CN114291136B - 一种增加采集cpu单元的机车信号机 - Google Patents

Abstract

本发明的增加采集CPU单元的机车信号机，其采集CPU单元包括CPU、串口通信模块、上下行开关采集模块、并口采集模块；CPU通过串口通信模块接收机车信号主机发送的串口信息，并解析串口信息中所包含的并口灯位信息和上下行信息；CPU将该并口采集模块采集的机车信号机所实际显示的并口灯位信息与之比较；当信息一致时，继续驱动LED信号灯显示并口灯位信息，否则停止显示并向机车信号主机发送故障状态信息。本发明的技术优势：机车信号机通过采用一定频率的信号表示上下行状态，或者通过串行通信发送给机车信号主机，减少上下行信息受到的干扰；机车信号机实时采集并口灯位和上下行信息，并判断其正确性，提高并口输出的安全性。

Description

一种增加采集CPU单元的机车信号机

技术领域

本发明涉及一种增加采集CPU单元的机车信号机。

背景技术

目前机车信号机由机车信号主机驱动，显示机车信号输出的并口灯位信息；同时，将上下行信息提供给机车信号主机。

目前机车信号机主要由LED显示单元和上下行开关电路组成：LED显示单元由机车信号主机输出的信号驱动并显示对应颜色的LED；司机操作机车信号机中上下行开关电路的摇头开关，用于向机车信号主机输出表示列车运行方向的上下行信息。

目前机车信号机存在如下不足：

现有机车信号机仅为被动显示装置，机车信号主机和机车信号机无法实时识别、判断是否正确的显示了并口灯位信息，例如有多灯显示或灭灯故障发生的情况。此外，现有机车信号机向机车信号主机输出的上下行信息为直流电平信号，易受到外界环境因素的干扰导致直流电平信号的畸变，从而造成机车信号主机采集不到上下行信号或者采集到与实际不符的上下行信号，最终引起机车信号的译码和并口输出异常。

发明内容

本发明针对机车信号机无法判断并口灯位信息的正确性及上下行模拟量信息容易受到干扰的问题，提出一种增加采集CPU单元的机车信号机。

本发明提供一种增加采集CPU单元的机车信号机，其包括采集CPU单元及LED信号灯，

所述LED信号灯为并口信息显示机构，单路信息采用双LED冗余显示；

所述采集CPU单元包括CPU、串口通信模块、上下行开关采集模块、并口采集模块；

所述串口通信模块实现机车信号主机与机车信号机之间串行信号隔离、信息交互等功能；CPU通过串口通信模块接收机车信号主机发送的串口信息，并解析串口信息中所包含的并口灯位信息和上下行信息；

所述上下行开关采集模块将机车信号机的上下行开关模拟量信息转换为数字量信息给CPU进行处理；

所述并口采集模块将机车信号机的LED信号灯的实际状态转换为数字量信息给CPU进行处理；

CPU将该并口采集模块采集的机车信号机所实际显示的并口灯位信息与从所述串口通信模块采集到的灯位信息进行比较；当信息一致时，继续驱动LED信号灯显示并口灯位信息，否则停止显示并向机车信号主机发送故障状态信息。

本发明方案的技术优势如下：

(1)机车信号机通过采用一定频率的信号表示上下行发送给机车信号主机，或者通过串行通信发送上下行信息给机车信号主机，减少上下行信息受到的干扰，提高信息传输的正确性。

(2)机车信号机实时采集并口灯位和上下行信息，并判断其正确性，提高并口输出的安全性。同时，机车信号机实时将采集的并口灯位信息和上下行信息发送给机车信号主机，使机车信号主机可实时判断实际的LED并口灯位显示与轨道电路信息的译码结果是否一致。

(3)将模拟量信息转化为数字量信息并通过串口传输信息，减小环境对信息传输的干扰，提高机车信号机的智能化，提高信息传输的有效性和可用性。

附图说明

图1为现有上下行开关采集示意图

图2为本发明增加了采集CPU单元的上下行开关采集示意图

图3为本发明利用现有信息传输通道的改进信号机示意图

图4为本发明将并口改为串口传输的改进信号机示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

机车信号采集不到上下行信息或采集到与当前轨道电路信号载频不一致的上下行信息时，为保证安全，机车信号停止输出并口信息使机车信号机灭灯；机车信号采集到与邻线轨道电路信号载频一致的上下行信息，且邻线轨道电路信号幅度达到机车信号主机译码条件，会造成机车信号主机输出符合邻线轨道电路信号的错误灯位信息。

机车信号机现有的并口传输通道缺少对实际点亮并口LED灯的检查，机车信号到机车信号机的距离较长(大于10m)，长距离的电平传输容易受到环境的影响或者并口灯位的多根传输线之间互相影响，进而造成并口LED的指示错误(例如灭灯或多灯)。

现有机车信号机对机车信号主机提供上下行的方式如图1，当连接上下行驱动电源的开关S与S1导通时，机车信号在上行采集通路上采集到高电平，此时机车信号主机判定上下行开关状态为上行；同理，当连接上下行驱动电源的开关S与S2导通时，机车信号主机判定上下行开关状态为下行。该上下行采集回路较长(大于10m)，长距离的电平传输容易受到环境的影响或者并口灯位的多根传输线之间互相影响，进而造成上下行开关状态的错误指示(例如上行、下行同时采集到的高电平或低电平等)。

本发明在机车信号机中增加采集CPU单元采集上下行开关状态，如图2，机车信号机的采集CPU单元在信号机上直接采集上下行开关状态，该采集距离较短(小于10cm)可有效减少环境对直流电平信号的干扰，机车信号采集CPU单元将采集到的的上下行开关状态转化为频率信号，例如用500Hz方波表示上行、用1KHz表示下行，通过现有的上下行传输通道(传输线缆包括上、下行和地线)发送给机车信号主机进行采集，该方式可减少环境干扰引起的上下行信息采集错误，提高机车信号系统的可用性。

本发明根据实际在用的信息传输通道，改进机车信号机的并口灯位驱动方式，增加并口灯位的检测，并优化上下行信息的传输，将现有机车信号主机直接驱动并口LED的方式修改为：在机车信号机中增加采集CPU单元，用于采集机车信号主机发送的并口LED灯位信息和串口信息(串口信息包括但不限于并口LED灯位信息、上下行信息等)，同时采集CPU单元比较采集到的并口LED灯位信息、上下行信息和串口LED灯位信息、上下行信息，并通过串口向机车信号主机反馈采集CPU单元的比较结果：当信息一致时，机车信号主机继续采集上下行信息并输出并口LED灯位信息；当信息不一致时，机车信号主机停止采集上下行信息并输出并口LED灯位信息。

此外，在机车信号机中增加多路控制器，配合采集CPU单元以实现机车信号机CPU对并口LED信号灯的控制，当机车信号机的采集CPU单元比较采集到的并口LED灯位信息、上下行信息与串口采集到的并口LED灯位信息、上下行信息一致时，CPU控制多路控制器驱动对应的并口LED，当信息不一致时CPU停止驱动并口LED并通过串口向机车信号主机发送错误信息。增加多路控制器使得驱动并口LED信号灯的电源信号不但可以在机车信号主机中控制关断，也可以在机车信号机中控制关断，增加一级并口输出控制的安全措施，提高机车信号机的正确性和安全性。

通过在现有机车信号机增加灯位采集、并口输出和上下行信息采集等电路(由采集CPU单元完成)，本发明可以对机车信号机的并口灯位和上下行信息实时采集并判断其正确性，并将上下行电平信号转化成变化的数字信号发送给机车信号主机。

进一步，本发明方案还可改进为将并口灯位信息、上下行信息均通过串口与机车信号主机进行通信，以使传输信号受到外界干扰的影响更小。

具体的，本发明提出一种增加采集CPU单元的机车信号机，相对于既有机车信号机，所述采集CPU单元包括CPU、串口通信模块、上下行开关采集模块、并口采集模块1(即驱动信号并口采集单元)、并口采集模块2、上下行信息输出模块。如图3，基于现有实际在用的信息传输通道(复用现有的串口和并口)，本发明的机车信号机还包括多路控制器及LED信号灯。

图3中CPU为采集CPU单元的核心处理单元，包括但不限于双CPU冗余设计结构(优选双CPU冗余)。CPU通过并口采集模块1和上下行开关采集模块分别采集由机车信号主机向机车信号机发送的并口灯位驱动信号和机车信号机的上下行开关状态信息，同时CPU通过串口通信模块接收机车信号主机发送的串口信息，并解析串口信息中所包含的并口灯位信息和上下行信息。

CPU将采集到的上下行开关状态转换为一定频率的信号(上行信息与下行信息的频率不同)通过上下行信息输出模块提供给机车信号主机。

CPU对通过串口和并口分别采集到的并口灯位信息和上下行开关状态信息进行比较、判断，当信息一致且正确时对外输出处理结果，当信息不一致或错误时停止对外输出处理结果，并向机车信号主机发送故障状态信息。该对外输出的处理结果包括向机车信号主机输出上下行信息、实际的LED并口灯位信息、通过多路控制器驱动LED信号灯显示并口灯位信息。

CPU同时通过并口采集模块2采集机车信号机所实际显示的并口灯位信息，并与上述从串口及并口采集模块1采集到的信息进行比较，当信息一致时继续驱动LED信号灯显示并口灯位信息，否则停止显示并口灯位信息，并向机车信号主机发送故障状态信息。

所述上下行开关采集模块将机车信号机的上下行开关模拟量信息转换为数字量信息给CPU进行处理。如图2、图3中，CPU通过上下行开关采集模块，采集机车信号机实际的上下行开关状态：当上下行开关的上行触点与上下行驱动电源导通时，则上下行开关状态为上行；反之，当上下行开关的下行触点与上下行驱动电源导通时，则上下行开关状态为下行。

所述并口采集模块1将机车信号主机驱动LED信号灯的并口灯位驱动信号转换为数字量信息给CPU模块进行处理。

所述并口采集模块2将机车信号机的LED信号灯的实际状态转换为数字量信息给CPU进行处理。

所述上下行信息输出模块向机车信号主机输出经CPU采集、转化的上下行开关状态。

所述多路控制器经由CPU控制机车信号主机发送的并口灯位驱动信号与不同颜色LED信号灯的对应导通关系，多路控制器的不同通道有且仅有一路导通，不同的通道导通对应不同颜色的LED信号灯。图3中的并口灯位驱动信号为可以使并口LED信号灯点亮的直流电源，通过一组线缆并行传输(每根线缆对应一个并口LED信号灯，其地回路公用)，同一时刻仅有一个并口灯位驱动信号为高电平，其余并口灯位驱动信号为低电平。

所述串口通信1模块实现机车信号主机与机车信号机之间串行信号隔离、信息交互等功能(包括机车信号机接收机车信号发送的灯位信息和上下行信息等，机车信号机向机车信号主机发送的故障信息等)。

所述LED信号灯为并口信息显示机构，单路信息采用双LED冗余显示，可避免单个LED故障时显示灭灯造成指示错误。

图3中的机车信号机方案不修改现有的机车信号机与机车信号主机的信息传输通道(如并口、串口和上下行通道)，仅在机车信号机中增加采集CPU单元，即可实现对并口输出和上下行开关状态的实时检查，减少环境对电平信号的干扰及各电平信号之间的干扰(例如，干扰使电平信号发生畸变而无法识别)，提高机车信号系统的可用性；进一步，增加多路控制器，并由CPU控制该多路控制器根据CPU的采集判断结果驱动不同颜色的LED信号灯，当CPU检测到并口LED输出故障时可由CPU关断并口LED的输出，增加了一级安全关断措施，提高机车信号机的正确性和安全性。

但该方案仍需在机车信号主机与机车信号机之间设置多根并口传输线缆。因此，提出如下更优的发明方案。

现有在用的信息传输通道有较多的并口电缆，且传输距离较长，容易受环境干扰或线间信号干扰导致电缆中的电平信号发生畸变，若将机车信号主机与机车信号机的并口传输通道修改为串口传输通道，机车信号主机不再直接驱动并口LED，则可以解决该问题。

本发明在机车信号机中增加采集CPU单元，用于接收机车信号主机发送的包含灯位信息的串口信息，CPU根据串口接收到的并口灯位信息控制多路控制器驱动对应的并口LED，同时CPU比较采集到的并口信息(包括并口LED灯位信息、上下行信息等)和串口信息(包括但不限于并口LED灯位信息、上下行信息等)，当信息一致时，CPU控制多路控制器驱动对应的并口LED，当信息不一致时，CPU停止驱动并口LED并通过串口向机车信号主机发送错误信息。

具体的比较判断过程如下：

(1)串口信息中有单个灯位信息，而采集的灯位信息中无灯位、多灯位信息或不一致灯位信息，则判断为机车信号机多路控制器模块或LED信号灯故障。

(2)串口信息中无灯位信息，而可采集到灯位信息，则判断为机车信号机多路控制器模块或LED信号灯故障。

(3)串口信息中有上下行信息，而CPU采集不到上下行信息时，则判断为上下行开关采集模块故障。

(4)机车信号机CPU将上述判断的故障状态通过串口发送给机车信号主机，用于记录故障信息，便于排查故障及维修。当串口传输通道故障时，则机车信号主机无法收到机车信号机发送的故障信息。

该方式可提高机车信号机灯位显示的正确性和安全性，同时由于采用了串口通信，减少了环境对并口灯位信息的影响。机车信号机采集上下行开关状态，由直流电平表示上下行信息修改为用串口向机车信号主机发送上下行信息，该方式可减少环境干扰引起的上下行信息采集错误，提高机车信号机的可用性。

如图4所示方案，对现有在用的信息传输通道进行了修改，图4中机车信号机包括采集CPU单元、多路控制器及LED信号灯。所述采集CPU单元包括CPU、串口通信模块、并口采集模块和上下行开关采集模块。

图4中CPU为采集CPU单元的核心处理单元，包括但不限于双CPU冗余设计结构(优选双CPU冗余)。

CPU通过串口通信模块接收并解析机车信号主机向机车信号机发送的并口灯位信息和机车信号主机使用的上下行开关状态信息，CPU根据接收到的并口灯位信息控制多路控制器驱动相应颜色的LED信号灯。

CPU将采集到的上下行开关状态转换为数字信号并通过串口通信模块发送给机车信号主机。

CPU通过并口采集模块采集机车信号机实际显示的并口灯位信息。

CPU对采集到的并口灯位信息和上下行开关状态信息与串口接收到的并口灯位信息和上下行信息进行比较、判断，当信息一致且正确时继续对外输出处理结果；当信息不一致或错误时停止对外输出处理结果，并向机车信号主机发送故障状态信息。该对外输出的处理结果包括向机车信号主机输出上下行信息、实际的LED并口灯位信息、通过多路控制器驱动LED信号灯显示并口灯位信息。

所述上下行开关采集模块将机车信号机的上下行开关模拟量信息转换为数字量信息给CPU进行处理。

所述并口采集模块将机车信号机的LED信号灯的实际状态转换为数字信息给CPU进行处理。

所述多路控制器，多路控制器的不同通道有且仅有一路导通，不同的通道导通对应不同的颜色的LED信号灯。

由CPU控制机车信号主机发送并口LED及上下行驱动电源与不同颜色LED信号灯的对应关系，所述并口LED及上下行驱动电源为并口LED信号灯和上下行开关共用的电源，通过正负两根线缆传输，同一时刻多路控制器仅有一个通道与并口LED及上下行驱动电源导通，且同一时刻上下行开关仅有一个触点与并口LED及上下行驱动电源导通。

图4中的串口通信2模块实现机车信号主机与机车信号机之间串行信号隔离、信息交互等功能(包括机车信号机接收机车信号主机发送的灯位信息和上下行信息等，机车信号机向机车信号主机发送的灯位信息、上下行信息、故障信息等)。

所述LED信号灯为并口信息显示机构，单路并口灯位信息采用双LED冗余显示，可避免单个LED故障时显示灭灯造成指示错误。

图4中的机车信号机修改了信息传输通道且增加采集CPU单元，将所有并行传输的信号通道改为串行传输，好处是减少了传输通道，进一步减少了环境对信号传输的影响。

综上，本申请的一种增加采集CPU单元的机车信号机具备如下技术优势：

1.实时对比并口与串口信息，提高并口LED信号灯输出的安全性和可用性。

2.实时对并口和上下行信息进行判断，提高机车信号系统故障检出率。

3.将上下行信息通过电平传输改为串口输出，减少环境对线缆干扰引起的上下行信息错误，提高机车信号的可用性。

以上所述仅为本发明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 (9)

1.一种增加采集CPU单元的机车信号机，其包括采集CPU单元及LED信号灯，

所述LED信号灯为并口信息显示机构，单路信息采用双LED冗余显示；

所述采集CPU单元包括CPU、串口通信模块、上下行开关采集模块、并口采集模块；

所述串口通信模块实现机车信号主机与机车信号机之间串行信号隔离、信息交互功能；CPU通过串口通信模块接收机车信号主机发送的串口信息，并解析串口信息中所包含的并口灯位信息和上下行信息；

所述上下行开关采集模块将机车信号机的上下行开关模拟量信息转换为数字量信息给CPU进行处理；

所述并口采集模块将机车信号机的LED信号灯的实际状态转换为数字量信息给CPU进行处理；

CPU将该并口采集模块采集的机车信号机所实际显示的并口灯位信息与从所述串口通信模块采集到的灯位信息进行比较；当信息一致时，继续驱动LED信号灯显示并口灯位信息，否则停止显示并向机车信号主机发送故障状态信息。

2.如权利要求1所述的机车信号机，其特征在于，进一步，所述机车信号机还包括多路控制器，并由所述采集CPU单元控制该多路控制器；

所述多路控制器根据CPU的采集判断结果驱动不同颜色的LED信号灯，当CPU检测到LED信号灯的实际并口灯位信息输出故障时，由CPU关断并口灯位信息的输出。

3.如权利要求2所述的机车信号机，其特征在于，所述多路控制器控制机车信号主机发送的并口灯位驱动信号与不同颜色LED信号灯的对应导通关系，该多路控制器的不同通道有且仅有一路导通，不同的通道导通对应显示不同颜色的LED信号灯。

4.如权利要求3所述的机车信号机，其特征在于，所述采集CPU单元还包括驱动信号并口采集单元、上下行信息输出模块；

所述驱动信号并口采集单元将机车信号主机驱动LED信号灯的并口灯位驱动信号转换为数字量信息给CPU模块进行处理；

所述上下行信息输出模块向机车信号主机输出经CPU采集、转化的上下行开关状态。

5.如权利要求4所述的机车信号机，其特征在于，所述采集CPU单元将采集到的上下行开关状态转化为频率信号，即将现有上下行电平信号转化成变化的数字信号，通过现有的上下行传输通道发送给机车信号主机。

6.如权利要求2所述的机车信号机，其特征在于，将现有机车信号主机与机车信号机的并口传输通道修改为串口传输通道，机车信号主机不再直接驱动并口的LED信号灯，即所述机车信号机将并口灯位信息、上下行信息均通过串口与机车信号主机进行通信。

7.如权利要求6所述的机车信号机，其特征在于，CPU通过所述串口通信模块接收并解析机车信号主机向机车信号机发送的并口灯位信息和机车信号主机使用的上下行开关状态信息，CPU根据所接收到的并口灯位信息控制所述多路控制器驱动相应颜色的LED信号灯；

CPU将采集到的上下行开关状态转换为数字信号并通过该串口通信模块发送给机车信号主机。

8.如权利要求7所述的机车信号机，其特征在于，CPU对采集到的并口灯位信息和上下行开关状态信息与从串口接收到的并口灯位信息和上下行信息进行比较、判断，当信息一致且正确时继续对外输出处理结果；当信息不一致或错误时停止对外输出处理结果，并向机车信号主机发送故障状态信息。

9.如权利要求8所述的机车信号机，其特征在于，该对外输出的处理结果包括向机车信号主机输出上下行信息、实际的LED并口灯位信息、通过多路控制器驱动LED信号灯显示并口灯位信息。