CN111776016A - 一种调车信号灯状态和道岔位置检测装置 - Google Patents

一种调车信号灯状态和道岔位置检测装置 Download PDF

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方鸣
牛文辉
付永丽
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Abstract

本发明属于非电气集中联锁站场作业管理系统技术领域，特别涉及一种调车信号灯状态和道岔位置检测装置，包括检测盒体，安装在信号灯遮檐下方和尖轨下方的轨枕上；电路板，安装在所述检测盒体的内部，包括控制单元、通信单元、供电单元和采集单元，所述采集单元包括信号灯状态采集单元和/或道岔位置采集单元，将信号灯灯位状态、道岔位置信号传输给控制单元，所述控制单元通过通信单元将采集信号传输给室内监控设备，所述供电单元为整个电路板供电。本发明方便现场安装和维护，能够实时采集信号灯灯位状态和道岔位置，减轻作业人员的劳动强度，客观真实准确地反映现场进路情况，有效防止作业事故的发生。

Description

一种调车信号灯状态和道岔位置检测装置
技术领域
本发明属于非电气集中联锁站场作业管理系统技术领域，特别涉及一种调车信号灯状态和道岔位置检测装置。
背景技术
目前，电气集中联锁系统是站场控制机车作业的主要手段，但是电气集中联锁系统造价高昂，施工工艺复杂及工程量庞大，所以，在全路很多车站都还存在非集中调车作业区，道岔等轨旁设备都是非电气联锁控制，站场状态需要人工目视操作，机车调车作业依靠作业人员目视确认进路的开通状态，一旦作业人员错误识别进路状态，或无关人员误扳动道岔，极易造成错送、挤岔甚至脱轨事故。多年来，此类事故在全路屡有发生，已经成为车站安全作业的重点；例如：车辆段日常负责车辆的日常检修、维修作业。有特定的维修工作场地，维修场内不设置集中控制设备，不设置调车信号，道岔全部为人工扳动道岔。在进行车辆维修时需要将待维修车辆牵引(推车)至特定维修作业点。作业人员依据作业计划进行调车作业，在车辆调车过程中完全依靠扳道员、连接员人工确认道岔位置。
因此，在铁路车站、客技站、货场及专用线，有很多非电气集中联锁道岔，非电气联锁区域机车作业缺乏安全保障，给铁路运输工作带来安全隐患，而非电气联锁站场进行电气化改造成本高昂，或者部分特殊区域站场等不具有施工条件。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种调车信号灯状态和道岔位置检测装置，方便现场安装和维护，能够实时采集信号灯灯位状态和道岔位置，减轻作业人员的劳动强度，客观真实准确地反映现场进路情况，有效防止作业事故的发生。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明提供了一种调车信号灯状态和道岔位置检测装置，包括：
检测盒体，安装在信号灯遮檐下方和尖轨下方的轨枕上；
电路板，安装在所述检测盒体的内部，包括控制单元、通信单元、供电单元和采集单元，所述采集单元包括信号灯状态采集单元和/或道岔位置采集单元，将信号灯灯位状态、道岔位置信号传输给控制单元，所述控制单元通过通信单元将采集信号传输给室内监控设备，所述供电单元为整个电路板供电。
进一步地，所述检测盒体通过螺丝固定在尖轨下方的轨枕上，所述检测盒体通过磁盘或者3M胶固定在信号灯遮檐下方。
进一步地，每组道岔安装两套检测装置，分别是道岔定位检测装置和道岔反位检测装置，在左侧尖轨上固定第一磁铁，在右侧尖轨上固定第二磁铁，所述第一磁铁与道岔定位检测装置配合使用，用于判定道岔处于定位状态，所述第二磁铁与道岔反位检测装置配合使用，用于判定道岔处于反位状态。
进一步地，所述控制单元包括单片机。
进一步地，所述供电单元包括电量监测电路和电源转换电路，所述电源转换电路用于将3.6V直流电转换为3.3V直流电作为其他单元的工作电源，所述电量监测电路用于对3.6V电池的消耗及充电进行测量，并与单片机的电量监测端连接。
进一步地，所述控制单元还包括外围电路，所述外围电路包括电平转换电路、退耦电路、打印机接口、调试接口和复位电路；所述电平转换电路用于将从电源转换电路输出的3.3V直流电转换为1.8V直流电供通信单元使用；所述退耦电路用于电源转换电路输出稳定3.3V直流电。
进一步地，所述通信单元采用NB-IoT网络传输电路，该NB-IoT网络传输电路包括BC26芯片、BC26控制电路和SIM卡，所述BC26控制电路的输入端与单片机的BC26控制端连接，输出端与BC26芯片的控制端连接；所述SIM卡与BC26芯片连接。
进一步地，所述道岔位置采集单元采用接近传感器。
进一步地，所述信号灯状态采集单元采用光感传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，信号灯检测盒体通过磁盘或者3M胶固定在信号灯遮檐下方，道岔检测盒体通过螺丝固定在尖轨下方的轨枕上，方便现场安装、更换和维护，固定牢靠。
通过尖轨检测方式与现有的手扳道岔方式对比，具有道岔检测方式透明、现场施工和维护容易、安装协调交涉少等优点。信号灯状态检测和道岔位置检测的通信单元、控制单元和供电单元硬件电路设计相同，根据采集对象的不同，选择不同的采集单元，容易实现产品统型。
本发明通过光感原理和磁感应原理实现信号灯灯位状态和道岔位置采集，将采集信号通过NB-IoT网络传输给室内监控设备，以生成调车作业防护信息向用户显示和提醒，既减轻作业人员的劳动强度，又客观真实准确地反映现场进路情况，有效防止作业事故的发生。
使用NB-IoT网络，支持移动、联通、电信运营商，同时开展各运营商物联网卡对接、嵌入式程序开发和相关平台搭建，具有海量接入、功耗较低、覆盖超强和成本低廉等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的信号灯状态检测装置安装示意图；
图2是本发明实施例的道岔位置检测装置安装示意图；
图3是本发明实施例的信号灯状态检测盒体的结构示意图；
图4是本发明实施例的道岔位置检测盒体的结构示意图；
图5是本发明实施例的电量监测电路图；
图6是本发明实施例的电源转换电路图；
图7是本发明实施例的BC26控制电路图；
图8是本发明实施例的BC26芯片电路图；
图9是本发明实施例的SIM卡电路图；
图10是本发明实施例的光感传感器电路图；
图11是本发明实施例的接近传感器电路图；
图12是本发明实施例的电平转换电路图；
图13是本发明实施例的退耦电路图；
图14是本发明实施例的打印机接口电路图；
图15是本发明实施例的调试接口电路图；
图16是本发明实施例的复位电路图；
图17是本发明实施例的单片机电路图。
图中序号所代表的含义为：
1.检测盒体，2.信号灯遮檐，3.磁盘，4.光感传感器，5.耳板，6.安装孔，7.轨枕，8.道岔定位检测装置，9.道岔反位检测装置，10.左侧尖轨，11.第一磁铁，12.左侧基本轨，13.右侧尖轨，14.第二磁铁，15.右侧基本轨。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，包括检测盒体1和电路板；对于信号灯，如图1和图3所示，检测盒体1的顶部通过螺丝与磁盘3固定连接，检测盒体1通过磁盘3固定在信号灯遮檐2(如铁材质)下方，或者，检测盒体1通过3M胶粘接在信号灯遮檐2(如塑料材质)下方，检测盒体1支持外引光感传感器4；对于道岔，如图2和图4所示，检测盒体1的两侧设置耳板5，在耳板5上开设安装孔6，螺丝穿过安装孔6将检测盒体1固定在尖轨下方的轨枕7上；检测盒体1采用灌胶方式密封，能够满足常温常压下防水等级IP67要求；通过以上固定方式方便现场安装、更换和维护，固定牢靠。
电路板安装在检测盒体1的内部，包括控制单元、通信单元、供电单元和采集单元，信号灯状态检测和道岔位置检测的通信单元、控制单元和供电单元硬件电路设计相同，根据采集对象不同，选择不同的采集单元，信号灯状态检测时，采集单元采用信号灯状态采集单元，通过光感原理采集信号灯灯位状态，并将该采集信号传输给控制单元，道岔位置检测时，采集单元采用道岔位置采集单元，通过磁感应原理采集道岔位置，并将该采集信号传输给控制单元；控制单元通过通信单元将信号灯灯位状态、道岔位置信号传输给室内监控设备；供电单元为整个电路板提供电源。
每组道岔安装两套检测装置，分别是道岔定位检测装置8和道岔反位检测装置9，安装位置如图2所示，根据道岔处于定位或者反位状态时尖轨的位置设计两套检测装置的安装位置，在左侧尖轨10上固定第一磁铁11，在右侧尖轨13上固定第二磁铁14，第一磁铁11与道岔定位检测装置8配合使用，用于判定道岔处于定位状态，第二磁铁14与道岔反位检测装置9配合使用，用于判定道岔处于反位状态；具体道岔位置检测如下：当道岔处于定位状态时，尖轨整体向右移动，右侧尖轨13紧密贴在右侧基本轨15，左侧尖轨10与左侧基本轨12的间隙为14.5～15.2cm，此时固定在左侧尖轨10上的第一磁铁11移动到道岔定位检测装置8正上方的感应区，道岔定位检测装置8采集道岔定位信号；当道岔处于反位状态时，尖轨整体向左移动，左侧尖轨10紧密贴在左侧基本轨12，右侧尖轨13与右侧基本轨15的间隙为14.5～15.2cm，此时固定在右侧尖轨13上的第二磁铁14移动到道岔反位检测装置9正上方的感应区(如图2)，道岔反位检测装置9采集道岔反位信号。
如图17所示，控制单元包括单片机和外围电路，优选的，单片机U3的型号为STM32L151CBT6。
如图5和图6所示，供电单元包括电量监测电路和电源转换电路，电源转换电路采用低压差稳压器U1(LD0)TLV75533PDBVR，将3.6V直流电转换为3.3V直流电作为其他单元的工作电源，电量监测电路采用电池电量计(U2)LTC2942，用于对3.6V电池的消耗及充电进行测量，通过实测实际功耗结合发送数据次数提供电量预警，U2的
Figure BDA0002554227640000071
引脚、SDA引脚、SCL引脚与U3的
Figure BDA0002554227640000072
引脚、SDA引脚、SCL引脚对应连接。
外围电路包括电平转换电路、退耦电路、打印机接口、调试接口和复位电路；如图12所述，电平转换电路采用2位双向电压电平转换器(U4)TXS0102-Q1，将从U1输出的3.3V直流电转换为1.8V直流电供通信单元使用，U4的USART2_RXD引脚、USART2_TXD引脚与U3的USART2_RXD引脚、USART2_TXD引脚对应连接；如图13所示，退耦电路用于将电源上的噪声电压引入到地平面，让电源电压保持在一个稳定的值3.3V。如图14所示，打印机接口J1的USART1_TX引脚与U3的USART1_TX引脚连接，用于连接打印机。如图15所示，调试接口P2采用SWD接口对U3进行串行调试，P2的NRST引脚、SWCLK引脚、SWDIO引脚与U3的NRST引脚、SWCLK引脚、SWDIO引脚对应连接。如图16所示，复位电路的NRST引脚与U3的NRST引脚连接，使U3恢复到初始状态。
通信单元采用NB-IoT网络传输电路，该电路包括BC26芯片(U5)、BC26控制电路和SIM卡，如图7所示，BC26控制电路包括三部分，唤醒电路、复位电路和开关机电路，唤醒电路在PSM状态下拉高1s唤醒，BC26_PSM引脚与U3的BC26_PSM引脚连接，BC26_PSMEINT引脚与U5的BC26_PSMEINT引脚连接；复位电路在复位时拉高50ms，BC26_RST引脚与U3的BC26_RST引脚连接，BC26_RESET引脚与U5的BC26_RESET引脚连接；开关机电路在开关机时拉高至少500ms，BC26_ON_OFF引脚与U3的BC26_ON_OFF引脚连接，PWRKEY引脚与U5的PWRKEY引脚连接。如图9所示，SIM卡的SIM_RST引脚、SIM_DATA引脚、SIM_VDD引脚、SIM_CLK引脚、SIM_GDN引脚与U5的SIM_RST引脚、SIM_DATA引脚、SIM_VDD引脚、SIM_CLK引脚、SIM_GDN引脚对应连接；如图8所示，U5的BC26_RXD引脚、BC26_TXD引脚与U4的BC26_RXD引脚、BC26_TXD引脚对应连接。使用NB-IoT网络，支持移动、联通、电信运营商，同时开展各运营商物联网卡对接、嵌入式程序开发和相关平台搭建，具有海量接入、功耗较低、覆盖超强和成本低廉等优点。
如图11所示，道岔位置采集单元采用接近传感器，SWITCH_01引脚、SWITCH_02引脚与U3的SWITCH_01引脚、SWITCH_02引脚对应连接。如图10所示，信号灯状态采集单元采用光感传感器，Signal_lamp引脚与U3的Signal_lamp引脚连接。
该调车信号灯状态和道岔位置检测装置具备低功耗模式，接近传感器和光感传感器的触发信号唤醒检测装置，信号发送完成后，进入休眠状态，使电池续航时间能满足1.5年以上。
本发明具有结构简单、安装方便、实用、可靠性高等优点，通过光感原理和磁感应原理实现信号灯灯位状态和道岔位置采集，将采集信息通过NB-IoT网络传输给室内监控设备，既减轻作业人员的劳动强度，又客观真实准确地反映现场进路情况。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种调车信号灯状态和道岔位置检测装置，其特征在于，包括：
检测盒体，安装在信号灯遮檐下方和尖轨下方的轨枕上；
电路板，安装在所述检测盒体的内部，包括控制单元、通信单元、供电单元和采集单元，所述采集单元包括信号灯状态采集单元和/或道岔位置采集单元，将信号灯灯位状态、道岔位置信号传输给控制单元，所述控制单元通过通信单元将采集信号传输给室内监控设备，所述供电单元为整个电路板供电。
2.根据权利要求1所述的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，其特征在于，所述检测盒体通过螺丝固定在尖轨下方的轨枕上，所述检测盒体通过磁盘或者3M胶固定在信号灯遮檐下方。
3.根据权利要求1所述的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，其特征在于，每组道岔安装两套检测装置，分别是道岔定位检测装置和道岔反位检测装置，在左侧尖轨上固定第一磁铁，在右侧尖轨上固定第二磁铁，所述第一磁铁与道岔定位检测装置配合使用，用于判定道岔处于定位状态，所述第二磁铁与道岔反位检测装置配合使用，用于判定道岔处于反位状态。
4.根据权利要求1所述的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，其特征在于，所述控制单元包括单片机。
5.根据权利要求4所述的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，其特征在于，所述供电单元包括电量监测电路和电源转换电路，所述电源转换电路用于将3.6V直流电转换为3.3V直流电作为其他单元的工作电源，所述电量监测电路用于对3.6V电池的消耗及充电进行测量，并与单片机的电量监测端连接。
6.根据权利要求5所述的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，其特征在于，所述控制单元还包括外围电路，所述外围电路包括电平转换电路、退耦电路、打印机接口、调试接口和复位电路；所述电平转换电路用于将从电源转换电路输出的3.3V直流电转换为1.8V直流电供通信单元使用；所述退耦电路用于电源转换电路输出稳定3.3V直流电。
7.根据权利要求4所述的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，其特征在于，所述通信单元采用NB-IoT网络传输电路，该NB-IoT网络传输电路包括BC26芯片、BC26控制电路和SIM卡，所述BC26控制电路的输入端与单片机的BC26控制端连接，输出端与BC26芯片的控制端连接；所述SIM卡与BC26芯片连接。
8.根据权利要求1所述的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，其特征在于，所述道岔位置采集单元采用接近传感器。
9.根据权利要求1所述的调车信号灯状态和道岔位置检测装置，其特征在于，所述信号灯状态采集单元采用光感传感器。
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