CN103236132A - 一种铁路信号灯监测报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路信号灯监测报警系统，其包括报警总机、报警执行单元和至少一个报警分机，每个报警分机对应一个信号灯，当信号灯出现故障时，对应该信号灯的报警分机将该信号灯的地址信息传输至报警总机；在信息传输过程中采用编码比率为1/2，约束长度为3的（2，1，3）卷积码；交织深度为8的块交织、解交织编码；及软判决译码的循环位移码，进行CRC校验、时间戳校验和生成多项式校验。应用本发明，可实现当某个或某几个信号灯发生故障时，对应该信号灯的报警分机向报警总机发送其地址信息，从而使工作人员可以快速找到故障信号灯并进行维修更换；另外，报警信号传输过程中采用先进的数据校验方法，经过大量实验可以实现可靠的数据传输。

Description

一种铁路信号灯监测报警系统

技术领域

本发明属于计算机测控技术和通信技术在铁路信号灯监测与报警系统中的应用，尤其涉及一种铁路信号灯监测报警系统。

背景技术

铁路信号灯是列车运行的指令灯，列车的启动、开行、停止都严格按照信号机点灯指示进行。如果信号灯出现故障，给不出正确的信号，就有可能发生停车不前或追尾等交通事故，停车不前会导致列车延误，并像多米诺骨牌一样影响到后续的车辆也产生延误。如果发生了追尾，可能会发生严重的事故。如果迎头相撞必然发生灾难性事故。世界铁路史上因指示灯故障出错导致的交通事故触目惊心。因此，在信号机点灯监测报警方面很早就展开了研究，有多种型号的铁路信号灯检测报警系统在世界各国的铁路上被使用，以便在信号灯发生故障时，能及时将信息发送给位于车站内的报警总机。

由于信号灯也有自己的寿命周期，使用一定的时间后总会坏的，有些因雷电过电压等原因会提前坏掉，信号灯坏了后，人们从发现到更换需要一定的时间，在这期间如果有列车通行，就有可能发生故障。因此人们采用了主灯加付灯(备用灯)的方法，平时使用主灯，一旦主灯失效，立即切换到付灯，在一定的程度上解决了单灯坏了立即就没有正确信号的问题。但是如果主灯坏了，没有正确的报告给报警总机，虽然付灯也能正常工作，但是这个坏了的主灯没有得到更换的话，将来付灯也坏了的时候，就有可能造成事故。

由于技术上的原因，铁路上安装的信号灯监测报警系统，还存在一些致命的缺陷。例如两个以上的灯同时发生故障时，两个报警分机同时向总机报警，由于通信总线冲突，报警总机收不到正确的数据，从而不知道哪个灯坏了。值班人员不得不盲目的跑遍全线路，去查找故障灯。如果此时有列车通行，就会因为坏灯影响而发生事故。尤其在高速铁路上运行的列车，如果信号灯出现故障，由于车速高，惯性大，刹车难，出事故的危险就更大。

现有的信号灯监测报警系统采用的数据传输方法基本都是基于数据校验的检错重发机制，如接收方检出某帧数据有误，则要求发送方重发本帧，并把接收到的错误帧丢弃，直至接收到当前数据帧无误再传输下一帧数据。这种方法在信道不受干扰，误码率比较低的情况下可以达到较好的传输效果，当信道在受到突发干扰等情况时，误码率突然增大就可能造成一段时间内某数据帧始终存在错误，这样系统就会陷入不断的检错重发此帧的过程中，造成重传数据对信道长时间占用，致使故障信息无法及时正确的传送。尤其在各种无线设备，通信技术飞速发展的今天，信道遭受各种突发干扰的机率大大增加，而现有的基于数据校验的检错重发机制，已经不能满足在各种复杂干扰信号下完成信息传输的安全性、可靠性、实时性等要求。

因此寻求一种高度可靠的信号灯监测报警系统成为铁路运输的重大课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种铁路信号灯监测报警系统。

为实现上述目的，所述铁路信号灯监测报警系统，其特点是，所述监测报警系统包括，

报警总机；

报警执行单元，所述报警执行单元与所述报警总机通讯连接；以及，

至少一个报警分机，每个所述报警分机对应一个信号灯，当信号灯出现故障时，对应该信号灯的报警分机将该信号灯的地址信息传输至所述报警总机；并且，

在地址信息的接收与上传过程中，采用，

编码比率为1/2，约束长度为3的（2，1，3）卷积码；

交织深度为8的块交织、解交织编码；以及，

软判决译码的循环位移码，进行CRC校验、时间戳校验和生成多项式校验，确保地址信息传输的正确性。

优选的是，所述监测报警系统包括，

通过第一通信电缆与报警总机通讯连接的第一报警分机单元，所述第一报警分机单元包括分别与所述第一通信电缆通讯连接的128个报警分机；

通过第二通信电缆与报警总机通讯连接的第二报警分机单元，所述第二报警分机单元包括分别与所述第二通信电缆通讯连接的128个报警分机；

通过第三通信电缆与报警总机通讯连接的第三报警分机单元，所述第三报警分机单元包括分别与所述第三通信电缆通讯连接的128个报警分机；以及，

通过第四通信电缆与报警总机通讯连接的第四报警分机单元，所述第四报警分机单元包括分别与所述第四通信电缆通讯连接的128个报警分机。

优选的是，所述监测报警系统还包括与所述报警总机通讯连接的用于存储、打印、统计、查询报警数据，以及记录故障处理记录的主控单元。

优选的是，所述主控单元为计算机。

优选的是，所述报警总机通过RS-485总线或者CAN总线与所述计算机通讯连接。

优选的是，所述报警执行单元包括均与所述报警总机通讯连接的蜂鸣器和指示灯。

优选的是，所述报警总机包括第一CPU，以及均通过SPI总线与所述第一CPU通讯连接的第二CPU和第三CPU，其中，

所述第一CPU通过RS-485总线或者CAN总线与所述计算机通讯连接，所述第一CPU还分别与蜂鸣器和指示灯通讯连接；

所述第二CPU通过第一通信电缆与第一报警分机单元通讯连接，并通过第二通信电缆与第二报警分机单元通讯连接；并且，

所述第三CPU通过第三通信电缆与第三报警分机单元通讯连接，并通过第四通信电缆与第四报警分机单元通讯连接。

本发明的有益效果在于，应用本发明，可以实现每个信号灯都对应有一个监控的报警分机，当某个信号灯发生故障或者某几个信号灯同时发生故障时，对应该信号灯的唯一的报警分机向报警总机发送对应信号灯的地址信息，从而使工作人员可以快速找到故障信号灯并进行维修更换；另外，报警信号传输过程中采用先进的数据校验方法，经过大量实验可以实现可靠的数据传输。本发明在铁路信号灯监测报警技术领域有重大突破；本系统性能稳定可靠，符合国家铁路发展计划，对于铁路安全具有重要意义，亦具有重要学术意义、经济意义和广泛的工程应用价值。

附图说明

图1示出了本发明所述的铁路信号灯监测报警系统的原理方框图。

图2示出了本发明所述的铁路信号灯监测报警系统的核心电路原理框图。

图3示出了在本发明的一优选的实施例中所述的铁路信号灯监测报警系统的实际应用示意图。

图4示出了图1中所示的报警分机的原理方框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明：

本发明主要用于铁路信号灯监测与报警及故障信息的传输、存储、故障处理的记录和查询。

参照图1和图2，所述铁路信号灯监测报警系统包括，报警总机1、报警执行单元、至少一个报警分机和220V交流电源3。其中，所述报警执行单元与所述报警总机1通讯连接；每个所述报警分机对应一个信号灯，当信号灯出现故障时，对应该信号灯的报警分机将该信号灯的地址信息传输至所述报警总机1。

另外，在地址信息的接收与上传过程中，为确保地址信息传输的正确性，需要对数据进行校验，通过对常用的几类校验方法进行分析、比较和仿真，可知：（2，1，3）卷积码对纠随机和突发错误的性能都优于其它码类；交织处理对发生突发错误的信息纠错效果非常明显。具体地，在大量理论计算、实验研究、对比分析的基础上，考虑到本系统对通信的有效性和可靠性要求很高以及硬件实现的耗费程度、性价比等因素，本系统采用以下校验方式进行校验：编码比率为1/2，约束长度为3的（2，1，3）卷积码；交织深度为8的块交织、解交织编码；以及，软判决译码的循环位移码，进行CRC校验、时间戳校验和生成多项式校验，极大地提高了通信的可靠性。在实验室设置复杂干扰源的条件下，进行了长达3个月(2012.10.1-2013.1.1共计2110小时)的不停机通信试验，未出现通信错误。

进一步的，参照图3，上述至少一个报警分机这个整体可分为四个报警分机单元，分别为：通过第一通信电缆A与报警总机1通讯连接的第一报警分机单元41，所述第一报警分机单元41包括分别与所述第一通信电缆A通讯连接的128个报警分机；通过第二通信电缆B与报警总机1通讯连接的第二报警分机单元42，所述第二报警分机单元42包括分别与所述第二通信电缆B通讯连接的128个报警分机；通过第三通信电缆C与报警总机1通讯连接的第三报警分机单元43，所述第三报警分机单元43包括分别与所述第三通信电缆C通讯连接的128个报警分机；以及，通过第四通信电缆D与报警总机1通讯连接的第四报警分机单元44，所述第四报警分机单元44包括分别与所述第四通信电缆D通讯连接的128个报警分机。即，在本优选的实施例中，共有512个报警分机，每个报警分机对应监控一个信号灯的状态，当某个信号灯发生故障或者某几个信号灯同时发生故障时，对应该信号灯的唯一的报警分机向报警总机1发送对应信号灯的地址信息，从而使工作人员可以快速找到故障信号灯并进行维修更换。

进一步地，所述报警执行单元包括均与所述报警总机1通讯连接的蜂鸣器和指示灯。

所述监测报警系统还包括与所述报警总机1通讯连接的用于存储、打印、统计、查询报警数据，以及记录故障处理记录的主控单元，所述主控单元为PC计算机2。所述报警总机1通过RS-485总线或者CAN总线与所述计算机2通讯连接。

参照图4，所述报警总机1包括第一CPU11，以及均通过SPI总线与所述第一CPU11通讯连接的第二CPU12和第三CPU13。其中：所述第一CPU11通过RS-485总线或者CAN总线与所述计算机2通讯连接，所述第一CPU11还分别与蜂鸣器和指示灯通讯连接；所述第二CPU12通过第一通信电缆A与第一报警分机单元41通讯连接，并通过第二通信电缆B与第二报警分机单元42通讯连接；并且，所述第三CPU13通过第三通信电缆C与第三报警分机单元43通讯连接，并通过第四通信电缆D与第四报警分机单元44通讯连接。

本发明的系统工作原理如下：

连接在报警总机1的第一通信电缆A、第二通信电缆B、第三通信电缆C和第四通信电缆D上的所有报警分机对自己所对应的信号灯进行一对一监测，一旦信号灯因故障失效，立即启动基于上述校验方法的数据通信，将故障灯的具体地址上传给报警总机1。

220V交流电源3为本系统中的报警总机1、PC计算机2提供电源。220V交流电源3输入给报警总机1中的开关电源，由该开关电源再输出两路+5V和一路＋29V三种电压供给报警总机电路。

报警总机1与PC计算机2通过RS485总线相连进行通信，在PC计算机2的COM1端口加装RS232-RS485通信转换电路，进行电平转换，或者通过CAN总线相连进行通信，在PC计算机2的USB端口加接USB-CAN通信转换器，再通过CAN总线与报警总机1相连。

以下给出实现本发明的电路，其具体说明如下：

本系统报警总机1内部由直流电源、电路板组成。220V交流电源3输入给开关电源模块，开关电源输出+5V和+29V两种电压供给电路板。

报警总机1内部的电路框图见图2。有三种实施方案：1个ARMcortexM3单片机和2个STC12C5A60S2单片机；3个STC12C5A60S2单片机；2个ARMcortexM3单片机。在本发明的一个优选的实施例中采用的是第二种方案。第一CPU11、第二CPU12和第三CPU13之间采用SPI总线进行高速数据通信。第一CPU11与非易失性存储器ROM、随机存取存储器RAM、液晶显示器、键盘、RS232通信接口、RS485通信接口、CAN通信接口、蜂鸣器、区间继电器、站内继电器等板载外部设备相连。第二CPU12与第一通道的接口单元C1相连，并与第二通道的接口单元C2相连。第三CPU13与第三通道的接口单元C3相连，并与第四通道的接口单元C4相连。220V交流电源3输入给开关电源模块+5VA、+5VB、+29V。+5VA输出5V，供给上述第一CPU11、第二CPU12、第三CPU13和所有板载外部设备如非易失性存储器ROM、随机存取存储器RAM、液晶显示器、键盘、RS232通信接口、RS485通信接口、CAN通信接口、蜂鸣器、区间继电器、站内继电器等。+5VB输出5V，供给CAN通信接口。+29V输出29V，供给4个通道的接口单元C1、C2、C3、C4。

报警总机1完成工作参数设定，进行通信过程的数据校验与纠错计算，接收报警数据，存储、显示、上传报警数据，并启动蜂鸣器输出声响报警，驱动继电器输出声光报警；报警总机1的4个通道分别通过第一通信电缆A、第二通信电缆B、第三通信电缆C、第四通信电缆D与各自通道内的128个报警分机相连进行报警数据传送；通过RS485接口或者通过CAN总线与PC计算机2相连进行数据传输。

参照图4，报警分机由一个CPU、一个通信接口单元、一个继电器、一个编码器、一个SCI接口、一个信号指示灯、一个电源指示灯、一个+12V直流电源器件、一个5V直流电源器件组成。CPU主管编码读取、通信计算、数据传输、继电器控制、信号指示灯控制等操作。继电器在CPU控制下将通信接口单元与通信总线接通或者断开。编码器用于产生本机的地址码。SCI接口用于给CPU下载程序。+12V直流电用于给继电器供电。+5V直流电用于给单片机供电。本机外供电源为12V交流电源3。

综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种铁路信号灯监测报警系统，其特征在于：所述监测报警系统包括，

报警总机；

报警执行单元，所述报警执行单元与所述报警总机通讯连接；以及，

至少一个报警分机，每个所述报警分机对应一个信号灯，当信号灯出现故障时，对应该信号灯的报警分机将该信号灯的地址信息传输至所述报警总机；并且，

在地址信息的接收与上传过程中，采用，

编码比率为1/2，约束长度为3的（2，1，3）卷积码；

交织深度为8的块交织、解交织编码；以及，

软判决译码的循环位移码，进行CRC校验、时间戳校验和生成多项式校验，确保地址信息传输的正确性。

2.根据权利要求1所述的铁路信号灯监测报警系统，其特征在于：所述监测报警系统包括，

通过第一通信电缆与报警总机通讯连接的第一报警分机单元，所述第一报警分机单元包括分别与所述第一通信电缆通讯连接的128个报警分机；

通过第二通信电缆与报警总机通讯连接的第二报警分机单元，所述第二报警分机单元包括分别与所述第二通信电缆通讯连接的128个报警分机；

通过第三通信电缆与报警总机通讯连接的第三报警分机单元，所述第三报警分机单元包括分别与所述第三通信电缆通讯连接的128个报警分机；以及，

通过第四通信电缆与报警总机通讯连接的第四报警分机单元，所述第四报警分机单元包括分别与所述第四通信电缆通讯连接的128个报警分机。

3.根据权利要求2所述的铁路信号灯监测报警系统，其特征在于：所述监测报警系统还包括与所述报警总机通讯连接的用于存储、打印、统计、查询报警数据，以及记录故障处理记录的主控单元。

4.根据权利要求3所述的铁路信号灯监测报警系统，其特征在于：所述主控单元为计算机。

5.根据权利要求4所述的铁路信号灯监测报警系统，其特征在于：所述报警总机通过RS-485总线或者CAN总线与所述计算机通讯连接。

6.根据权利要求5所述的铁路信号灯监测报警系统，其特征在于：所述报警执行单元包括均与所述报警总机通讯连接的蜂鸣器和指示灯。

7.根据权利要求6所述的铁路信号灯监测报警系统，其特征在于：所述报警总机包括第一CPU，以及均通过SPI总线与所述第一CPU通讯连接的第二CPU和第三CPU，其中，

所述第一CPU通过RS-485总线或者CAN总线与所述计算机通讯连接，所述第一CPU还分别与蜂鸣器和指示灯通讯连接；

所述第二CPU通过第一通信电缆与第一报警分机单元通讯连接，并通过第二通信电缆与第二报警分机单元通讯连接；并且，

所述第三CPU通过第三通信电缆与第三报警分机单元通讯连接，并通过第四通信电缆与第四报警分机单元通讯连接。

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