，所述第十光电耦合管(U10)一端连接所述主控电路，所述第十光电耦合管(U10)另一端连接中间继电器一端，所述中间继电器另一端连接所述紧急制动继电器，所述紧急制动继电器连接所述第十一光电耦合管(U11)一端，所述第十一光电耦合管(U11)另一端连接所述主控电路。

9.根据权利要求1所述的列车地面临时信息的预警处理装置，其特征在于：所述电源电路包括有掉电检测电路，所述掉电检测电路包括有一个第九光电耦合管(U9)和一个三极管，所述第九光电耦合管(U9)一端用于连接电源电路稳压输出端，所述第九光电耦合管(U9)另一端经所述三极管后与所述主控电路连接。

10.一种权利要求1所述的列车地面临时信息的预警处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将装载有地面临时信息的射频卡安装于铁路轨道上，将所述RFID阅读器安装于列车底部，系统上电后；

步骤2、所述地面临时信息读取电路通过所述RFID阅读器不断发出射频信号，当所述RFID阅读器运行到限速射频卡处时，发射的射频信号被限速射频卡接收，限速射频卡将地面临时信息发送给所述RFID阅读器；

步骤3、所述地面临时信息读取电路将采集的地面临时信息传输给所述主控电路，所述主控电路将所述地面临时信息转换成限定速度值k；

同时，所述主控电路启动所述语音提醒电路进行语音提醒；

步骤4、所述主控电路通过所述测速电路读取车辆速度，所述主控电路判断所述车辆速度是否小于等于所述限定速度值k；

若是，则返回步骤4；

若不是，则所述主控电路开始启动延时程序，延时时间过后，所述主控电路通过所述测速电路读取当前车辆速度，所述主控电路判断所述当前车辆速度是否小于等于所述限定速度值k，若是，则返回步骤4，若不是，则所述主控电路启动所述车辆控制电路进行车辆速度控制，直至车辆速度小于等于所述限定速度值k，同时，所述主控电路启动所述语音提醒电路和存储电路，进行语音提醒和记录；

步骤5、所述地面临时信息读取电路通过所述RFID阅读器不断发出射频信号，当所述RFID阅读器运行到解除限速射频卡处时，解除限速射频卡将地面临时信息发送给所述RFID阅读器；

所述地面临时信息读取电路将地面临时信息传输给所述主控电路，所述主控电路将所述地面临时信息转换成解除限速信号，然后，所述主控电路启动所述语音提醒电路进行语音提醒；

然后，返回步骤2。

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