CN104459312B - 用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计 - Google Patents

Abstract

一种用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，涉及一种电子测量器具，包括主轨信号调理模块、信号预选通模块、小轨信号调理模块、信号选通模块、中央控制模块等；主轨信号调理模块的输入端用于输入移频信号，输出端与信号预选通模块、中央控制模块的输入端连接，信号预选通模块输出端与小轨信号调理模块输入端连接，小轨信号调理模块的输出端与信号选通模块连接，信号选通模块输出端与中央控制模块的输入端连接，中央控制模块输出端分别与信号预选通模块、信号选通模块及显示模块连接。本发明具备测量主轨信号载频频率、小轨信号载频频率的功能，性能稳定可靠，成本低，使用维护方便，提高教学效率，能满足高校铁道通信信号专业实训的需求。

Description

用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计

技术领域

本发明涉及一种电子测量器具，特别是一种用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计。

背景技术

在自动闭塞实训中，信号设备通过轨道电路接收到移频信号。该移频信号中混杂着主轨信号与小轨信号，主轨信号的电压有效值远远大于小轨信号电压有效值，二者叠加在线缆上合成成为移频信号。主轨信号与小轨信号是低频信号，在通信过程中被调制到频率较高的正弦波载频上。当前方轨道有列车占用时，相应的小轨信号将被短路，此时信号设备根据列车占用情况发出相应指令。在铁道通信信号技术标准中，载频（正弦波）频率分为两组：1700Hz与2300Hz作为一组，2000Hz与2600Hz作为一组。可能的移频信号载频组合共有四组：（1）主轨载频1700Hz对应小轨载频2300Hz；（2）主轨载频2300Hz对应小轨载频1700Hz；（3）主轨载频2000Hz对应小轨载频2600Hz；（4）主轨载频2600Hz对应小轨载频2000Hz。自动闭塞实训时，在内部组合焊接、轨道电路安装调试的过程当中，经常涉及主轨、小轨信号载频频率测试，用以确认频率选择的正确性，并用以确认列车占用情况。

目前，一些高校铁道相关专业的实训室中采用的是移频在线测试记录表，作为铁路专用的计量器具，移频在线测试记录表具备测量移频信号载频的功能，同时具备测量移频信号低频、有效值等等功能，是现场测量必不可少的工具。目前，该类型的测试仪表使用FPGA+DSP设计，价格极高，每个记录表单价一般需要4万元人民币,而且很多其他功能在实训当中使用的频率很低，从某种程度上来说，这种教学资源投入成本很高，利用率却很低，所以导致了该类仪表无法在高校铁道相关专业的实训室中普及应用。因此，很多学校相关实训室只配备数量很少的该类仪表，一些实训室甚至使用示波器来测量移频信号的频率，这直接影响了自动闭塞实训的效率和效果。有一些产品使用程控滤波器设计，对所有移频信号的载频进行滤波和放大，这种方案效果差，性能不稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种专门用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，具备测量主轨信号载频频率、小轨信号载频频率的功能，以降低实训设备的成本，提高教学效率。

解决上述技术问题的技术方案是：一种用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，包括主轨信号调理模块、信号预选通模块、小轨信号调理模块、信号选通模块、中央控制模块、显示模块；所述的主轨信号调理模块的输入端用于输入移频信号，主轨信号调理模块的一个输出端与信号预选通模块的输入端连接，主轨信号调理模块的另一个输出端直接与中央控制模块的输入端连接，信号预选通模块的输出端与小轨信号调理模块的输入端连接，小轨信号调理模块的输出端与信号选通模块连接，信号选通模块的输出端与中央控制模块的输入端连接，中央控制模块的输出端分别与信号预选通模块、信号选通模块以及显示模块连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的中央控制模块包括单片机。

本发明的进一步技术方案是：所述的主轨信号调理模块包括带增益的带通滤波器，通带范围是1600Hz～2400Hz。

本发明的进一步技术方案是：所述的主轨信号调理模块的输出端与中央控制模块的输入端之间还连接有将经过滤波、放大的主轨信号载频整形为方波信号的主轨信号整形电路。

本发明的进一步技术方案是：所述的小轨信号调理模块包括4个带增益的带通滤波器通道，分别是：带通滤波器通道A、带通滤波器通道B、带通滤波器通道C、带通滤波器通道D，其中，带通滤波器通道A通带范围是1600Hz～1800Hz，带通滤波器通道B通带范围是1900Hz～2100Hz，带通滤波器通道C通带范围是2200Hz～2400Hz，带通滤波器通道D通带范围是2500Hz～2700Hz；该4个带通滤波器通道内电压增益大于40dB。

本发明的进一步技术方案是：所述的小轨信号调理模块的输出端与信号选通模块的输入端之间还连接有将经过滤波、放大的小轨信号载频整形为方波信号送入中央控制模块的小轨信号整形电路。

本发明的再进一步技术方案是：所述的信号预选通模块包括4路信号继电器A，该4路信号继电器A的输入端分别与中央控制模块的输出端连接，4路信号继电器A的输出端分别与小轨信号调理模块的4个带通滤波器通道连接。

本发明的再进一步技术方案是：所述的信号选通模块包括4路信号继电器B，该4路信号继电器B的输入端分别与中央控制模块的输出端连接，4路信号继电器B的输出端分别与中央控制模块的输入端连接。

本发明的更进一步技术方案是：所述的信号预选通模块的信号继电器A与信号选通模块的信号继电器B均采用双刀双掷型的继电器。

本发明的更进一步技术方案是：所述的显示模块采用液晶显示屏。

由于采用上述结构，本发明之用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计用于与现有技术相比，具有以下有益效果：

1. 具备测量主轨信号载频频率、小轨信号载频频率的功能：

由于本发明包括主轨信号调理模块、信号预选通模块、小轨信号调理模块、信号选通模块、中央控制模块、显示模块；其中主轨信号调理模块可以将主轨信号载频进行滤波、放大、整形，小轨信号调理模块可以将小轨信号载频进行滤波、放大、整形，因此，本发明是针对不同频率的载频设计专用的滤波器电路，将主轨信号载频与小轨信号载频分开进行滤波、放大、整形，同时具备测量主轨信号载频频率、小轨信号载频频率的功能。

2. 性能稳定可靠：

由于本发明为每一种载频设计了专用的滤波器通道，这种电路结构参数稳定可靠，测量准确。尤其是针对不同频率的小轨信号设计有专用的滤波器电路，根据之前提取到的主轨信号载频的频率，自动选择参数匹配的滤波器通道，通过切换通道来达到提取正确小轨信号载频的频率，能非常好地将主轨信号载频滤除，可以将电压值很小的小轨信号载频提取出来进行频率计数，性能比较稳定可靠，其滤波放大效果、电路工作稳定性都明显优于程控滤波器。

3. 成本低：

由于本发明包括主轨信号调理模块、信号预选通模块、小轨信号调理模块、信号选通模块、中央控制模块、显示模块；其中中央控制模块包括单片机，主轨信号调理模块、小轨信号调理模块包括滤波器，信号预选通模块、信号选通模块包括继电器，因此，本发明是利用单片机、通用运算放大器与继电器来设计移频信号的频率计，功能满足了自动闭塞实训的要求，但成本极低，总体成本低于程控滤波器，更是明显低于FPGA+DSP或相似数字滤波器方案，利于高校相关专业实训室建设。

4. 体积小、重量轻，使用和维护方便，提高教学效率：

本发明的体积小、重量轻，能简便地嵌入自动闭塞实训设备当中，而且使用和维护方便快捷，有利于提高实训教学效率。

5. 能满足高校铁道通信信号专业实训的需求：

由于以上特点，本发明能满足高校铁道通信信号专业实训的需求，易于推广使用。

下面，结合附图和实施例对本发明之用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述本发明之用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计的结构框图。

具体实施方式

实施例一：

一种用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，包括主轨信号调理模块、信号预选通模块、小轨信号调理模块、信号选通模块、中央控制模块、显示模块；所述的主轨信号调理模块的输入端用于输入移频信号，主轨信号调理模块的一个输出端与信号预选通模块的输入端连接，主轨信号调理模块的另一个输出端直接与中央控制模块的输入端连接，信号预选通模块的输出端与小轨信号调理模块的输入端连接，小轨信号调理模块的输出端与信号选通模块连接，信号选通模块的输出端与中央控制模块的输入端连接，中央控制模块的输出端分别与信号预选通模块、信号选通模块以及显示模块连接。

所述的中央控制模块包括单片机，具体负责信号的预选通、选通、频率识别、液晶屏驱动的功能。

所述的主轨信号调理模块包括带增益的带通滤波器，通带范围是1600Hz～2400Hz，包含所有载频频率范围，目的是滤除直流干扰、低频干扰和不需要的噪声。由于移频信号中叠加的主轨信号的电压有效值远远大于小轨信号电压有效值，因此将移频信号通过主轨信号调理模块后直接送入中央控制模块进行频率识别。

所述的主轨信号调理模块的输出端与中央控制模块的输入端之间还连接有主轨信号整形电路，把经过滤波、放大的主轨信号载频限幅并整形为方波信号，以便单片机进行频率计数，在整形后小轨信号载频丢失，单片机识别到的频率是主轨信号载频的频率。

所述的小轨信号调理模块包括4个带增益的带通滤波器通道，分别是：带通滤波器通道A、带通滤波器通道B、带通滤波器通道C、带通滤波器通道D，其中，带通滤波器通道A通带范围是1600Hz～1800Hz，带通滤波器通道B通带范围是1900Hz～2100Hz，带通滤波器通道C通带范围是2200Hz～2400Hz，带通滤波器通道D通带范围是2500Hz～2700Hz；该4个带通滤波器通道内电压增益大于40dB。

所述的小轨信号调理模块的输出端与信号选通模块的输入端之间还连接有小轨信号整形电路，把经过滤波、放大的小轨信号载频整形为方波信号送入中央控制模块，以便单片机进行频率计数。

所述的信号预选通模块包括4路信号继电器A，该4路信号继电器A的输入端分别与中央控制模块的输出端连接，4路信号继电器A的输出端分别与小轨信号调理模块的4个带通滤波器通道连接。中央处理模块根据主轨信号载频的频率，控制该模块中的继电器，将当前对应的，经过滤波、放大、未经整形的小轨信号载频送入正确的滤波器通道。

所述的信号选通模块包括4路信号继电器B，该4路信号继电器B的输入端分别与中央控制模块的输出端连接，4路信号继电器B的输出端分别与中央控制模块的输入端连接。

信号选通模块同样包括4路信号继电器。中央处理模块根据主轨信号载频的频率，控制该模块中的继电器，用以选择正确的滤波器通道输出，将经过滤波、放大、整形的小轨信号送入中央控制模块进行频率识别。

作为优选的，所述的信号预选通模块的信号继电器A与信号选通模块的信号继电器B均采用双刀双掷型的继电器。这样单片机只需要4个IO口就能完成4路滤波器通道的预选通和选通。

所述的显示模块采用液晶显示屏。

上述的主轨信号整形电路、小轨信号整形电路均为常规的整形电路，这里不再对其作详细阐述。

本发明通过以上各模块构成的电路，可以将主轨信号、小轨信号分开进行滤波。例如主轨载频2600Hz时，单片机选通带通滤波器通道B，提取2000Hz的小轨信号进行放大、整形，而后进行小轨的信号频率识别。

作为本实施例一的一种变换，所述的信号预选通模块的信号继电器A与信号选通模块的信号继电器B也可采用单刀双掷或单刀单掷型的继电器。

Claims (9)

1.一种用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，其特征在于：包括主轨信号调理模块、信号预选通模块、小轨信号调理模块、信号选通模块、中央控制模块、显示模块；所述的主轨信号调理模块的输入端用于输入移频信号，主轨信号调理模块的一个输出端与信号预选通模块的输入端连接，主轨信号调理模块的另一个输出端直接与中央控制模块的输入端连接，信号预选通模块的输出端与小轨信号调理模块的输入端连接，小轨信号调理模块的输出端与信号选通模块连接，信号选通模块的输出端与中央控制模块的输入端连接，中央控制模块的输出端分别与信号预选通模块、信号选通模块以及显示模块连接；所述的主轨信号调理模块包括带增益的带通滤波器，通带范围是1600Hz～2400Hz。

2.根据权利要求1所述的用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，其特征在于：所述的中央控制模块包括单片机。

3.根据权利要求1所述的用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，其特征在于：所述的主轨信号调理模块的输出端与中央控制模块的输入端之间还连接有将经过滤波、放大的主轨信号载频整形为方波信号的主轨信号整形电路。

4.根据权利要求1所述的用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，其特征在于：所述的小轨信号调理模块包括4个带增益的带通滤波器通道，分别是：带通滤波器通道A、带通滤波器通道B、带通滤波器通道C、带通滤波器通道D，其中，带通滤波器通道A通带范围是1600Hz～1800Hz，带通滤波器通道B通带范围是1900Hz～2100Hz，带通滤波器通道C通带范围是2200Hz～2400Hz，带通滤波器通道D通带范围是2500Hz～2700Hz；该4个带通滤波器通道内电压增益大于40dB。

5.根据权利要求1所述的用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，其特征在于：所述的小轨信号调理模块的输出端与信号选通模块的输入端之间还连接有将经过滤波、放大的小轨信号载频整形为方波信号送入中央控制模块的小轨信号整形电路。

6.根据权利要求4所述的用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，其特征在于：所述的信号预选通模块包括4路信号继电器A，该4路信号继电器A的输入端分别与中央控制模块的输出端连接，4路信号继电器A的输出端分别与小轨信号调理模块的4个带通滤波器通道连接。

7.根据权利要求6所述的用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，其特征在于：所述的信号选通模块包括4路信号继电器B，该4路信号继电器B的输入端分别与中央控制模块的输出端连接，4路信号继电器B的输出端分别与中央控制模块的输入端连接。

8.根据权利要求7所述的用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，其特征在于：所述的信号预选通模块的信号继电器A与信号选通模块的信号继电器B均采用双刀双掷型的继电器。

9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的用于自动闭塞实训设备的移频信号频率计，其特征在于：所述的显示模块采用液晶显示屏。