CN104724141B - 车载非接触应答器编程设备及一种车载应答器编程方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载非接触应答器编程设备及一种车载应答器编程方法。该设备包括主机单元和天线单元，主机单元安装在车厢内部，天线单元安装在车厢外部，主机单元和天线单元连接，天线单元通过空气间隙的无线接口与应答器连接，其中主机单元包括处理控制单元、比较单元、解调译码单元、滤波单元、报文存储单元、调制单元、功率放大单元、电源单元。天线单元包括4.23MHz天线、9.032MHz天线、27.095MHz天线中的至少一个。其优点在于，安装有车载非接触应答器编程设备的维护列车经过一条铁路线路时，即可完成该线路安装的所有应答器的报文编程工作，自动化完成，效率高，降低了劳动强度。不需要工人沿铁路线进行报文编程，消除了安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及铁路通信信号领域列车运行控制系统的点式应答器传输系统，尤其是一种车载非接触应答器编程设备和编程方法。
背景技术
点式应答器传输系统广泛应用于高速铁路和城市地铁中，向车载控车设备传输地面信息，是车地通信的一种重要解决方案。应答器存储的地面信息需要通过报文编程将预设好的报文以无线或有线的方式编程写入应答器报文存储器。目前，应答器报文编程需要信号工人携带便携式编程设备，步行沿铁路线逐个对应答器(由于安装在轨道内的地面上，也称为地面应答器)进行编程，工作环境艰苦，效率低下易出错，劳动强度大，工人在铁路现场操作存在安全隐患。而且，便携式编程设备的主机单元和天线单元在同一个机箱中，是集中式分布，天线的发射功率不能太大，否则会影响主机单元的正常工作。
发明内容
为了解决上述人工应答器编程存在的问题，提高编程工作效率和自动化操作水平，降低主机单元与天线单元之间的干扰，本发明提供一种车载非接触编程设备，安装有该设备的维护列车经过待编程应答器上方时，完成编程工作，无需人工干预。
一种车载非接触应答器编程设备，包括主机单元和天线单元，其中：主机单元用于处理控制报文的写入和读取操作；天线单元用于发射和接收电磁波；所述主机单元安装在列车车厢内部，天线单元安装在列车车厢外部。
优选的，天线单元安装在列车车厢底部。
优选的，天线单元与应答器之间通过空气间隙的无线接口连接，所述天线单元距离地面应答器上表面220mm-460mm。
优选的，所述天线单元包括9.032MHz天线，所述9.032MHz天线采用异形8字天线设计，在8字形天线的两侧增加了n匝同心环，增大了地面应答器的横向激活距离。
一种应答器编程系统，包括列车车厢和上述的车载非接触应答器编程设备。
一种车载应答器编程方法，包括如下步骤：
S10：维护列车携带上述车载应答器编程设备运行至铁路上地面应答器上方，停车；
S20：车载非接触应答器编程设备的天线单元向地面应答器发送编程激活信号激活地面应答器，使地面应答器进入编程模式；
S30：天线单元接收地面应答器发送的应答器编号；
S40：车载非接触应答器编程设备比较所述应答器编号，选择与之对应的报文通过天线单元发送给地面应答器；若没有所述应答器编号，则报警；
S50：维护列车启动。
优选的，S40后还包括步骤：
S41：车载应答器编程设备的天线单元向地面应答器发送27.095MHz射频能量激活地面应答器，使地面应答器进入工作模式；
S42：车载应答器编程设备的天线单元读取地面应答器发送的报文；
S43：车载应答器编程设备的主机单元比较存储在主机单元中的原报文和应答器发回的报文，若比较结果一致，则进入步骤S50；否则，返回步骤S40。
优选的，在步骤S10中，检测器检测到天线单元与地面应答器的距离小于设定距离时通知司机停车。
优选的，在步骤S10中，自动停车系统检测到天线单元与地面应答器的距离小于设定距离时停车。
优选的，在步骤S10中，由列车防护系统通过计算走行距离定位当前位置，得到天线单元与地面应答器的距离后控制维护列车减速，使维护列车以小于等于100km/h的速度通过应答器上方。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明一个实施例的车载非接触应答器编程设备组成示意图。
图2是本发明一个实施例的车载非接触应答器编程设备原理框图。
图3是本发明一个实施例的车载非接触应答器编程设备工作流程图。
图4是本发明一个实施例的9.032MHz天线形状。
具体实施方式
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：车载非接触应答器编程设备将主机单元与天线单元分开放置。主机单元安装在维护列车车厢内部。天线单元集成了27.095MHz天线、9.032MHz天线、4.23MHz天线，安装在维护列车车厢外部，优先选择安装在机车车厢底部。本发明的车载非接触编程设备由维护列车携带，可以使用列车电源，因此克服了便携式编程设备使用电池能量低的问题，且车载非接触编程设备的主机单元和天线单元分开安装，是分散式分布，使得天线单元的天线发射的电磁波不影响主机单元上的处理控制电路的正常工作，因此能够增加天线发射功率，从而增加作用高度(所述的作用高度指编程发射天线与地面应答器编程接收天线之间的垂直距离。便携式编程设备由于天线和主机在一起，考虑到天线发射功率对主机单元的影响，一般天线发射功率不能太大，作用高度有限，所以便携式编程设备在编程时要紧贴在地面应答器的上表面。而本发明的车载非接触编程设备由于可以提高发射天线功率，作用高度增加，所以天线单元可以挂在车厢底部，距离应答器上表面220mm-460mm)。本发明所涉及的维护列车可以是用于向地面应答器写报文的专门列车，也可以是进行铁路检测、维修的铁路轨道车，还可以是铁路压道车。本发明对维护列车的形式不作限定。
如图1所示，本发明一个实施例的车载非接触应答器编程设备包括主机单元和天线单元，主机单元控制处理写入和读取报文，天线单元发射和接收电磁波。
所述的主机单元可以包括处理控制单元、比较单元、解调译码单元、滤波单元、报文存储单元、调制单元、功率放大单元、电源单元，天线单元可以包括4.23MHz天线、9.032MHz天线、27.095MHz天线中的至少一个，当然也可以包括上述天线中的多个或全部。
所述的处理控制单元分别与比较单元、解调译码单元、报文存储单元、功率放大单元、电源单元连接，解调译码单元与滤波单元连接，滤波单元与4.23MHz天线连接，报文存储单元与调制单元连接，调制单元与9.032MHz天线连接，功率放大单元与27.095MHz天线连接。
主机单元放入机箱，安装在车厢内部的设备机柜里。天线单元安装在车厢底部。主机单元通过电缆与天线单元连接，当然也可通过无线方式(比如蓝牙、WIFI等方式)连接。
车载非接触应答器编程设备与地面应答器之间，通过空气间隙的无线接口连接，没有接触。
本发明实施例的车载非接触应答器编程设备的工作方式描述如下：一种工作方式为停车编程报文，工作流程如图3所示。列车自动驾驶系统ATO(Automatic TrainOperation)具有定点停车功能，根据应答器报文识别待编程的应答器，然后对准地面应答器停车，使车载非接触应答器编程设备的天线单元在应答器上方(比如：车载ATP根据报文信息获悉前方应答器距离，车载ATO自动驾驶系统据此信息计算速度曲线，使编程天线单元的中心在地面应答器中心的左右0.3米(共0.6米)范围内定点停车)，进行报文编程和读取。车载非接触应答器编程设备通过9.032MHz天线发送频率为9.032MHz的ASK信号，激活地面应答器使其进入编程模式，将9.032MHz的ASK信号中包含的报文信息写入应答器。报文写入完成后，车载非接触应答器编程设备通过27.095MHz天线发送频率为27.095MHz的射频能量信号，激活地面应答器使其进入正常工作模式，地面应答器向车载非接触应答器编程设备发送报文，车载非接触应答器编程设备通过4.23MHz天线接收地面应答器发送的报文，与写入的报文进行比较，结果一致则编程成功并结束编程，不一致则编程失败，重新进行报文编程。目前，地铁站内定点停车精度约为30厘米，使用车载非接触编程设备，以应答器中心为原点，在范围(-0.3248m,0.3248m)内，应答器编程电路能够被激活，因此能够实现停车编程。本发明一个实施例的9.032MHz天线如图4所示采用异形8字天线设计，在8字形天线的两侧增加了n匝同心环(同心环的形状可以为矩形、椭圆形等形状)，编程时增大了地面应答器的横向激活距离。
另一种工作方式为不停车编程报文。维护列车在为应答器编程时，车载控车设备计算得到当前编程设备的天线单元距离地面应答器小于某最佳距离(实现方式可以是由传感器检测当前时刻天线单元与地面应答器的距离，也可以是由列车防护系统(ATP)通过计算走行距离定位当前位置，得到天线单元与地面应答器的距离)，如2千米，控制列车减速，以20km/h的速度通过应答器上方。车载非接触编程设备的激活作用距离为0.6m，则作用时间为108ms。需要将1023位报文写入应答器，通信速率为564k bps,单纯计算报文写入时间为1.81ms，加上激活启动时间和报文内容校验核对时间，108ms时间足够。当然也可以根据上述计算对维护列车的车速作拓展，比如100km/h通过应答器上方，则车载非接触编程设备的作用时间也有21.6ms，远大于单纯的报文写入时间1.81ms，因此也是可行的。
车载非接触编程设备向应答器写入报文时，主机单元的处理控制单元通过9.032MHz天线发射频率为9.032MHz的编程信号，应答器通过内置的编程接收天线接收到编程信号，将其转换为电源，从而激活编程电路，进入编程模式，并向车载非接触编程设备发送应答器编号。9.032MHz天线将接收到的应答器编号发送至处理控制单元，处理控制单元将其与即将写入的报文中所含应答器编号比较，比较一致继续进行报文编程，比较不一致中断报文编程。若比较一致，处理控制单元从报文存储单元中将预期写入的报文发送至调制单元进行调制，调制后的报文信号通过9.032MHz天线发射。应答器编程电路将9.032MHz编程信号中的报文信息写入报文存储模块，从而完成对一个应答器的报文编程。然后，维护列车启动或加速，驶向下一个应答器，继续报文编程。
车载非接触编程设备从应答器读出报文时，主机单元的处理控制单元发出频率为27.095MHz信号，在功率放大单元进行功率放大，通过27.095MHz天线将其发射。应答器接收到27.095MHz的射频能量被激活，进入正常工作模式，向车载非接触应答器编程设备发送报文信息。4.23MHz的天线接收到应答器发射的报文信号，通过滤波单元滤波后，发送至解调译码单元，解调译码后，处理控制单元将解调译码结果与写入的报文发送至比较单元比较，比较结果一致，说明报文编程成功，比较结果不一致，说明报文编程不成功，需要重新进行报文编程。所述编程模式是指应答器报文存储器里面的报文可以被修改，在编程模式下，地面应答器向编程设备发送应答器编号；所述工作模式指地面应答器在被27.095MHz射频能量激活后只能将报文存储器里面的报文发送出去，而不能修改报文的状态。
上述过程可以总结为一种车载应答器编程方法的实施方式，包括如下步骤：
S10：维护列车携带上述车载应答器编程设备运行至铁路上地面应答器上方，停车；
S20：车载非接触应答器编程设备的天线单元向地面应答器发送编程激活信号激活地面应答器，使地面应答器进入编程模式；
S30：天线单元接收地面应答器发送的应答器编号；
S40：车载非接触应答器编程设备比较所述应答器编号，选择与之对应的报文通过天线单元发送给地面应答器；若没有所述应答器编号，则报警；
S50：维护列车启动。
作为一个优选实施例，对上述的车载应答器编程方法，还可以将步骤S40更加细化，在S40后还可以包括如下步骤：
S41：车载应答器编程设备的天线单元向地面应答器发送27.095MHz射频能量激活地面应答器，使地面应答器进入工作模式；
S42：车载应答器编程设备的天线单元读取地面应答器发送的报文；
S43：车载应答器编程设备的主机单元比较存储在主机单元中的原报文和应答器发回的报文，若比较结果一致，则进入步骤S50；否则，返回步骤S40。
电源单元用于给主机单元和天线单元供电，电源单元由车载电池提供直流110V电源。
本发明所述的车载非接触应答器编程设备的主要功能为：向应答器中写入报文信息；向应答器发送射频能量信号，激活应答器，接收应答器发送的报文；比较写入和接收的报文，验证编程是否成功。
本发明所述的车载非接触应答器编程设备的有益效果为：编程设备安装在列车上，无需人工操作，自动化完成，效率高。安装有车载非接触应答器编程设备的维护列车经过一条铁路线路时，即可完成该线路安装的所有应答器的报文编程工作，降低了劳动强度。由于不需要工人沿铁路线进行报文编程，消除了安全隐患。另外，由于人工编程时，将便携式编程设备放置于应答器表面，必须与应答器相接触，此时再由便携式编程设备对应答器发出的报文进行检查的工况与机车的BTM天线读取应答器报文的实际工况不同(因为机车正常行驶时BTM天线与应答器必然有一定的距离)。而本发明的车载非接触应答器编程设备中的天线单元则与应答器保持了一定距离(且最佳为220mm-460mm，这一距离正是正常工作时机车携带的BTM天线与地面应答器的实际距离)，使得编程过程中的检测报文与机车实际通过过程中BTM天线接收报文的实际工况一致。即在应答器正常工作时，机车上的BTM车载天线安装在车厢底部，距离地面应答器垂直距离220mm-460mm，激活应答器并读取应答器报文；而车载非接触应答器编程设备的天线单元同样也安装在车厢底部，编程结束后，以等同于BTM车载天线作用高度(220mm-460mm)对应答器进行激活并读取报文，能够更加准确的检查应答器的工作状态和编程结果。
总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种车载非接触应答器编程设备，包括主机单元和天线单元，其中：
主机单元用于处理控制报文的写入和读取操作；
天线单元用于发射和接收电磁波；
其特征在于，所述主机单元安装在列车车厢内部，天线单元安装在列车车厢外部；
主机单元和天线单元分开安装，是分散式分布，使得天线单元的天线发射的电磁波不影响主机单元上的处理控制电路的正常工作，能够增加天线发射功率；
主机单元通过电缆或无线方式与天线单元连接；
所述的主机单元包括处理控制单元、比较单元、解调译码单元、滤波单元、报文存储单元、调制单元、功率放大单元、电源单元；
天线单元集成了27.095MHz天线、9.032MHz天线、4.23MHz天线；
所述9.032MHz天线采用异形8字天线设计，在8字形天线的两侧增加了n匝同心环，增大了地面应答器的横向激活距离；
天线单元与应答器之间通过空气间隙的无线接口连接，所述天线单元距离地面应答器上表面220mm-460mm；
所述的处理控制单元分别与比较单元、解调译码单元、报文存储单元、功率放大单元、电源单元连接，解调译码单元与滤波单元连接，滤波单元与4.23MHz天线连接，报文存储单元与调制单元连接，调制单元与9.032MHz天线连接，功率放大单元与27.095MHz天线连接。
2.根据权利要求1所述的车载非接触应答器编程设备，其特征在于，天线单元安装在列车车厢底部。
3.一种应答器编程系统，其特征在于，包括列车车厢和权利要求1至2之一所述的车载非接触应答器编程设备。
4.一种车载应答器编程方法，包括如下步骤：
S10：维护列车携带权利要求1至2之一的车载非接触应答器编程设备运行至铁路上地面应答器上方，停车；或者，由列车防护系统通过计算走行距离定位当前位置，得到天线单元与地面应答器的距离后控制维护列车减速，使维护列车以小于等于100km/h的速度通过应答器上方；
S20：车载非接触应答器编程设备的天线单元向地面应答器发送编程激活信号激活地面应答器，使地面应答器进入编程模式；
S30：天线单元接收地面应答器发送的应答器编号；
S40：车载非接触应答器编程设备比较所述应答器编号，选择与之对应的报文通过天线单元发送给地面应答器；若没有所述应答器编号，则报警；
S41：车载非接触应答器编程设备的天线单元向地面应答器发送27.095MHz射频能量激活地面应答器，使地面应答器进入工作模式；
S42：车载非接触应答器编程设备的天线单元读取地面应答器发送的报文；
S43：车载非接触应答器编程设备的主机单元比较存储在主机单元中的原报文和应答器发回的报文，若比较结果一致，则进入步骤S50；否则，返回步骤S40；
S50：维护列车启动。
5.根据权利要求4所述的车载应答器编程方法，其特征在于，在步骤S10中，检测器检测到天线单元与地面应答器的距离小于设定距离时通知司机停车。
6.根据权利要求4所述的车载应答器编程方法，其特征在于，在步骤S10中，自动停车系统检测到天线单元与地面应答器的距离小于设定距离时停车。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100044 Beijing city Haidian District Xizhimen Shangyuan Village No. 3 Applicant after: Beijing Jiaotong University Applicant after: BEIJING JIAODA SIGNAL TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 100044 Beijing city Haidian District Xizhimen Shangyuan Village No. 3 Applicant before: Beijing Jiaotong University Applicant before: Beijing Jiaoda Signal Technology Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: JIAODA SINUO SCIENCE AND TECHNOLOGY CO., LTD., BEIJING TO: BEIJING JIAODA SINUO TECHNOLOGY CO., LTD. |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ning Bin Inventor after: Zhu Linfu Inventor after: Zhao Huibing Inventor after: Liang Di Inventor before: Zhu Linfu Inventor before: Zhao Huibing Inventor before: Liang Di |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160125 Address after: 100044 Beijing city Haidian District Xizhimen Shangyuan Village No. 3 Applicant after: Beijing Jiaotong University Address before: 100044 Beijing city Haidian District Xizhimen Shangyuan Village No. 3 Applicant before: Beijing Jiaotong University Applicant before: BEIJING JIAODA SIGNAL TECHNOLOGY CO., LTD. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170315 Termination date: 20190401 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |