CN111415498A - 一种基于lte-r网络的铁路施工防护设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTE‑R网络的铁路施工防护设备。该设备包括由按键*8、报警按键、带灯电源开关组成的按键单元，包括电源单元、主控单元、LTE‑R网络传输单元、显示单元和由GPS天线、USB口、维护接口、扬声器、LTE天线组成的接口单元；主控单元分别与接口单元的GPS天线、USB口、维护接口、扬声器连接；主控单元分别与电源单元、LTE‑R网络传输单元、显示单元连接；主控单元分别与按键单元的按键*8、报警按键、带灯电源开关连接；LTE‑R网络传输单元与接口单元的LTE天线连接。该设备实现了基于LTE‑R通信的列车防护报警功能，提升了铁路安全，防止运行列车与作业人员相撞等事故发生。

Description

一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备。

背景技术

列车防护报警是中国铁路重要的专有业务之一，在保障列车安全运行方面发挥着不可替代的作用，并在中国铁路运营中得到实施验证。

近年来，朔黄铁路快速发展，已完成全线路LTE-R专网覆盖建设，机车LTE-R改造正在开展中，后续所有机车都将配置基于LTE-R技术的CIR-L机车台。但朔黄铁路缺少一种高效的列车防护报警系统，用于加强列车运行防护，保障列车安全平稳运行，提高线巡道人员和线路施工人员的作业安全，避免列车与作业人员相撞事故发生。

发明内容

鉴于现有技术状况，本发明提供一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，通过本设备，铁路施工人员可以接收到列车发出的接近预警信息，提示作业人员列车接近进行避让。也能向邻近列车发送线路防护报警信息，提示列车司机前方线路故障，注意行车安全。

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，包括由按键*8、报警按键、带灯电源开关组成的按键单元，包括电源单元、主控单元、LTE-R网络传输单元、显示单元和由GPS天线、USB口、维护接口、扬声器、LTE天线组成的接口单元；所述的主控单元分别与接口单元的GPS天线、USB口、维护接口、扬声器连接；主控单元分别与电源单元、LTE-R网络传输单元、显示单元连接；主控单元分别与按键单元的按键*8、报警按键、带灯电源开关连接；LTE-R网络传输单元与接口单元的LTE天线连接。

本发明所述的主控单元包括型号为LPC4357的MCU芯片、型号为NEO-M8N的GPS芯片、型号为DP838481VV的以太网芯片、型号为TLV320AIC3106的code芯片、型号为SSM3302的功放芯片、型号为MX66L51235F的第一存储芯片和第二存储芯片、型号为LM22670的第一开关电源芯片和第二开关电源芯片、型号为L78M05的LDO电源芯片、型号为TPS55340PWP的升压芯片、防反向电压电路、复位电路、按键接口电路、报警按键接口电路和接口转换电路；其中MCU芯片通过UART2端口与GPS芯片双向连接，通过RMII端口与以太网芯片双向连接，分别通过USB0端口和UART3端口与接口转换电路双向连接，分别通过I/O端口与按键接口电路、报警按键接口电路连接，分别通过12C端口和12S端口与code芯片连接，通过SSP端口与第一存储芯片双向连接，通过SPIFI端口与第二存储芯片双向连接，通过LCD端口连接LCD液晶屏数据接口；所述的MCU芯片连接复位电路，所述的防反向电压电路的输出端与第一开关电源芯片的输出端连接后分别连接第二开关电源芯片、LDO电源芯片和升压芯片的输入端，第二开关电源芯片、LDO电源芯片和升压芯片的输出端分别输出3.3V、5V、12V电压，其中12V电压接LCD液晶屏背光接口；所述的以太网芯片双向连接LTE-R网络传输单元，所述的code芯片连接功放芯片，功放芯片连接扬声器接口。

本发明所述的MCU芯片的198引脚通过电感L13接3.3V电压，24引脚、25引脚、135引脚、188引脚、195引脚、82引脚、33引脚、6引脚、52引脚、57引脚、102引脚、110引脚、155引脚、160引脚、202引脚连接后接3.3V电压，同时198引脚、24引脚、25引脚、184引脚、135引脚、188引脚分别通过电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36连接后接地；195引脚、82引脚、33引脚、6引脚、52引脚、57引脚、102引脚、110引脚、155引脚、160引脚、202引脚分别通过电容C46、电容C45、电容C44、电容C43、电容C42、电容C41、电容C40、电容C39、电容C38、电容C37连接后接地；27引脚、31引脚、5引脚、56引脚、109引脚、157引脚、196引脚连接后接地，32引脚通过电阻R56接地。

本发明所述的LCD液晶屏背光接口通过7芯插座XS9连接LCD液晶屏，7芯插座XS9的0引脚接地，3引脚、4引脚连接后接地，1引脚、2引脚连接后接12V电压，同时又分别通过电容C157、电容C158接地，5引脚连接MCU芯片的50引脚，6引脚通过电阻R64连接MCU芯片的61引脚。

本发明所述的LCD液晶屏数据接口通过33芯插座XS8连接LCD液晶屏，33芯插座XS10的0引脚、1引脚连接后接地，5引脚、6引脚连接后接地，19引脚、20引脚连接后接地，12引脚、26引脚、33引脚分别接地，28、29引脚连接后接3.3V电压，30引脚连接MCU芯片的22引脚，31引脚连接MCU芯片的23引脚，2引脚连接MCU芯片的21引脚，3引脚连接MCU芯片的194引脚，4引脚连接MCU芯片的15引脚，7引脚连接MCU芯片的12引脚，8引脚连接MCU芯片的45引脚，9引脚连接MCU芯片的43引脚，10引脚连接MCU芯片的40引脚，11引脚连接MCU芯片的39引脚，13引脚连接MCU芯片的51引脚，14引脚连接MCU芯片的43引脚，15引脚连接MCU芯片的37引脚，16引脚连接MCU芯片的1引脚，17引脚连接MCU芯片的181引脚，18引脚连接MCU芯片的180引脚，21引脚连接MCU芯片的3引脚，22引脚连接MCU芯片的178引脚，23引脚连接MCU芯片的177引脚，24引脚连接MCU芯片的175引脚，25引脚连接MCU的164引脚，27引脚连接MCU芯片的17引脚。

本发明所述的按键接口电路采用2*4行列扫描按键，8个操作按键键盘通过插座XS11接入控制板，插座XS24为预留接口，插座XS11的2脚、1脚、3脚、5脚、7脚、9脚分别连接插座XS24的6脚、5脚、4脚、3脚、2脚、1脚，同时分别通过TVS管TVS17、TVS管TVS16、TVS管TVS15、TVS管TVS14、TVS管TVS13、TVS管TVS12接地，然后又分别通过电阻R89、电阻R86、电阻R85、电阻R83、电阻R80、电阻R77与MCU芯片的147脚、120脚、124脚、123脚、122脚、120脚连接，插座XS11的10脚通过电阻R178接3.3V电压，同时通过电阻R179连接MCU芯片的199脚，然后又通过TVS管TVS9接地，插座XS11的4脚、XS24的7脚分别接地。

本发明所述的报警按键接口电路采用带铅封和指示灯的报警按键，按键通过插座SX12接入控制板，插座XS12的1脚接5V电压，2脚通过TVS管TVS18接地；同时通过电阻R84连接三极管VT4的集电极，三极管VT4的基极连接MCU芯片的88引脚，同时通过电阻R88接地，发射极通过电阻R88与基极连接，同时发射极接地，插座XS12的3脚通过反向二极管VD23和电阻R87连接MCU芯片的86引脚，同时通过电阻R90接3.3V电压，插座XS12的3脚又通过TVS管TVS19接地，插座XS12的4脚接地。

本发明所述的GPS芯片N14的3脚通过电阻R48接MCU芯片的118脚，4脚通过电阻R39接MCU芯片的115脚，8脚为GPS的复位引脚，接MCU芯片的112脚，并通过电阻R40、电阻R149、电阻R148接电压3.3V，同时又通过电容C61接地，9脚为天线电源引脚，通过电阻R148和R149接3.3V电压，并通过电阻R38和电感L4连接GPS有源天线插座接口XS5，10脚、12脚、13脚、24脚分别接地，11脚为GPS天线输入引脚，直接连接天线插座接口XS5，并通过esd保护管VD16接地，23脚为电源供电引脚，接3.3V电压，并分别通过电容C60和电容C59接地，22引脚为备用电池接入引脚，直接连接纽扣电池BAT1的正极，纽扣电池BAT1的负极接地，20脚和21引脚为串口通讯引脚，分别通过电阻R37和电阻R36连接MCU芯片的165脚和162脚，实现MCU芯片与GPS芯片的通信。

本发明所述的复位电路采用型号为MAX809RTRG的复位芯片N16，复位芯片N16的3脚接3.3V电压，并通过电容C69与1脚连接后接地，2脚通过二极管VD21连接到MCU芯片的185引脚，并分别通过按钮开关SW1、电容C70同时接地，又通过电阻R63接3.3V电压。

本发明所述的以太网芯片N23的2引脚接MCU芯片的16脚，3引脚、4引脚分别连接MCU芯片的95脚、100脚，43引脚、44引脚分别连接MCU芯片的87脚、47脚，41引脚通过电阻R163接地，39引脚连接MCU芯片的90脚，并通过电阻R162接3.3V电压，31引脚连接MCU芯片的201脚，30引脚连接MCU芯片的93脚，并通过电阻R167接3.3V电压，29引脚连接MCU芯片的94脚，7引脚通过电阻R171接3.3V电压，34引脚通过电阻R170连接到MCU芯片的96脚，同时又连接到晶振G4的3脚，晶振G4的1脚和4脚连接后接3.3V电压，并分别通过电容C165、电容C145接地，晶振G4的2脚接地，24引脚通过电阻R172接地，37引脚、18引脚、23引脚通过连接电容C149、电容C152、电容C151、电容C150后接地，17引脚、16引脚分别连接到插座XS25的7脚、6脚，14引脚、15引脚分别连接到插座XS25的5脚、4脚，21脚、20引脚分别通过电阻R164和电阻R165接3.3V电压，28引脚、27引脚、26脚为指示灯引脚，其中27引脚为数据传输速度指示，连接指示灯VD27，并通过电阻R166接3.3V电压，28引脚为连接转态指示，连接到插座XS25的2脚，同时28引脚通过电阻R168接3.3V电压，26引脚为数据指示，连接到插座XS25的3脚，22引脚、48引脚、32引脚为供电引脚，通过连接电容C143和电容C144的一端后接3.3V电压，电容C143和电容C144的另一端分别接地，同时22引脚、48引脚、32引脚又通过连接电容C146、电容C147、电容C148后接地，19引脚、15引脚、47引脚、35引脚、36引脚连接后接地。

本发明所述的Code芯片N18的1引脚、2引脚为I2C接口，分别接MCU芯片的132脚、133脚，37引脚、38引脚、39引脚、40引脚、41引脚为I2S接口，分别连接MCU芯片的161脚、105脚、107脚、166脚、111脚，29引脚、30引脚、31引脚、32引脚分别为左声道和右声道的语音数据输出引脚，分别通过电阻R103、电阻R107、电阻R110、电阻R112接到所述功放芯片N21的11脚、12脚、20脚、19脚，33引脚接到MCU芯片的34脚，43引脚通过电阻R68接地，16引脚、17引脚、24引脚连接后接3.3V模拟电压，25引脚连接电容C93和电容C95的一端后接3.3V模拟电压，电容C93和电容C95的另一端接地，44引脚连接电容C96和电容C97的一端后接3.3V电压，电容C96和电容C97的另一端接地，36引脚接1.8V电压，0引脚、20引脚、21引脚、15引脚、26引脚、42引脚连接后接地，45、46引脚连接后接地；

所述的3.3V模拟电压通过电感L10与3.3V电压相连，并通过电容C26接地，所述的1.8V电压由型号为LP5907MFX-1.8/NOPB的TI芯片N2从3.3V电压转换所得，TI芯片N2的1脚、3脚接3.3V电压，并通过电容C3接地，2脚接地，5脚输出1.8V电压，并通过电容C4接地。

本发明所述的功放芯片N21的1引脚通过电容C102与2引脚和3引脚连接，又通过电感L5连接电容C105和电容C103的一端后连接到外置扬声器插座XS10的1脚，6引脚通过电容C109与4引脚和5引脚连接，又通过电感L7连接电容C105的另一端和电容C107的一端后连接到外置扬声器插座XS10的2脚，电容C103和电容C107的另一端连接后接地，8引脚通过电容C111、9引脚通过电阻R124与7引脚连接后一起接地，10引脚通过连接电阻R127的一端和电阻R128后接接5V电压，电阻R127的另一端接地，11引脚通过连接电容C114、20引脚通过连接电容C117后再分别连接电阻R133的两端，12引脚通过连接电容C115、19引脚通过连接电容C116后再分别连接电阻R132的两端，21引脚通过电阻R129接5V电压，又通过电阻R130接地，22引脚通过电阻R125与24引脚连接后接地，23引脚通过电阻R123接12V电压，又通过电阻R126接地，25引脚通过电容C110与26引脚、27引脚相连接，再通过电感L8连接电容C106和电容C108的一端后又连接到内置扬声器插座XS16的1脚，30引脚通过电容C101与28引脚、29引脚相连接，再通过电感L6连接电容C106的另一端和电容C123的一端后又连接到内置扬声器插座XS16的2脚，电容C123的另一端和电容C108的另一端连接后接地，31引脚、32引脚、33引脚连接后通过电容C98接12V电压，又同时接地，又通过电容C100连接34引脚、35引脚、36引脚和37引脚，又通过电容C99连接38引脚、39引脚、40引脚和0引脚后接地。

本发明所述第一存储芯片和第二存储芯片组成存储电路，第一存储芯片N12的1引脚连接至MCU芯片的171脚，2引脚为电源输入引脚，连接3.3V电压，3引脚为复位引脚，连接至MCU芯片的168脚，并通过电阻R25接3.3V电压，同时通过电容C49、电容C50分别接地，7引脚为片选信号，连接至MCU芯片的179脚，并通过电阻R32接3.3V电压，8引脚连接至MCU芯片的174脚，9引脚连接至MCU芯片的173脚，10引脚接地，15引脚连接至MCU芯片的176脚，16引脚为时钟信号，连接至MCU芯片的169脚；第二存储芯片N13的2脚为电源输入引脚，连接3.3V电压，3脚为复位引脚，连接至MCU芯片的170脚，并通过电阻R29接3.3V电压，7引脚为片选引脚，连接至MCU芯片的190脚，并通过电阻R33接3.3V电压，8引脚连接至MCU芯片的192脚，15引脚连接至MCU芯片的193引脚，16引脚为时钟信号，连接至MCU芯片的172脚，10引脚接地，9引脚通过电阻R30接3.3V电压。

本发明由所述的第一开关电源芯片N4和第二开关电源芯片N1、LDO电源芯片N5、升压芯片N3、防反向电压电路组成电源电路，防反向电压电路包括MOS管VT9和MOS管VT10、TVS管TVS1、三极管VT11、二极管VD28、二极管VD29、二极管VD6，MOS管VT9的2脚通过电阻R24、二极管VD28、二极管VD29与MOS管VT10的2脚分别接8.4V电压，同时连接到所述的升压芯片N3、LDO电源芯片N5、LDO电源芯片N5第一开关电源芯片N4和第二开关电源芯片N1，MOS管VT9的3脚和MOS管VT10的3脚相连接，MOS管VT9的1脚和MOS管VT10的1脚相连接，同时MOS管VT9的1脚通过电阻R176连接二极管VD28和二极管VD29的负极，MOS管VT10的1脚连接三极管VT11的集电极，三极管VT11的基极连接电阻R177的一端后接8.4V电压，电阻R177的另一端与三极管VT11的发射极连接后接地。

本发明所述升压芯片N3的1引脚和2引脚连接，并通过二极管VD3连接电阻R7和电阻R8后与9引脚相连，并通过电阻R7的一端连接电容C10和电容C159的一端，并通过VD4接12V电压，电容C10和电容C159的另一端接地，8引脚通过电阻R14和电容C15与9引脚通过电阻R13连接后接地，10引脚通过电阻R12接地，11引脚、12引脚、13引脚、14引脚、15引脚连接后接地，升压芯片N3的4引脚连接MCU的104引脚，并通过电阻R10与3引脚相连，再通过电感L2连接1引脚和2引脚，然后通过电容C13接地。

本发明所述LDO电源芯片N5的1引脚分别通过连接电容C130、电容C22后接地，3引脚接5V电压，并通过电容C23、电容C24接地，2引脚接地。

本发明所述第一开关电源芯片N4的7引脚通过连接电容C16和电容C17后分别接地，再通过连接电感L9、电感L14、电感L12后接12V电压，3引脚通过电阻R18与6引脚和0引脚连接后接地；1引脚通过电容C21连接8引脚，再通过连接二极管VD10后接地，再通过电感L3连接电阻R15、电容C18、电容C19和电容C20的一端，再通过二极管VD9连接所述的第二开关电源芯片N1、LDO电源芯片N5、升压芯片N3及防反向电压电路，电阻R15的另一端与4引脚连接后再通过电阻R16接地，电容C18、电容C19和电容C20的另一端接地。

本发明所述第二开关电源芯片N1的7引脚通过连接电容C2、电容C166、电感L19、电感L18、电容C1后分别接地，3引脚通过电阻R4与6引脚和0引脚同时接地，4引脚通过电阻R1接地，再通过电阻R2连接到8引脚，1引脚通过电容C8与8引脚相连接，然后通过二极管VD1接地，再通过电感L1与电容C5、电容C6、电容C7、电阻R3接3.3V电压，电容C5、电容C6和电容C7的另一端接地，电阻R3的另一端通过二极管VD2接地。

本发明所述的接口转换电路包括USB接口电路和维护接口电路，USB接口电路采用型号为PRTR5V0U4D的ESD防护芯片N9和型号为LM3526-H的电源管理芯片N10，进行电源输出管理，防止输出过流，维护接口电路用于主控板程序调试及升级，采用型号为MAX3232N15的接口芯片N15实现TTL电平转RS232电平。

本发明所述电源管理芯片N10的1引脚接MCU芯片的113引脚，并通过电阻R21接地，2引脚接MCU芯片的119引脚，并通过电阻R22接3.3V电压，4引脚通过电阻R31接地，8引脚为电源输出引脚，接插座XS4的1脚，7引脚为电源输入引脚，接5.0V电压，并通过滤波电容C48接地，6引脚接地；所述的ESD防护芯片N9的1引脚接插座XS4的2脚，并和MCU芯片的28脚相连，2引脚接地，3引脚连接插座XS4的3脚，并和MCU芯片的26脚相连，5引脚连接电源管理芯片N10的8脚和插座XS4的1脚，XS4的4引脚接地。

本发明所述接口芯片N15的1引脚通过电容C66和3引脚连接，4引脚通过电容C64和5引脚连接，2引脚和6引脚分别通过电容C63和电容C67接地，7引脚为接口芯片N15的RS232电平输出引脚，通过电阻R55连接到插座XS7的3脚，8引脚为接口芯片N15的RS232电平输入引脚，通过电阻R54连接到插座XS7的2引脚，16引脚为电源引脚，连接3.3V电压，15引脚接地，10引脚为接口芯片N15的TTL电平发送引脚，连接至MCU芯片的127脚，9引脚为接口芯片N15的TTL电平接收引脚，连接至MCU芯片的128脚；插座XS7的1引脚通过可恢复性保险F3连接12V电压，并通过ESD保护管TVS4接地，2引脚通过ESD保护管TVS5接地，3引脚通过ESD保护管TVS3接地，4引脚通过电阻R57和二极管VD18连接MCU芯片的138脚，并通过电阻R66接3.3V电压，MCU芯片的140脚、58脚、60脚分别通过电阻R69、电阻R72、电阻R73接地，MCU芯片的144脚通过电阻R71接3.3V电压。

本发明的工作原理：本设备由按键单元、电源单元、主控单元、LTE-R网络传输单元（CPE）、显示单元、接口单元组成。整个设备由电源单元供电，电源单元主要包括可充电电池。LTE-R网络传输单元（CPE）通过接口单元的天线接收LTE-R中心网络服务器发出的列车接近预警信息以及发送本设备的线路防护报警信息。主控单元将LTE-R网络传输单元（CPE）接收到的列车接近预警信息进行分析处理，并发送给显示单元，显示单元直接将主控单元发给的信息显示在液晶屏上提示施工作业人员。

当施工作业人员发现紧急情况时，可以通过按键单元中的报警按键将预设好的线路防护报警信息（存储在主控单元中）发送给LTE-R网络传输单元（CPE），然后通过接口单元的天线将该线路防护报警信息发送给LTE-R中心网络服务器，LTE-R中心网络服务器会提醒列车司机前方线路故障，注意行车安全。

本发明的有益效果是：实现基于LTE-R通信的列车防护报警功能，提升铁路安全，防止运行列车与作业人员相撞等事故发生。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为图1中施工防护设备原理框图；

图3为图2中主控单元原理框图；

图4为图3中MCU芯片第一部分原理图；

图5为图3中MCU芯片第二部分原理图；

图6为图3中MCU芯片第三部分原理图；

图7为图3中MCU芯片第四部分原理图；

图8为LCD液晶屏背光接口电路原理图；

图9为按键接口电路原理图；

图10为报警按键接口电路原理图；

图11为GPS芯片电路原理图；

图12为复位电路原理图；

图13为以太网芯片电路原理图；

图14为code芯片电路原理图；

图15为功放芯片电路原理图；

图16为存储电路原理图；

图17为电源电路原理图；

图18为USB接口电路原理图；

图19为维护接口电路原理图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和实施例详细描述本发明：

如图1所示，当铁路施工人员在铁路沿线施工时，携带本设备，将施工所处的位置及线路信息输入到施工设备中。如果施工线路有问题，施工人员可以通过设备上按键单元上的报警按键触发线路防护报警信息发送功能，MCU会将存储器中预设好的信息通过以太网交换电路发送给LTE-R网络传输单元（CPE），然后LTE-R网络传输单元（CPE）将信息打包成LTE-R网络包通过接口单元中的LTE天线发送给地面报警中心服务器，地面中心报警服务器收到报警信息通过LTE-R网络发送给列车，提醒列车注意运行及避让。

同样，当地面中心报警服务器收到列车发送的接近预警信息后，会通过LTE-R网络发送给施工防护设备，施工防护设备通过接口单元中的LTE天线收到列车接近预警信息，经过LTE-R网络传输单元（CPE）发送给主控单元。主控单元收到列车接近预警信息后，经过分析处理，会将列车位置信息及时发送给显示单元进行显示，同时MCU会通过code和功放驱动扬声器进行播报。

如图2所示，本设备包括由按键*8、报警按键、带灯电源开关组成的按键单元，包括电源单元、主控单元、LTE-R网络传输单元、显示单元和由GPS天线、USB口、维护接口、扬声器、LTE天线组成的接口单元；主控单元分别与接口单元的GPS天线、USB口、维护接口、扬声器连接；主控单元分别与电源单元、LTE-R网络传输单元、显示单元连接；主控单元分别与按键单元的按键*8、报警按键、带灯电源开关连接；LTE-R网络传输单元与接口单元的LTE天线连接。

如图3所示，本设备的主控单元包括型号为LPC4357的MCU芯片、型号为NEO-M8N的GPS芯片、型号为DP838481VV的以太网芯片、型号为TLV320AIC3106的code芯片、型号为SSM3302的功放芯片、型号为MX66L51235F的第一存储芯片和第二存储芯片、型号为LM22670的第一开关电源芯片和第二开关电源芯片、型号为L78M05的LDO电源芯片、型号为TPS55340PWP的升压芯片、防反向电压电路、复位电路、按键接口电路、报警按键接口电路和接口转换电路；其中MCU芯片通过UART2端口与GPS芯片双向连接，通过RMII端口与以太网芯片双向连接，分别通过USB0端口和UART3端口与接口转换电路双向连接，分别通过I/O端口与按键接口电路、报警按键接口电路连接，分别通过12C端口和12S端口与code芯片连接，通过SSP端口与第一存储芯片双向连接，通过SPIFI端口与第二存储芯片双向连接，通过LCD端口连接LCD液晶屏数据接口；MCU芯片连接复位电路，防反向电压电路的输出端与第一开关电源芯片的输出端连接后分别连接第二开关电源芯片、LDO电源芯片和升压芯片的输入端，第二开关电源芯片、LDO电源芯片和升压芯片的输出端分别输出3.3V、5V、12V电压，其中12V电压接LCD液晶屏背光接口；所述的以太网芯片双向连接LTE-R网络传输单元，所述的code芯片连接功放芯片，功放芯片连接扬声器接口。

如图4至图7所示，本设备的MCU芯片总共208引脚，图7主要为MCU芯片的供电引脚。MCU芯片的198引脚通过电感L13接3.3V电压，24引脚、25引脚、135引脚、188引脚、195引脚、82引脚、33引脚、6引脚、52引脚、57引脚、102引脚、110引脚、155引脚、160引脚、202引脚连接后接3.3V电压，同时198引脚、24引脚、25引脚、184引脚、135引脚、188引脚分别通过电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36连接后接地；195引脚、82引脚、33引脚、6引脚、52引脚、57引脚、102引脚、110引脚、155引脚、160引脚、202引脚分别通过电容C46、电容C45、电容C44、电容C43、电容C42、电容C41、电容C40、电容C39、电容C38、电容C37连接后接地；27引脚、31引脚、5引脚、56引脚、109引脚、157引脚、196引脚连接后接地，32引脚通过电阻R56接地。

如图8所示，本设备的LCD液晶屏背光接口通过7芯插座XS9连接LCD液晶屏，7芯插座XS9的0引脚接地，3引脚、4引脚连接后接地，1引脚、2引脚连接后接12V电压，同时又分别通过电容C157、电容C158接地，5引脚连接MCU芯片的50引脚，6引脚通过电阻R64连接MCU芯片的61引脚。

本设备的LCD液晶屏数据接口通过33芯插座XS8连接LCD液晶屏，33芯插座XS10的0引脚、1引脚连接后接地，5引脚、6引脚连接后接地，19引脚、20引脚连接后接地，12引脚、26引脚、33引脚分别接地，28、29引脚连接后接3.3V电压，30引脚连接MCU芯片的22引脚，31引脚连接MCU芯片的23引脚，2引脚连接MCU芯片的21引脚，3引脚连接MCU芯片的194引脚，4引脚连接MCU芯片的15引脚，7引脚连接MCU芯片的12引脚，8引脚连接MCU芯片的45引脚，9引脚连接MCU芯片的43引脚，10引脚连接MCU芯片的40引脚，11引脚连接MCU芯片的39引脚，13引脚连接MCU芯片的51引脚，14引脚连接MCU芯片的43引脚，15引脚连接MCU芯片的37引脚，16引脚连接MCU芯片的1引脚，17引脚连接MCU芯片的181引脚，18引脚连接MCU芯片的180引脚，21引脚连接MCU芯片的3引脚，22引脚连接MCU芯片的178引脚，23引脚连接MCU芯片的177引脚，24引脚连接MCU芯片的175引脚，25引脚连接MCU的164引脚，27引脚连接MCU芯片的17引脚。

本设备的LCD液晶屏采用夏普5.7寸工业屏，通过MCU芯片的的LCD接口进行控制，数据为RGB565模式。

本设备按键分为两种，一种为2*4行列扫描按键，另一种为单输入按键。

如图9所示，本设备的按键接口电路采用2*4行列扫描按键，8个操作按键键盘通过插座XS11接入控制板，插座XS24为预留接口，插座XS11的2脚、1脚、3脚、5脚、7脚、9脚分别连接插座XS24的6脚、5脚、4脚、3脚、2脚、1脚，同时分别通过TVS管TVS17、TVS管TVS16、TVS管TVS15、TVS管TVS14、TVS管TVS13、TVS管TVS12接地，然后又分别通过电阻R89、电阻R86、电阻R85、电阻R83、电阻R80、电阻R77与MCU芯片的147脚、120脚、124脚、123脚、122脚、120脚连接，插座XS11的10脚通过电阻R178接3.3V电压，同时通过电阻R179连接MCU芯片的199脚，用于预留感光检测，然后又通过TVS管TVS9接地，插座XS11的4脚、XS24的7脚分别接地；每路输入信号上放置一个TVS管、1nF电容进行ESD保护。

如图10所示，本设备的报警按键接口电路采用单输入按键：带铅封和指示灯的报警按键，按键通过插座SX12接入控制板，插座XS12的1脚接5V电压，2脚通过TVS管TVS18接地；同时通过电阻R84连接三极管VT4的集电极，三极管VT4的基极连接MCU芯片的88引脚，同时通过电阻R88接地，发射极通过电阻R88与基极连接，同时发射极接地，插座XS12的3脚通过反向二极管VD23和电阻R87连接MCU芯片的86引脚，同时通过电阻R90接3.3V电压，插座XS12的3脚又通过TVS管TVS19接地，插座XS12的4脚接地。

如图11所示，GPS芯片厂家为u-Blox，型号为NEO-M8N。GPS芯片连接MCU芯片的USART2端口，使用外接有源GPS天线。

GPS芯片N14的3脚通过电阻R48接MCU芯片的118脚，4脚通过电阻R39接MCU芯片的115脚，8脚为GPS的复位引脚，接MCU芯片的112脚，并通过电阻R40、电阻R149、电阻R148接电压3.3V，同时又通过电容C61接地，9脚为天线电源引脚，通过电阻R148和R149接3.3V电压，并通过电阻R38和电感L4连接GPS有源天线插座接口XS5，10脚、12脚、13脚、24脚分别接地，11脚为GPS天线输入引脚，直接连接天线插座接口XS5，并通过esd保护管VD16接地，进行防静电保护。23脚为电源供电引脚，接3.3V电压，并分别通过电容C60和电容C59接地，起滤波作用。22引脚为备用电池接入引脚，直接连接纽扣电池BAT1的正极，纽扣电池BAT1的负极接地，20脚和21引脚为串口通讯引脚，分别通过电阻R37和电阻R36连接MCU芯片的165脚和162脚，实现MCU芯片与GPS芯片的通信。

如图12所示，本设备的复位电路采用型号为MAX809RTRG的复位芯片N16实现掉电复位功能。复位芯片N16的3脚接3.3V电压，并通过电容C69与1脚连接后接地，2脚通过二极管VD21连接到MCU芯片的185引脚，当电源电压（3.3V）低于芯片门限值2.63V时，复位芯片通过2引脚输出一个低电平的复位信号给MCU芯片，使其复位，并分别通过按钮开关SW1、电容C70同时接地，又通过电阻R63接3.3V电压。

如图13所示，本设备以太网部分采用TI公司的DP83848IVV（N23），单端口 10/100Mb/s 以太网物理层收发器，实现与LTE网络传输单元之间的数据转换。

以太网芯片N23的2引脚接MCU芯片的16脚，实现以太网发数据的使能，3引脚、4引脚分别连接MCU芯片的95脚、100脚，43引脚、44引脚分别连接MCU芯片的87脚、47脚，41引脚通过电阻R163接地，39引脚连接MCU芯片的90脚，并通过电阻R162接3.3V电压，31引脚连接MCU芯片的201脚，30引脚连接MCU芯片的93脚，并通过电阻R167接3.3V电压，29引脚连接MCU芯片的94脚，通过MCU芯片来控制以太网芯片的复位，7引脚通过电阻R171接3.3V电压，34脚为晶振输入引脚，通过电阻R170连接到MCU芯片的96脚，同时又连接到晶振G4的3脚，晶振G4的1脚和4脚连接后接3.3V电压，并分别通过电容C165、电容C145接地，晶振G4的2脚接地，24引脚通过电阻R172接地，37引脚、18引脚、23引脚通过连接电容C149、电容C152、电容C151、电容C150后接地，17引脚、16引脚为以太网数据的发送引脚，分别连接到插座XS25的7脚、6脚接入以太网，14引脚、15引脚为接收引脚，分别连接到插座XS25的5脚、4脚，接收以太网的数据，21脚、20引脚分别通过电阻R164和电阻R165接3.3V电压，28引脚、27引脚、26脚为指示灯引脚，其中27引脚为数据传输速度指示，连接指示灯VD27，并通过电阻R166接3.3V电压，28引脚为连接转态指示，连接到插座XS25的2脚，同时28引脚通过电阻R168接3.3V电压，26引脚为数据指示，连接到插座XS25的3脚，22引脚、48引脚、32引脚为供电引脚，通过连接电容C143和电容C144的一端后接3.3V电压，电容C143和电容C144的另一端分别接地，同时22引脚、48引脚、32引脚又通过连接电容C146、电容C147、电容C148后接地，19引脚、15引脚、47引脚、35引脚、36引脚连接后接地。

本设备的LTE网络传输单元（CPE）选用博特技术型号为BP7420，设备集LTE调制解调器、路由器和接入点三者功能于一体，为用户提供安全、可靠、方便、灵活的无线宽带连接；设备提供专业的工业现场接口，可以同时实现组建物联数据专网、远程数据接入、视频监控等7x24小时无人值守的应用功能。该传输单元通过标准网线与主控单元连接通信。

如图14所示，本设备Code芯片厂家为TI，Code芯片型号为TLV320AIC3106Code，芯片N18的1引脚、2引脚为I2C接口，分别接MCU芯片的132脚、133脚，用于配置芯片的控制寄存器，37引脚、38引脚、39引脚、40引脚、41引脚为I2S接口，分别连接MCU芯片的161脚、105脚、107脚、166脚、111脚，用于与MCU芯片间的语音数据，29引脚、30引脚、31引脚、32引脚分别为左声道和右声道的语音数据输出引脚，分别通过电阻R103、电阻R107、电阻R110、电阻R112接到功放芯片N21的11脚、12脚、20脚、19脚，33引脚接到MCU芯片的34脚，43引脚通过电阻R68接地，16引脚、17引脚、24引脚连接后接3.3V模拟电压，25引脚连接电容C93和电容C95的一端后接3.3V模拟电压，电容C93和电容C95的另一端接地，44引脚连接电容C96和电容C97的一端后接3.3V电压，电容C96和电容C97的另一端接地，36引脚接1.8V电压，0引脚、20引脚、21引脚、15引脚、26引脚、42引脚连接后接地，45、46引脚连接后接地；3.3V模拟电压通过电感L10与3.3V电压相连，并通过电容C26接地，1.8V电压由型号为LP5907MFX-1.8/NOPB的TI芯片N2从3.3V电压转换所得，TI芯片N2的1脚、3脚接3.3V电压，并通过电容C3接地，2脚接地，5脚输出1.8V电压，并通过电容C4接地，电容C3和电容C4为滤波作用。

如图15所示，本设备的功放芯片厂家为ADI，型号为SSM3302。它有两路D类音频功放，每路可输出20W（在18V供电，负载8Ω，20W@3%THD。在14V供时，负载8Ω，10W@3%THD）。功放芯片的左输出驱动外置扬声器，右输出驱动内置扬声器。内置扬声器输出功率小，限定在5W。

功放芯片N21的1-6引脚为左输出引脚，1引脚通过电容C102与2引脚和3引脚连接，又通过电感L5连接电容C105和电容C103的一端后连接到外置扬声器插座XS10的1脚，6引脚通过电容C109与4引脚和5引脚连接，又通过电感L7连接电容C105的另一端和电容C107的一端后连接到外置扬声器插座XS10的2脚，电容C103和电容C107的另一端连接后接地，8引脚通过电容C111、9引脚通过电阻R124与7引脚连接后一起接地，10引脚通过连接电阻R127的一端和电阻R128后接接5V电压，电阻R127的另一端接地，11引脚通过连接电容C114、20引脚通过连接电容C117后再分别连接电阻R133的两端，12引脚通过连接电容C115、19引脚通过连接电容C116后再分别连接电阻R132的两端，21引脚通过电阻R129接5V电压，又通过电阻R130接地，22引脚通过电阻R125与24引脚连接后接地，23引脚通过电阻R123接12V电压，又通过电阻R126接地，25-30引脚为右输出引脚，25引脚通过电容C110与26引脚、27引脚相连接，再通过电感L8连接电容C106和电容C108的一端后又连接到内置扬声器插座XS16的1脚，30引脚通过电容C101与28引脚、29引脚相连接，再通过电感L6连接电容C106的另一端和电容C123的一端后又连接到内置扬声器插座XS16的2脚，电容C123的另一端和电容C108的另一端连接后接地， 31引脚、32引脚、33引脚连接后通过电容C98接12V电压，又同时接地，又通过电容C100连接34引脚、35引脚、36引脚和37引脚，34引脚、35引脚、36引脚和37引脚又通过电容C99连接38引脚、39引脚、40引脚和0引脚后接地。

内置扬声器插座XS16通过带线插头直接连接到扬声器上，功放芯片N21的35引脚、36引脚和37引脚为12V供电引脚，31引脚、32引脚、33引脚、38引脚、39引脚、40引脚、0引脚为接地引脚。由电容C112、电容C113、电容C119、电容C121组成滤波器，滤除从code芯片传出的音频数据中的杂波。

如图16所示，本设备的存储器设计采用系统资源与用户数据物理分离的方法，减少因为存取数据造成字库损坏，影响系统运行的情况。采用两片存储芯片组成存储电路，第一存储芯片N12挂在SPIFI上用于存图片、字库、语音提示等，平时基本上是只读的；第二存储芯片N13挂在SSP上，用于存工作日志和预警信息记录。

第一存储芯片N12的1引脚连接至MCU芯片的171脚，2引脚为电源输入引脚，连接3.3V电压，3引脚为复位引脚，连接至MCU芯片的168脚，并通过电阻R25接3.3V电压，同时通过电容C49、电容C50分别接地，7引脚为片选信号，连接至MCU芯片的179脚，并通过电阻R32接3.3V电压，8引脚连接至MCU芯片的174脚，9引脚连接至MCU芯片的173脚，10引脚接地，15引脚连接至MCU芯片的176脚，16引脚为时钟信号，连接至MCU芯片的169脚；第二存储芯片N13的2脚为电源输入引脚，连接3.3V电压，3脚为复位引脚，连接至MCU芯片的170脚，并通过电阻R29接3.3V电压，7引脚为片选引脚，连接至MCU芯片的190脚，并通过电阻R33接3.3V电压，8引脚连接至MCU芯片的192脚，15引脚连接至MCU芯片的193引脚，16引脚为时钟信号，连接至MCU芯片的172脚，10引脚接地，9引脚通过电阻R30接3.3V电压。

如图17所示，由第一开关电源芯片N4和第二开关电源芯片N1、LDO电源芯片N5、升压芯片N3、防反向电压电路组成本设备的电源电路，防反向电压电路包括MOS管VT9和MOS管VT10、TVS管TVS1、三极管VT11、二极管VD28、二极管VD29、二极管VD6，MOS管VT9的2脚通过电阻R24、二极管VD28、二极管VD29与MOS管VT10的2脚分别接8.4V电压，同时连接到所述的升压芯片N3、LDO电源芯片N5、LDO电源芯片N5第一开关电源芯片N4和第二开关电源芯片N1，MOS管VT9的3脚和MOS管VT10的3脚相连接，MOS管VT9的1脚和MOS管VT10的1脚相连接，同时MOS管VT9的1脚通过电阻R176连接二极管VD28和二极管VD29的负极，MOS管VT10的1脚连接三极管VT11的集电极，三极管VT11的基极连接电阻R177的一端后接8.4V电压，电阻R177的另一端与三极管VT11的发射极连接后接地。

本设备电源电路的升压芯片N3的1引脚和2引脚连接，并通过二极管VD3连接电阻R7和电阻R8后与9引脚相连，并通过电阻R7的一端连接电容C10和电容C159的一端，并通过VD4接12V电压，电容C10和电容C159的另一端接地，8引脚通过电阻R14和电容C15与9引脚通过电阻R13连接后接地，10引脚通过电阻R12接地，11引脚、12引脚、13引脚、14引脚、15引脚连接后接地，升压芯片N3的4引脚连接MCU的104引脚，并通过电阻R10与3引脚相连，再通过电感L2连接1引脚和2引脚，然后通过电容C13接地。

本设备电源电路的LDO电源芯片N5的1引脚分别通过连接电容C130、电容C22后接地，3引脚接5V电压，并通过电容C23、电容C24接地，2引脚接地。

本设备电源电路的第一开关电源芯片N4的7引脚通过连接电容C16和电容C17后分别接地，再通过连接电感L9、电感L14、电感L12后接12V电压，3引脚通过电阻R18与6引脚和0引脚连接后接地；1引脚通过电容C21连接8引脚，再通过连接二极管VD10后接地，再通过电感L3连接电阻R15、电容C18、电容C19和电容C20的一端，再通过二极管VD9连接第二开关电源芯片N1、LDO电源芯片N5、升压芯片N3及防反向电压电路，电阻R15的另一端与4引脚连接后再通过电阻R16接地，电容C18、电容C19和电容C20的另一端接地。

本设备电源电路的第二开关电源芯片N1的7引脚通过连接电容C2、电容C166、电感L19、电感L18、电容C1后分别接地，3引脚通过电阻R4与6引脚和0引脚同时接地，4引脚通过电阻R1接地，再通过电阻R2连接到8引脚，1引脚通过电容C8与8引脚相连接，然后通过二极管VD1接地，再通过电感L1与电容C5、电容C6、电容C7、电阻R3接3.3V电压，电容C5、电容C6和电容C7的另一端接地，电阻R3的另一端通过二极管VD2接地。

本设备采用电池供电或者外部电源DC12V供电，DC12V可以对电池充电。电池标称电压为7.4V。主控单元控制电路上需要使用到的电压有：

12V——LED液晶屏背光接口电路、功放芯片电路；

7.4V——电池电压；

5V——USB电源管理芯片、MAX202、报警按键灯、LED指示灯；

3.3V——MCU、code、RTC、flash、SDRAM、GPS、复位电路、液晶屏数据接口等；

3.3V-A——code、MCU；

1.8V——code。

正常情况下设备使用电池供电，供电电压为7.4V，从插座XS21的1引脚输入。经过MOS管VT9和MOS管VT10以及二极管VD28、二极管VD29、二极管VD6D和电阻R176、电阻R24、电阻R177等组成的防反向电压电路，分三路分别连接到DCDC升压芯片N3、LDO芯片N5、第一N4和第二开关电源芯片N1。DCDC升压芯片N3使能脚4引脚打开，然后

路经DCDC升压芯片N3转换到12V，供给液晶屏背光和功放电路使用。②路经过LDO芯片N5转换成5V电压，③路经过DCDC第二开关电源芯片N1转换成3.3V电压。

两个DCDC开关电源芯片芯片N4和N1选用型号为LM22670，该芯片输入范围宽4.5V~42V，输出电流最高达3A，精度±1.5%，开关频率可在200kHz到1MHz之间调整，外围电路简单，占用面积较小。

DCDC升压芯片N3选用型号为TPS55340PWP，可使用在2.9V至32V的宽输入电压范围内，开关频率可在100kHz到1.2MHz之间调节，输出电压可高达40V，0.5mA的运行静态电流。LDO芯片N5使用L78M05芯片。

如图18和图19所示，接口转换电路包括USB接口电路和维护接口电路，USB接口电路采用型号为PRTR5V0U4D的ESD防护芯片N9和型号为LM3526-H的电源管理芯片N10，进行电源输出管理，防止输出过流。维护接口电路用于主控板程序调试及升级，采用型号为MAX3232N15的接口芯片N15实现TTL电平转RS232电平。

电源管理芯片N10的1引脚接MCU芯片的113引脚，并通过电阻R21接地，2引脚接MCU芯片的119引脚，并通过电阻R22接3.3V电压，4引脚通过电阻R31接地，8引脚为电源输出引脚，接插座XS4的1脚，7引脚为电源输入引脚，接5.0V电压，并通过滤波电容C48接地，6引脚接地。ESD防护芯片N9的1引脚接插座XS4的2脚，并和MCU芯片的28脚相连，2引脚接地，3引脚连接插座XS4的3脚，并和MCU芯片的26脚相连，5引脚连接电源管理芯片N10的8脚和插座XS4的1脚，XS4的4引脚接地。

接口芯片N15的1引脚通过电容C66和3引脚连接，4引脚通过电容C64和5引脚连接，2引脚和6引脚分别通过电容C63和电容C67接地，7引脚为接口芯片N15的RS232电平输出引脚，通过电阻R55连接到插座XS7的3脚，8引脚为接口芯片N15的RS232电平输入引脚，通过电阻R54连接到插座XS7的2引脚，16引脚为电源引脚，连接3.3V电压，15引脚接地，10引脚为接口芯片N15的TTL电平发送引脚，连接至MCU芯片的127脚，9引脚为接口芯片N15的TTL电平接收引脚，连接至MCU芯片的128脚。

插座XS7的1引脚通过可恢复性保险F3连接12V电压，并通过ESD保护管TVS4接地，2引脚通过ESD保护管TVS5接地，3引脚通过ESD保护管TVS3接地，4引脚通过电阻R57和二极管VD18连接MCU芯片的138脚（A9），并通过电阻R66接3.3V电压，MCU芯片的140脚（A8）、58脚（A6）、60脚（A7）分别通过电阻R69、电阻R72、电阻R73接地，，MCU芯片的144脚（A0）通过电阻R71接3.3V电压。

本设备基于LTE-R通信为线路作业人员提供一种高效的线路防护报警手段，在发现紧急情况下，快速有效的向邻近列车发送线路防护报警信息，提示列车司机前方线路故障，注意行车安全，并能接收列车发出的接近预警信息，提示作业人员列车接近进行避让。

Claims (10)

1.一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，包括由按键*8、报警按键、带灯电源开关组成的按键单元，包括电源单元、主控单元、LTE-R网络传输单元、显示单元和由GPS天线、USB口、维护接口、扬声器、LTE天线组成的接口单元；所述的主控单元分别与接口单元的GPS天线、USB口、维护接口、扬声器连接；主控单元分别与电源单元、LTE-R网络传输单元、显示单元连接；主控单元分别与按键单元的按键*8、报警按键、带灯电源开关连接；LTE-R网络传输单元与接口单元的LTE天线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，所述的主控单元包括型号为LPC4357的MCU芯片、型号为NEO-M8N的GPS芯片、型号为DP838481VV的以太网芯片、型号为TLV320AIC3106的code芯片、型号为SSM3302的功放芯片、型号为MX66L51235F的第一存储芯片和第二存储芯片、型号为LM22670的第一开关电源芯片和第二开关电源芯片、型号为L78M05的LDO电源芯片、型号为TPS55340PWP的升压芯片、防反向电压电路、复位电路、按键接口电路、报警按键接口电路和接口转换电路；其中MCU芯片通过UART2端口与GPS芯片双向连接，通过RMII端口与以太网芯片双向连接，分别通过USB0端口和UART3端口与接口转换电路双向连接，分别通过I/O端口与按键接口电路、报警按键接口电路连接，分别通过12C端口和12S端口与code芯片连接，通过SSP端口与第一存储芯片双向连接，通过SPIFI端口与第二存储芯片双向连接，通过LCD端口连接LCD液晶屏数据接口；所述的MCU芯片连接复位电路，所述的防反向电压电路的输出端与第一开关电源芯片的输出端连接后分别连接第二开关电源芯片、LDO电源芯片和升压芯片的输入端，第二开关电源芯片、LDO电源芯片和升压芯片的输出端分别输出3.3V、5V、12V电压，其中12V电压接LCD液晶屏背光接口；所述的以太网芯片双向连接LTE-R网络传输单元，所述的code芯片连接功放芯片，功放芯片连接扬声器接口。

3.根据权利要求2所述的一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，所述的MCU芯片的198引脚通过电感L13接3.3V电压，24引脚、25引脚、135引脚、188引脚、195引脚、82引脚、33引脚、6引脚、52引脚、57引脚、102引脚、110引脚、155引脚、160引脚、202引脚连接后接3.3V电压，同时198引脚、24引脚、25引脚、184引脚、135引脚、188引脚分别通过电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36连接后接地；195引脚、82引脚、33引脚、6引脚、52引脚、57引脚、102引脚、110引脚、155引脚、160引脚、202引脚分别通过电容C46、电容C45、电容C44、电容C43、电容C42、电容C41、电容C40、电容C39、电容C38、电容C37连接后接地；27引脚、31引脚、5引脚、56引脚、109引脚、157引脚、196引脚连接后接地，32引脚通过电阻R56接地。

4.根据权利要求2所述的一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，所述的LCD液晶屏背光接口通过7芯插座XS9连接LCD液晶屏，7芯插座XS9的0引脚接地，3引脚、4引脚连接后接地，1引脚、2引脚连接后接12V电压，同时又分别通过电容C157、电容C158接地，5引脚连接MCU芯片的50引脚，6引脚通过电阻R64连接MCU芯片的61引脚；

所述的LCD液晶屏数据接口通过33芯插座XS8连接LCD液晶屏，33芯插座XS10的0引脚、1引脚连接后接地，5引脚、6引脚连接后接地，19引脚、20引脚连接后接地，12引脚、26引脚、33引脚分别接地，28、29引脚连接后接3.3V电压，30引脚连接MCU芯片的22引脚，31引脚连接MCU芯片的23引脚，2引脚连接MCU芯片的21引脚，3引脚连接MCU芯片的194引脚，4引脚连接MCU芯片的15引脚，7引脚连接MCU芯片的12引脚，8引脚连接MCU芯片的45引脚，9引脚连接MCU芯片的43引脚，10引脚连接MCU芯片的40引脚，11引脚连接MCU芯片的39引脚，13引脚连接MCU芯片的51引脚，14引脚连接MCU芯片的43引脚，15引脚连接MCU芯片的37引脚，16引脚连接MCU芯片的1引脚，17引脚连接MCU芯片的181引脚，18引脚连接MCU芯片的180引脚，21引脚连接MCU芯片的3引脚，22引脚连接MCU芯片的178引脚，23引脚连接MCU芯片的177引脚，24引脚连接MCU芯片的175引脚，25引脚连接MCU的164引脚，27引脚连接MCU芯片的17引脚。

5.根据权利要求2所述的一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，所述的按键接口电路采用2*4行列扫描按键，8个操作按键键盘通过插座XS11接入控制板，插座XS24为预留接口，插座XS11的2脚、1脚、3脚、5脚、7脚、9脚分别连接插座XS24的6脚、5脚、4脚、3脚、2脚、1脚，同时分别通过TVS管TVS17、TVS管TVS16、TVS管TVS15、TVS管TVS14、TVS管TVS13、TVS管TVS12接地，然后又分别通过电阻R89、电阻R86、电阻R85、电阻R83、电阻R80、电阻R77与MCU芯片的147脚、120脚、124脚、123脚、122脚、120脚连接，插座XS11的10脚通过电阻R178接3.3V电压，同时通过电阻R179连接MCU芯片的199脚，然后又通过TVS管TVS9接地，插座XS11的4脚、XS24的7脚分别接地；

所述的报警按键接口电路采用带铅封和指示灯的报警按键，按键通过插座SX12接入控制板，插座XS12的1脚接5V电压，2脚通过TVS管TVS18接地；同时通过电阻R84连接三极管VT4的集电极，三极管VT4的基极连接MCU芯片的88引脚，同时通过电阻R88接地，发射极通过电阻R88与基极连接，同时发射极接地，插座XS12的3脚通过反向二极管VD23和电阻R87连接MCU芯片的86引脚，同时通过电阻R90接3.3V电压，插座XS12的3脚又通过TVS管TVS19接地，插座XS12的4脚接地。

6.根据权利要求2所述的一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，所述的GPS芯片N14的3脚通过电阻R48接MCU芯片的118脚，4脚通过电阻R39接MCU芯片的115脚，8脚为GPS的复位引脚，接MCU芯片的112脚，并通过电阻R40、电阻R149、电阻R148接电压3.3V，同时又通过电容C61接地，9脚为天线电源引脚，通过电阻R148和R149接3.3V电压，并通过电阻R38和电感L4连接GPS有源天线插座接口XS5，10脚、12脚、13脚、24脚分别接地，11脚为GPS天线输入引脚，直接连接天线插座接口XS5，并通过esd保护管VD16接地，23脚为电源供电引脚，接3.3V电压，并分别通过电容C60和电容C59接地，22引脚为备用电池接入引脚，直接连接纽扣电池BAT1的正极，纽扣电池BAT1的负极接地，20脚和21引脚为串口通讯引脚，分别通过电阻R37和电阻R36连接MCU芯片的165脚和162脚，实现MCU芯片与GPS芯片的通信；

所述的复位电路采用型号为MAX809RTRG的复位芯片N16，复位芯片N16的3脚接3.3V电压，并通过电容C69与1脚连接后接地，2脚通过二极管VD21连接到MCU芯片的185引脚，并分别通过按钮开关SW1、电容C70同时接地，又通过电阻R63接3.3V电压。

7.根据权利要求2所述的一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，所述的以太网芯片N23的2引脚接MCU芯片的16脚，3引脚、4引脚分别连接MCU芯片的95脚、100脚，43引脚、44引脚分别连接MCU芯片的87脚、47脚，41引脚通过电阻R163接地，39引脚连接MCU芯片的90脚，并通过电阻R162接3.3V电压，31引脚连接MCU芯片的201脚，30引脚连接MCU芯片的93脚，并通过电阻R167接3.3V电压，29引脚连接MCU芯片的94脚，7引脚通过电阻R171接3.3V电压，34引脚通过电阻R170连接到MCU芯片的96脚，同时又连接到晶振G4的3脚，晶振G4的1脚和4脚连接后接3.3V电压，并分别通过电容C165、电容C145接地，晶振G4的2脚接地，24引脚通过电阻R172接地，37引脚、18引脚、23引脚通过连接电容C149、电容C152、电容C151、电容C150后接地，17引脚、16引脚分别连接到插座XS25的7脚、6脚，14引脚、15引脚分别连接到插座XS25的5脚、4脚，21脚、20引脚分别通过电阻R164和电阻R165接3.3V电压，28引脚、27引脚、26脚为指示灯引脚，其中27引脚为数据传输速度指示，连接指示灯VD27，并通过电阻R166接3.3V电压，28引脚为连接转态指示，连接到插座XS25的2脚，同时28引脚通过电阻R168接3.3V电压，26引脚为数据指示，连接到插座XS25的3脚，22引脚、48引脚、32引脚为供电引脚，通过连接电容C143和电容C144的一端后接3.3V电压，电容C143和电容C144的另一端分别接地，同时22引脚、48引脚、32引脚又通过连接电容C146、电容C147、电容C148后接地，19引脚、15引脚、47引脚、35引脚、36引脚连接后接地。

8.根据权利要求2所述的一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，所述的Code芯片N18的1引脚、2引脚为I2C接口，分别接MCU芯片的132脚、133脚，37引脚、38引脚、39引脚、40引脚、41引脚为I2S接口，分别连接MCU芯片的161脚、105脚、107脚、166脚、111脚，29引脚、30引脚、31引脚、32引脚分别为左声道和右声道的语音数据输出引脚，分别通过电阻R103、电阻R107、电阻R110、电阻R112接到所述功放芯片N21的11脚、12脚、20脚、19脚，33引脚接到MCU芯片的34脚，43引脚通过电阻R68接地，16引脚、17引脚、24引脚连接后接3.3V模拟电压，25引脚连接电容C93和电容C95的一端后接3.3V模拟电压，电容C93和电容C95的另一端接地，44引脚连接电容C96和电容C97的一端后接3.3V电压，电容C96和电容C97的另一端接地，36引脚接1.8V电压，0引脚、20引脚、21引脚、15引脚、26引脚、42引脚连接后接地，45、46引脚连接后接地；

所述的3.3V模拟电压通过电感L10与3.3V电压相连，并通过电容C26接地，所述的1.8V电压由型号为LP5907MFX-1.8/NOPB的TI芯片N2从3.3V电压转换所得，TI芯片N2的1脚、3脚接3.3V电压，并通过电容C3接地，2脚接地，5脚输出1.8V电压，并通过电容C4接地。

9.根据权利要求2所述的一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，所述的功放芯片N21的1引脚通过电容C102与2引脚和3引脚连接，又通过电感L5连接电容C105和电容C103的一端后连接到外置扬声器插座XS10的1脚，6引脚通过电容C109与4引脚和5引脚连接，又通过电感L7连接电容C105的另一端和电容C107的一端后连接到外置扬声器插座XS10的2脚，电容C103和电容C107的另一端连接后接地，8引脚通过电容C111、9引脚通过电阻R124与7引脚连接后一起接地，10引脚通过连接电阻R127的一端和电阻R128后接接5V电压，电阻R127的另一端接地，11引脚通过连接电容C114、20引脚通过连接电容C117后再分别连接电阻R133的两端，12引脚通过连接电容C115、19引脚通过连接电容C116后再分别连接电阻R132的两端，21引脚通过电阻R129接5V电压，又通过电阻R130接地，22引脚通过电阻R125与24引脚连接后接地，23引脚通过电阻R123接12V电压，又通过电阻R126接地，25引脚通过电容C110与26引脚、27引脚相连接，再通过电感L8连接电容C106和电容C108的一端后又连接到内置扬声器插座XS16的1脚，30引脚通过电容C101与28引脚、29引脚相连接，再通过电感L6连接电容C106的另一端和电容C123的一端后又连接到内置扬声器插座XS16的2脚，电容C123的另一端和电容C108的另一端连接后接地，31引脚、32引脚、33引脚连接后通过电容C98接12V电压，又同时接地，又通过电容C100连接34引脚、35引脚、36引脚和37引脚，又通过电容C99连接38引脚、39引脚、40引脚和0引脚后接地；

所述第一存储芯片和第二存储芯片组成存储电路，第一存储芯片N12的1引脚连接至MCU芯片的171脚，2引脚为电源输入引脚，连接3.3V电压，3引脚为复位引脚，连接至MCU芯片的168脚，并通过电阻R25接3.3V电压，同时通过电容C49、电容C50分别接地，7引脚为片选信号，连接至MCU芯片的179脚，并通过电阻R32接3.3V电压，8引脚连接至MCU芯片的174脚，9引脚连接至MCU芯片的173脚，10引脚接地，15引脚连接至MCU芯片的176脚，16引脚为时钟信号，连接至MCU芯片的169脚；第二存储芯片N13的2脚为电源输入引脚，连接3.3V电压，3脚为复位引脚，连接至MCU芯片的170脚，并通过电阻R29接3.3V电压，7引脚为片选引脚，连接至MCU芯片的190脚，并通过电阻R33接3.3V电压，8引脚连接至MCU芯片的192脚，15引脚连接至MCU芯片的193引脚，16引脚为时钟信号，连接至MCU芯片的172脚，10引脚接地，9引脚通过电阻R30接3.3V电压。

10.根据权利要求2所述的一种基于LTE-R网络的铁路施工防护设备，其特征在于，由所述的第一开关电源芯片N4和第二开关电源芯片N1、LDO电源芯片N5、升压芯片N3、防反向电压电路组成电源电路，防反向电压电路包括MOS管VT9和MOS管VT10、TVS管TVS1、三极管VT11、二极管VD28、二极管VD29、二极管VD6，MOS管VT9的2脚通过电阻R24、二极管VD28、二极管VD29与MOS管VT10的2脚分别接8.4V电压，同时连接到所述的升压芯片N3、LDO电源芯片N5、LDO电源芯片N5第一开关电源芯片N4和第二开关电源芯片N1，MOS管VT9的3脚和MOS管VT10的3脚相连接，MOS管VT9的1脚和MOS管VT10的1脚相连接，同时MOS管VT9的1脚通过电阻R176连接二极管VD28和二极管VD29的负极，MOS管VT10的1脚连接三极管VT11的集电极，三极管VT11的基极连接电阻R177的一端后接8.4V电压，电阻R177的另一端与三极管VT11的发射极连接后接地；

所述升压芯片N3的1引脚和2引脚连接，并通过二极管VD3连接电阻R7和电阻R8后与9引脚相连，并通过电阻R7的一端连接电容C10和电容C159的一端，并通过VD4接12V电压，电容C10和电容C159的另一端接地，8引脚通过电阻R14和电容C15与9引脚通过电阻R13连接后接地，10引脚通过电阻R12接地，11引脚、12引脚、13引脚、14引脚、15引脚连接后接地，升压芯片N3的4引脚连接MCU的104引脚，并通过电阻R10与3引脚相连，再通过电感L2连接1引脚和2引脚，然后通过电容C13接地；

所述LDO电源芯片N5的1引脚分别通过连接电容C130、电容C22后接地，3引脚接5V电压，并通过电容C23、电容C24接地，2引脚接地；

所述第一开关电源芯片N4的7引脚通过连接电容C16和电容C17后分别接地，再通过连接电感L9、电感L14、电感L12后接12V电压，3引脚通过电阻R18与6引脚和0引脚连接后接地；1引脚通过电容C21连接8引脚，再通过连接二极管VD10后接地，再通过电感L3连接电阻R15、电容C18、电容C19和电容C20的一端，再通过二极管VD9连接所述的第二开关电源芯片N1、LDO电源芯片N5、升压芯片N3及防反向电压电路，电阻R15的另一端与4引脚连接后再通过电阻R16接地，电容C18、电容C19和电容C20的另一端接地；

所述第二开关电源芯片N1的7引脚通过连接电容C2、电容C166、电感L19、电感L18、电容C1后分别接地，3引脚通过电阻R4与6引脚和0引脚同时接地，4引脚通过电阻R1接地，再通过电阻R2连接到8引脚，1引脚通过电容C8与8引脚相连接，然后通过二极管VD1接地，再通过电感L1与电容C5、电容C6、电容C7、电阻R3接3.3V电压，电容C5、电容C6和电容C7的另一端接地，电阻R3的另一端通过二极管VD2接地；

所述的接口转换电路包括USB接口电路和维护接口电路，USB接口电路采用型号为PRTR5V0U4D的ESD防护芯片N9和型号为LM3526-H的电源管理芯片N10，进行电源输出管理，防止输出过流，维护接口电路用于主控板程序调试及升级，采用型号为MAX3232N15的接口芯片N15实现TTL电平转RS232电平；

所述的电源管理芯片N10的1引脚接MCU芯片的113引脚，并通过电阻R21接地，2引脚接MCU芯片的119引脚，并通过电阻R22接3.3V电压，4引脚通过电阻R31接地，8引脚为电源输出引脚，接插座XS4的1脚，7引脚为电源输入引脚，接5.0V电压，并通过滤波电容C48接地，6引脚接地；所述的ESD防护芯片N9的1引脚接插座XS4的2脚，并和MCU芯片的28脚相连，2引脚接地，3引脚连接插座XS4的3脚，并和MCU芯片的26脚相连，5引脚连接电源管理芯片N10的8脚和插座XS4的1脚，XS4的4引脚接地；

所述的接口芯片N15的1引脚通过电容C66和3引脚连接，4引脚通过电容C64和5引脚连接，2引脚和6引脚分别通过电容C63和电容C67接地，7引脚为接口芯片N15的RS232电平输出引脚，通过电阻R55连接到插座XS7的3脚，8引脚为接口芯片N15的RS232电平输入引脚，通过电阻R54连接到插座XS7的2引脚，16引脚为电源引脚，连接3.3V电压，15引脚接地，10引脚为接口芯片N15的TTL电平发送引脚，连接至MCU芯片的127脚，9引脚为接口芯片N15的TTL电平接收引脚，连接至MCU芯片的128脚；插座XS7的1引脚通过可恢复性保险F3连接12V电压，并通过ESD保护管TVS4接地，2引脚通过ESD保护管TVS5接地，3引脚通过ESD保护管TVS3接地，4引脚通过电阻R57和二极管VD18连接MCU芯片的138脚，并通过电阻R66接3.3V电压，MCU芯片的140脚、58脚、60脚分别通过电阻R69、电阻R72、电阻R73接地，MCU芯片的144脚通过电阻R71接3.3V电压。

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