CN104627203B - 铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，其特征在于：用于监测点灯单元的电流、供电电压和光强的信号灯电流监测器（1）、供电电压监测器（2）和光强监测器（3）的输出端分别与信号调整电路单元（5）的输入端相连接，所述信号调整电路单元（5）的输出端与MCU（7）的ADC接口相连接。本发明提供的一种铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，按照铁路信号灯的工作规程设置，保障铁路运行系统安全的同时，方便维修人员现场维修信号灯及更换损坏部件后的试点灯，有效降低了工务段工作量和维修耗时。

Description

铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置

技术领域

本发明涉及一种铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，尤其涉及一种用于铁路信号机的LED点灯单元或白炽灯点灯单元的自动故障记忆与恢复装置，属于电路技术领域。

背景技术

铁路信号机在日常运行过程中，当出现LED损坏过多或白炽灯泡断丝时，点灯单元需要主动切断供电电源以保障安全，同样在供电欠压时，点灯单元同样需要彻底切断电源，但存在供电恢复时将无法点灯的问题。其次，当维修人员更换发光盘后，由于点灯单元电路已经彻底切断供电，维修人员也无法再次试点灯。这将使现场维修信号灯工作变得繁琐复杂，增加了工务段工作量和维修耗时，不利于铁路运行系统的安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够监测点灯单元的供电电压、点灯单元电流、点灯单元发光强度等运行指标，检测点灯单元故障类型并进行记忆存储，MCU根据切断电源前所记忆的故障类型控制点灯单元恢复供电后是否点亮的铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置；进一步地，本发明提供一种带有备用电源且能够通过RFID接收维修人员试点灯指令的铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置；更进一步地，本发明提供一种按照铁路信号灯的工作规程，保障安全的同时，方便维修人员更换损坏部件后的试点灯的铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，其特征在于：用于监测点灯单元的电流、供电电压和光强的信号灯电流监测器、供电电压监测器和光强监测器的输出端分别与信号调整电路单元的输入端相连接，所述信号调整电路单元的输出端与MCU的ADC接口相连接；用于监测所述点灯单元的工作温度的工作温度检测器的输出端与温度传感接口的输入端相连接，所述温度传感接口的输出端与所述MCU相连接；所述MCU分别与报警信号收发电路、RFID读写单元和信息存储单元通讯连接，所述MCU的输出端还与信号灯电路控制模块相连接；所述RFID读写单元还与RFID天线通讯连接，备用电源的输出端分别与所述信息存储单元、报警信号收发电路、RFID读写单元和MCU相连接。

所述备用电源使用法拉电容组合的方案，在点灯单元正常工作时充电备用，当电灯单元故障切断电源后，备用电源同时为MCU、报警信号收发电路、RFID读写单元和信息存储单元供给电源；

所述工作温度检测器与MCU的普通接口连接；报警触发电路和点灯触发电路与所述MCU通过IO口连接；所述RFID读写单元、报警信号收发电路、信息存储单元使用通信端口与所述MCU相连接；所述报警触发电路和点灯触发电路均设置于信号灯电路控制模块内。

所述备用电源包括为所述MCU和信息存储单元供电的第一电路和为所述报警信号收发电路和RFID读写单元供电的第二电路。

所述第一电路包括二极管D5和二极管D6，所述二极管D5和二极管D6串联后与二极管D4并联，并联的一端接VDD，另一端串联所述MCU和信息存储单元的供电接口；所述二极管D5和二极管D6之间串接法拉电容C4，所述法拉电容C4和二极管D6与电容C5并联并且接地。

所述第二电路包括二极管D8和二极管D9，所述二极管D8和二极管D9串联后与二极管D7并联，并联后的一端接Vin1，另一端串联所述报警信号收发电路的供电接口、RFID读写单元的供电接口和电容C9，所述电容C9接地，所述二极管D8和二极管D9之间依次串接若干法拉电容后接地。

所述若干法拉电容的个数为至少3个。

所述若干法拉电容的个数为3个，分别为法拉电容C6、法拉电容C7和法拉电容C8。

所述光强监测器包括呈等边分布的至少3个光敏二极管，若干所述光敏二极管均匀安装于所述点灯单元光学透镜的内沿，方向对向所述点灯单元的发光盘。

所述点灯单元的发光盘前面均安装有光学透镜，光学透镜与发光盘之间有距离，光学透镜与发光盘的相对应面的内沿均匀分布有若干光敏二极管。

若干不同发光颜色的点灯单元组合后即为信号机。

所述光强监测器的绝缘等级为2000V以上，防止雷电通过击穿光敏二级管损坏点灯单元内部电路；所述光敏二极管的个数为3个。

第一电路是单个法拉电容为MCU、信息存储单元供电，第二电路是多个法拉电容串联方式为报警信号收发电路、RFID读写单元供电。

所述信息存储单元用于存储所述点灯单元故障类型以及故障信息。

所述RFID读写单元用于向维修人员的现场巡检手持故障读取设备通过所述RFID天线发送故障信息，同时接收所述现场巡检手持故障读取设备的故障读取请求指令。

所述点灯单元包括LED点灯单元和白炽灯点灯单元。

本发明的有益效果是：

1.本发明带有备用电源，使用法拉电容方案，寿命长、可靠性高，当点灯单元因故障切断电源时，MCU、信息存储单元、RFID模块、报警信号收发电路由法拉电容继续供电，用以记忆故障、现场巡检无线报警、报警线报警；

2.点灯单元因LED损坏或白炽灯泡断丝而主动切断电源时，维修人员通过手持设备发送请求试点灯指令之后才可再次试点灯，保障铁路行车线路安全。

3.点灯单元因供电电源欠压而主动切断电源，供电电压恢复后，经过MCU确认达到安全值，则点灯单元自动重新点灯。

4.维修人员对信号灯进行现场巡检时，可以通过手持设备以RFID方式无线获取信号灯的故障详细信息。

本发明提供的一种铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，信号灯电流监测器、供电电压监测器、光强监测器和工作温度检测器用于监测点灯单元的故障类型及故障信息并发送至MCU，信息存储单元对点灯单元故障类型及故障信息进行记忆存储，MCU根据切断电源前所记忆的故障类型控制点灯单元恢复供电后是否点亮；备用电源的设置，当点灯单元因故障切断电源时，MCU、信息存储单元、RFID模块、报警信号收发电路由备用电源继续供电，用以继续记忆故障、现场巡检无线报警和报警线报警；RFID读写单元的设置，实现了维修人员的故障读取和试点灯。本发明提供的一种铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，按照铁路信号灯的工作规程设置，保障铁路运行系统安全的同时，方便维修人员现场维修信号灯及更换损坏部件后的试点灯，有效降低了工务段工作量和维修耗时。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明中MCU接口结构示意图；

图3是本发明中备用电源电路图；

图4是本发明中光强监测器安装位置结构示意图；

图5是本发明中光强监测器的信号调整电路图；

图6是本发明中MCU的程序流程图；

图7是本发明中信息存储单元的数据结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，信号灯电流监测器1、供电电压监测器2、光强监测器3分别与信号调整电路单元5相连接；信号调整电路单元5与MCU7中的ADC接口相连接；工作温度监测器4与温度传感接口6相连接；温度传感接口6与MCU7相连接；MCU7与报警信号收发电路10、RFID读写单元11、信号灯电路控制模块12、信息存储单元8相连接；MCU7、报警信号收发电路10、RFID读写单元11、信息存储单元8在电源切断后均使用备用电源9进行供电；

如图2所示为MCU的连接接口示意图，其中信号灯电流监测器1、供电电压监测器2和光强监测器3经过信号调整电路单元5后，与MCU7的ADC接口连接，工作温度监测器4与MCU7的普通接口连接。报警触发电路和点灯触发电路与MCU7通过IO口连接。RFID读写单元11、报警信号收发电路10、信息存储单元8使用通信端口连接，可双向通信。

如图3所示，备用电源9使用法拉电容方案，当VDD为5V时，MCU7、信息存储单元8的备用电源9使用1个法拉电容C4，电压为5.5V，电容量至少为4F，点灯单元正常供电时，VDD通过二极管D4给MCU7、信息存储单元8供电，同时通过二极管D5为法拉电容C4充电。当电灯单元断电时，法拉电容C4开始通过二极管D6向MCU7、信息存储单元8供电。报警信号收发电路10、RFID读写单元11供电的备用电源9使用3个法拉电容C6、C7、C8串联的方式。Vin1为点灯单元输出的DC14.5V，C6、C7、C8分别可采用电压值为5.5V，电容量至少为4F，点灯单元正常供电时，Vin1通过二极管D7向报警信号收发电路10、RFID读写单元11供电，同时通过二极管D8向法拉电容C6、C7、C8充电。当电灯单元断电时，法拉电容C6、C7、C8通过二极管D9向报警信号收发电路10、RFID读写单元11供电。

如图4所示，为光强监测器安装位置示意图（应用于LED点灯单元）。当应用于LED点灯单元时，光强监测器3由三个呈等边分布的光敏二极管组成，分别均匀安装于LED光学透镜的内沿，单个光电二极管介于两个LED发光管之间，方向对向发光盘。光敏二极管电学特性随着发光盘的光强变化而变化，通过连接信号调整电路单元5，可以由MCU7的ADC采集电压信号，从而获知点灯单元发光盘的光强情况。光强监测器3的绝缘等级为2000V以上，防止雷电通过击穿光敏二级管损坏点灯单元内部电路。

如图5所示，为光强监测器的信号调整电路方案图。其中光敏二极管D1、D2、D3对应图4中的14、15、16。D1、D2、D3并联，光敏二极管负极与VCC相连，正极与电流型放大电路的输入端相连。光敏二极管电压值经放大后，与减法器电路其中一个输入端相连，减法器另一个输入端与R6、RS组成的分压电路相连，并与MCU7的ADC3接口相连接。当点灯单元发光盘的颜色不同时，RS的取值也相应变化。光敏二极管电压放大信号与分压信号相减后的信号送入MCU的ADC2接口，以保证在不同颜色发光盘上应用此电路时，ADC2的判断状态的阈值范围无需变化。MCU7在检测光强过程中需要同时读取ADC2和ADC3端口的电压值。当应用于LED点灯单元时，点灯单元发光盘上的多颗LED发光均匀时，并联光敏二极管的总电流值最大，ADC2采集电压最大。MCU7同时可根据ADC3端口电压值获知当前点灯单元发光盘颜色。当有部分LED损坏时，ADC2电压值减小，且点灯单元工作电流上升或下降（LED发生短路或断路）。当LED整体发生光衰时，ADC2电压值减小幅度最大，但点灯单元工作电流不变。

如图6所示，为MCU的程序流程图（应用于LED点灯单元）。MCU7平时工作与正常监测状态，当有故障发生时（各监测传感器有异常），MCU判断当前供电电压情况，若电压过高，MCU7控制报警信号收发电路10发送过压报警信号，并将报警信号存储至信息存储单元8，点灯单元继续工作；若电压过低（138V以下），则MCU7控制点灯单元切断供电电源，记录为欠压状态，并控制报警信号收发电路10发送欠压报警信号，存储至信息存储单元8，等待供电电压恢复。电源电压经过MCU7修正后，若高于安全电压阈值，则MCU7控制点灯单元恢复电源并点灯；若电压正常，则通过ADC采集的电压值检测光敏二极管工作状态，若光敏二极管接收光强不均匀，说明点灯单元发光盘LED损坏过多，此时MCU7控制点灯单元切断供电电源，记录为部分LED损坏状态，并发送损坏报警信号。现场巡检人员进行现场维修更换后，可通过手持设备以RFID方式向点灯单元发送试点灯请求指令，MCU7收到指令后将控制点灯单元恢复电源并点灯。若MCU7通过检测供电电压、发光盘光强都为正常，则开始检测其它情况，并发送相应报警信号，点灯单元正常工作，MCU7继续检测各项运行指标。

如图7所示是信息存储单元中的数据结构示意图。数据结构包含了每次报警完整的数据包，包含8位数据包头、8位数据包尾、两串CRC-4校验码、8位的点灯单元ID号，4位故障代码，报警信号数据包结构符合基本通信协议规范。当巡检人员请求通过RFID读取故障内容时，MCU7从信息存储单元8中读取完整报警信息，并通过最近一次故障类型，决定点灯单元的下一步控制操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，其特征在于：用于监测点灯单元的电流、供电电压和光强的信号灯电流监测器（1）、供电电压监测器（2）和光强监测器（3）的输出端分别与信号调整电路单元（5）的输入端相连接，所述信号调整电路单元（5）的输出端与MCU（7）的ADC接口相连接；用于监测所述点灯单元的工作温度的工作温度检测器（4）的输出端与温度传感接口（6）的输入端相连接，所述温度传感接口（6）的输出端与所述MCU（7）相连接；所述MCU（7）分别与报警信号收发电路（10）、RFID读写单元（11）和信息存储单元（8）通讯连接，所述MCU（7）的输出端还与信号灯电路控制模块（12）相连接；所述RFID读写单元（11）还与RFID天线通讯连接，备用电源（9）的输出端分别与所述信息存储单元（8）、报警信号收发电路（10）、RFID读写单元（11）和MCU（7）相连接；

所述备用电源（9）包括为所述MCU（7）和信息存储单元（8）供电的第一电路和为所述报警信号收发电路（10）和RFID读写单元（11）供电的第二电路；

所述第一电路包括二极管D5和二极管D6，所述二极管D5和二极管D6串联后与二极管D4并联，并联的一端接VDD，另一端串联所述MCU（7）和信息存储单元（8）的供电接口；所述二极管D5和二极管D6之间串接法拉电容C4，所述法拉电容C4和二极管D6与电容C5并联并且接地；

所述第二电路包括二极管D8和二极管D9，所述二极管D8和二极管D9串联后与二极管D7并联，并联后的一端接Vin1，另一端串联所述报警信号收发电路（10）的供电接口、RFID读写单元（11）的供电接口和电容C9，所述电容C9接地，所述二极管D8和二极管D9之间依次串接若干法拉电容后接地。

2.根据权利要求1所述的铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，其特征在于：所述工作温度检测器（4）与MCU（7）的普通接口连接；报警触发电路和点灯触发电路与所述MCU（7）通过IO口连接；所述RFID读写单元（11）、报警信号收发电路（10）、信息存储单元（8）使用通信端口与所述MCU（7）相连接；所述报警触发电路和点灯触发电路均设置于信号灯电路控制模块（12）内。

3.根据权利要求1所述的铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，其特征在于：所述光强监测器（3）包括呈等边分布的至少3个光敏二极管，全部所述光敏二极管均匀安装于所述点灯单元光学透镜的内沿，方向对向所述点灯单元的发光盘。

4.根据权利要求3所述的铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，其特征在于：所述光强监测器（3）的绝缘等级为2000V以上，所述光敏二极管的个数为3个。

5.根据权利要求1所述的铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，其特征在于：所述信息存储单元（8）用于存储所述点灯单元故障类型以及故障信息。

6.根据权利要求1所述的铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，其特征在于：所述RFID读写单元（11）用于向维修人员的现场巡检手持故障读取设备通过所述RFID天线（13）发送故障信息，同时接收所述现场巡检手持故障读取设备的故障读取请求指令。

7.根据权利要求1所述的铁路信号点灯单元自动故障记忆与恢复装置，其特征在于：所述点灯单元包括LED点灯单元。