CN117097359A - 基于gsmr网络的铁路fsk信号接收系统及其高可靠传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，涉及铁路信号传输技术领域。该基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，包括MCU主控模块、无线通信模块、LCD显示模块、SWD在线下载调试模块、FSK信号调制编码模块、模拟功放控制器模块、IO信号输出控制模块、主轨控制模块和小轨控制模块，所述铁路FSK信号接收系统通过无线通信模块将无线传输过来的远程信号进行接收。本发明中，能够避免线缆传输的断开故障问题，而且可以有效减少工况环境下对线缆的干扰问题；另外，对于传输FSK信号异常的时候，其可以快速解决相关问题，而不用采取挖开道路地面进行维护等比较长时间的处理措施，处理更加的方便快捷。

Description

基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法

技术领域

本发明涉及铁路信号传输技术领域，具体为基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法。

背景技术

在现有的铁路系统里边，发送FSK信号是通过埋在道路底下的线缆进行传输。

目前，这类传输方法设计上虽然稳定可靠，但是在实际使用过程中存在一些缺陷，导致信号中断，且难于恢复。如线缆被偷窃，地下线缆故障、或者被意外挖断等情况，这些情况出现后，要快速恢复现场存在一定难度；特别是埋在地下线缆异常故障，需要确认10公里左右的线缆，具体是哪个地方出现故障异常，同时定位后还需要挖开相关路段进行维护，维护时间长，操作也很不方便。

因此，本领域技术人员提供了基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对上述铁路系统发送FSK信号的问题，本发明提供了基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，能够避免线缆传输的断开故障问题，而且可以有效减少工况环境下对线缆的干扰问题；另外，对于传输FSK信号异常的时候，可以快速解决相关问题，而不用挖开道路地面进行维护，解决了目前对于埋在地下线缆的异常故障，需要确认10公里左右的线缆，具体是哪个地方出现故障异常，同时定位后还需要挖开相关路段进行维护，维护时间长，操作也很不方便的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统，包括MCU主控模块、无线通信模块、LCD显示模块、SWD在线下载调试模块、FSK信号调制编码模块、模拟功放控制器模块、IO信号输出控制模块、主轨控制模块和小轨控制模块，所述铁路FSK信号接收系统通过无线通信模块将无线传输过来的远程信号进行接收，获得载频、基频等相关信息；所述控制FSK信号调制编码模块编码产生相应的模拟信号；所述模拟功放控制器模块根据需要对模拟信号进行功率放大后并输出，同时输出主轨继电器、小轨继电器等多个系统需要的相关控制信号；所述LCD显示模块把这些控制状态和信号相关信息显示在液晶屏幕上，供使用者直观了解设备运行状态；

MCU主控模块，其是发送器的核心模块，相当于是人体的大脑控制中枢；

无线通信模块，能够实现发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能；

LCD显示模块，能够把控制状态和信号相关信息显示在液晶屏幕上，供使用者直观了解设备运行状态；

SWD在线下载调试模块，用来实现程序的下载和调试功能；

FSK信号调制编码模块，其能够将无线接收到的载频(1700、2000、2300、2600)、18种基频(F1-F18)、载频类型(N1/N2)这些信息，转化为一个经过编码和调制的模拟信号波形；

模拟功放控制器模块，能够根据需要对模拟信号进行功率放大后并输出；

IO信号输出控制模块，其能够起到辅助功能，可以输出多个IO控制信号，如，FBJ1等发送报警继电器等信号；

主轨控制模块和小轨控制模块，其能够把无线传输过来的主轨道、小轨道继电器的通道状态，在接收端进行还原为控制继电器状态的模拟信号。

优选的，所述MCU主控模块选择180Mhz的ARM核作为中央控制处理器。带有FPU处理器的-M4是最新一代的嵌入式系统ARM处理器，该处理器引脚数少、功耗低，能够提供满足MCU实现要求的低成本平台，同时具备卓越的计算性能和先进的中断响应性能。

优选的，所述ARM核处理器支持一组DSP指令，能够实现有效的信号处理和复杂的算法执行，它的单精度FPU(浮点单元)通过使用元语言开发工具，可加速开发，防止饱和，能支持到发送器的速度处理、显示接口驱动和无线网络信号的对接，该处理器具有优异的代码执行效率，采用通常8位和16位器件的存储器空间即可发挥ARM内核的高性能。

优选的，所述无线通信模块采用将射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成起来，构成一个无线收发通信功能模块。

优选的，所述LCD显示模块采用RGB色彩的液晶屏，其屏幕分辨率为320*240，并其通过RGB并行接口和MCU进行通信控制。

优选的，所述FSK信号调制编码模块采用DDS产生和载频频率和类型相同的正弦波，在此正弦波基础上，按照MCU的要求把基频调制进去进行输出，并且可以动态配置成不同频率的模拟波形，编码后的模拟波形经过功放模块对模拟信号输出进行功率放大，放大的级别有10个等级，包含170V-33V等10种不同输出电压，输出电压级别可以根据用户在外部的设置而定。

优选的，所述ARM核处理器内部包括一个精简操作系统，整套软件设计基于该操作系统基础上实现Task任务，各任务之间的调度和优先级处理由该精简操作系统来进行管理，主要有下面几个任务Task：

1)SPI总线读写控制，把无线通信模块输入进来的FSK信号内容进行数据处理，另外一条SPI总线用于实现IO信号模块的状态输出控制；

2)实现液晶屏幕的显示驱动，把相关信息状态显示在屏幕上；

3)通过AT指令集方式连接铁路专网，实现无线信号可靠接收的方法，并对各种可能的异常情况进行处理；

4)实现无线GSM/GPRS模块的控制操作；

5)响应系统按键的各个功能；

6)flash和在线烧写功能的实现。

优选的，一种基于GSMR网络的铁路FSK信号高可靠接收方法，包括以下步骤：

S1.开机后，发送网络注册命令，设置需要连接的网络类型，如果设置不成功，停滞在此步骤，并且在屏幕中显示异常，如果设置成功，则进入下一步；

S2.附着到GSM专用网络，在现场环境中，存在多种移动网络，这里选择附着在铁路专网的网络，并且判断是否附着成功，如果不成功，则等待一定时间，具体执行该命令，如果成功，则进入下一步；

S3.使用专用账户和密码进行登录，登录不成功则返回第一步，登录成功则进入下一步；

S4.发起GPRS连接，待附着网络后，按照AT协议指令，它有规定多种连接方式，此步骤是确定使用的网络连接方式，连接不成功则在此步骤等待，连接成功则进入下一步；

S5.连接成功后，获取端点设备的IP地址。该步骤比较特殊，虽然专网卡的IP地址是固定的，但还是需要确定其IP地址，获取异常则在此等待，正确则则进入到下一步；

S6.查询当前网络状态是否正常，若网络状态正常，则返回OK且进入下一步，否则进行等待；

S7.设置网络连接协议方式和端口号，因为通信数据量不大，而且需要稳定传输，此处采用了TCP连接方式。成功设置则进入到下一步，出现异常则重新发送此命令并进行等待；

S8.发起对端连接，把连接的地址和端口号进行发送，该步骤是在前面步骤成功的情况下，开始启动和对端进行通信的开始，发起连接命令后，直接进入到下一步；

S9.等待对端连接是否成功。此步骤处理比较关键，如果连接成功，直接进入下一步；如果返回连接不成功，需要退回到步骤S8。同时，也有因为无线网络原因，没有反馈连接是否成功反馈，则等待一段时间后，程序认为是连接超时，直接返回到步骤S8；

S10.接收FSK的业务数据。此步骤把接收到的业务数据进行解析，解析后的数据给到FSK模拟信号编码模块，生成相应的FSK模拟信号，不管有没有接收到数据均跳转到下一步；

S11.发送网络心跳包。为了保持端点在线，隔一段时间发送一次心跳包，以确认网络在线和对端检测发送端是否在线；

S12.通过对端的心跳包检测对端是否在线，发现对端已经不在线的情况下，需要退回到步骤S1。如果对端在线情况下，跳转到步骤S8进行循环，检测有无最新的业务数据需要接收和解析。

(三)有益效果

本发明提供了基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法。具备以下有益效果：

1、本发明提供了基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，能够避免线缆传输的断开故障问题，而且可以有效减少工况环境下对线缆的干扰问题；另外，对于传输FSK信号异常的时候，其可以快速解决相关问题，而不用采取挖开道路地面进行维护等比较长时间的处理措施，处理更加的方便快捷。

2、本发明提供了基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，该传输方法经过实践检验，可以安全可靠的进行无线网络通信，如网络异常、传输延迟、设备关机、设备重启等情况，该通信方法均可以在无人参与的情况下，使其自动恢复正常网络通信，处理更加快速有效。

附图说明

图1为本发明的FSK信号接收系统架构图；

图2为本发明的高可靠接收FSK信号实现方法流程图。

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。

实施例：

如图1-2所示，本发明实施例提供基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统，包括MCU主控模块、无线通信模块、LCD显示模块、SWD在线下载调试模块、FSK信号调制编码模块、模拟功放控制器模块、IO信号输出控制模块、主轨控制模块和小轨控制模块，所述铁路FSK信号接收系统通过无线通信模块将无线传输过来的远程信号进行接收，获得载频、基频等相关信息；所述控制FSK信号调制编码模块编码产生相应的模拟信号；所述模拟功放控制器模块根据需要对模拟信号进行功率放大后并输出，同时输出主轨继电器、小轨继电器等多个系统需要的相关控制信号；所述LCD显示模块把这些控制状态和信号相关信息显示在液晶屏幕上，供使用者直观了解设备运行状态；

MCU主控模块，其是发送器的核心模块，相当于是人体的大脑控制中枢；

无线通信模块，能够实现发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能；

LCD显示模块，能够把控制状态和信号相关信息显示在液晶屏幕上，供使用者直观了解设备运行状态；

SWD在线下载调试模块，用来实现程序的下载和调试功能；

FSK信号调制编码模块，其能够将无线接收到的载频(1700、2000、2300、2600)、18种基频(F1-F18)、载频类型(N1/N2)这些信息，转化为一个经过编码和调制的模拟信号波形；

模拟功放控制器模块，能够根据需要对模拟信号进行功率放大后并输出；

IO信号输出控制模块，其能够起到辅助功能，可以输出多个IO控制信号，如，FBJ1等发送报警继电器等信号；

主轨控制模块和小轨控制模块，其能够把无线传输过来的主轨道、小轨道继电器的通道状态，在接收端进行还原为控制继电器状态的模拟信号。

MCU主控模块选择180Mhz的ARM核作为中央控制处理器。带有FPU处理器的-M4是最新一代的嵌入式系统ARM处理器，该处理器引脚数少、功耗低，能够提供满足MCU实现要求的低成本平台，同时具备卓越的计算性能和先进的中断响应性能。处理器具有优异的代码执行效率，采用通常8位和16位器件的存储器空间即可发挥ARM内核的高性能。ARM核处理器支持一组DSP指令，能够实现有效的信号处理和复杂的算法执行，它的单精度FPU(浮点单元)通过使用元语言开发工具，可加速开发，防止饱和，能支持到发送器的速度处理、显示接口驱动和无线网络信号的对接，该处理器具有优异的代码执行效率，采用通常8位和16位器件的存储器空间即可发挥ARM内核的高性能。

无线通信模块采用将射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成起来，构成一个无线收发通信功能模块。

LCD显示模块采用RGB色彩的液晶屏，其屏幕分辨率为320*240，并其通过RGB并行接口和MCU进行通信控制。

FSK信号调制编码模块采用DDS产生和载频频率和类型相同的正弦波，在此正弦波基础上，按照MCU的要求把基频调制进去进行输出，并且可以动态配置成不同频率的模拟波形，编码后的模拟波形经过功放模块对模拟信号输出进行功率放大，放大的级别有10个等级，包含170V-33V等10种不同输出电压，输出电压级别可以根据用户在外部的设置而定。

ARM核处理器内部包括一个精简操作系统，整套软件设计基于该操作系统基础上实现Task任务，各任务之间的调度和优先级处理由该精简操作系统来进行管理，主要有下面几个任务Task：

1)SPI总线读写控制，把无线通信模块输入进来的FSK信号内容进行数据处理，另外一条SPI总线用于实现IO信号模块的状态输出控制；

2)实现液晶屏幕的显示驱动，把相关信息状态显示在屏幕上；

3)通过AT指令集方式连接铁路专网，实现无线信号可靠接收的方法，并对各种可能的异常情况进行处理；

4)实现无线GSM/GPRS模块的控制操作；

5)响应系统按键的各个功能；

6)flash和在线烧写功能的实现。

该基于GSMR网络的铁路FSK信号高可靠接收方法，包括以下步骤：

S1.开机后，发送网络注册命令，设置需要连接的网络类型，如果设置不成功，停滞在此步骤，并且在屏幕中显示异常，如果设置成功，则进入下一步；

S2.附着到GSM专用网络，在现场环境中，存在多种移动网络，这里选择附着在铁路专网的网络，并且判断是否附着成功，如果不成功，则等待一定时间，具体执行该命令，如果成功，则进入下一步；

S3.使用专用账户和密码进行登录，登录不成功则返回第一步，登录成功则进入下一步；

S4.发起GPRS连接，待附着网络后，按照AT协议指令，它有规定多种连接方式，此步骤是确定使用的网络连接方式，连接不成功则在此步骤等待，连接成功则进入下一步；

S5.连接成功后，获取端点设备的IP地址。该步骤比较特殊，虽然专网卡的IP地址是固定的，但还是需要确定其IP地址，获取异常则在此等待，正确则进入到下一步；

S6.查询当前网络状态是否正常，若网络状态正常，则返回OK且进入下一步，否则进行等待；

S7.设置网络连接协议方式和端口号，因为通信数据量不大，而且需要稳定传输，此处采用了TCP连接方式。成功设置则进入到下一步，出现异常则重新发送此命令并进行等待；

S8.发起对端连接，把连接的地址和端口号进行发送，该步骤是在前面步骤成功的情况下，开始启动和对端进行通信的开始，发起连接命令后，直接进入到下一步；

S9.等待对端连接是否成功。此步骤处理比较关键，如果连接成功，直接进入下一步；如果返回连接不成功，需要退回到步骤S8。同时，也有因为无线网络原因，没有反馈连接是否成功反馈，则等待一段时间后，程序认为是连接超时，直接返回到步骤S8；

S10.接收FSK的业务数据。此步骤把接收到的业务数据进行解析，解析后的数据给到FSK模拟信号编码模块，生成相应的FSK模拟信号，不管有没有接收到数据均跳转到下一步；

S11.发送网络心跳包。为了保持端点在线，隔一段时间发送一次心跳包，以确认网络在线和对端检测发送端是否在线；

S12.通过对端的心跳包检测对端是否在线，发现对端已经不在线的情况下，需要退回到步骤S1。如果对端在线情况下，跳转到步骤S8进行循环，检测有无最新的业务数据需要接收和解析。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统，包括MCU主控模块、无线通信模块、LCD显示模块、SWD在线下载调试模块、FSK信号调制编码模块、模拟功放控制器模块、IO信号输出控制模块、主轨控制模块和小轨控制模块，其特征在于：所述铁路FSK信号接收系统通过无线通信模块将无线传输过来的远程信号进行接收，获得载频、基频等相关信息；所述控制FSK信号调制编码模块编码产生相应的模拟信号；所述模拟功放控制器模块根据需要对模拟信号进行功率放大后并输出，同时输出主轨继电器、小轨继电器等多个系统需要的相关控制信号；所述LCD显示模块把这些控制状态和信号相关信息显示在液晶屏幕上，供使用者直观了解设备运行状态；

MCU主控模块，其是发送器的核心模块，相当于是人体的大脑控制中枢；

无线通信模块，能够实现发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能；

LCD显示模块，能够把控制状态和信号相关信息显示在液晶屏幕上，供使用者直观了解设备运行状态；

SWD在线下载调试模块，用来实现程序的下载和调试功能；

FSK信号调制编码模块，其能够将无线接收到的载频(1700、2000、2300、2600)、18种基频(F1-F18)、载频类型(N1/N2)这些信息，转化为一个经过编码和调制的模拟信号波形；

模拟功放控制器模块，能够根据需要对模拟信号进行功率放大后并输出；

IO信号输出控制模块，其能够起到辅助功能，可以输出多个IO控制信号，如，FBJ1等发送报警继电器等信号；

主轨控制模块和小轨控制模块，其能够把无线传输过来的主轨道、小轨道继电器的通道状态，在接收端进行还原为控制继电器状态的模拟信号。

2.根据权利要求1所述的基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，其特征在于：所述MCU主控模块选择180Mhz的ARM核作为中央控制处理器。带有FPU处理器的-M4是最新一代的嵌入式系统ARM处理器，该处理器引脚数少、功耗低，能够提供满足MCU实现要求的低成本平台，同时具备卓越的计算性能和先进的中断响应性能。

3.根据权利要求2所述的基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，其特征在于：所述ARM核处理器支持一组DSP指令，能够实现有效的信号处理和复杂的算法执行，它的单精度FPU(浮点单元)通过使用元语言开发工具，可加速开发，防止饱和，能支持到发送器的速度处理、显示接口驱动和无线网络信号的对接，该处理器具有优异的代码执行效率，采用通常8位和16位器件的存储器空间即可发挥ARM内核的高性能。

4.根据权利要求1所述的基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，其特征在于：所述无线通信模块采用将射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成起来，构成一个无线收发通信功能模块。

5.根据权利要求1所述的基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，其特征在于：所述LCD显示模块采用RGB色彩的液晶屏，其屏幕分辨率为320*240，并其通过RGB并行接口和MCU进行通信控制。

6.根据权利要求1所述的基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，其特征在于：所述FSK信号调制编码模块采用DDS产生和载频频率和类型相同的正弦波，在此正弦波基础上，按照MCU的要求把基频调制进去进行输出，并且可以动态配置成不同频率的模拟波形，编码后的模拟波形经过功放模块对模拟信号输出进行功率放大，放大的级别有10个等级，包含170V-33V等10种不同输出电压，输出电压级别可以根据用户在外部的设置而定。

7.根据权利要求2所述的基于GSMR网络的铁路FSK信号接收系统及其高可靠传输方法，其特征在于：所述ARM核处理器内部包括一个精简操作系统，整套软件设计基于该操作系统基础上实现Task任务，各任务之间的调度和优先级处理由该精简操作系统来进行管理，主要有下面几个任务Task：

1)SPI总线读写控制，把无线通信模块输入进来的FSK信号内容进行数据处理，另外一条SPI总线用于实现IO信号模块的状态输出控制；

2)实现液晶屏幕的显示驱动，把相关信息状态显示在屏幕上；

3)通过AT指令集方式连接铁路专网，实现无线信号可靠接收的方法，并对各种可能的异常情况进行处理；

4)实现无线GSM/GPRS模块的控制操作；

5)响应系统按键的各个功能；

6)flash和在线烧写功能的实现。

8.一种基于GSMR网络的铁路FSK信号高可靠接收方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.开机后，发送网络注册命令，设置需要连接的网络类型，如果设置不成功，停滞在此步骤，并且在屏幕中显示异常，如果设置成功，则进入下一步；

S2.附着到GSM专用网络，在现场环境中，存在多种移动网络，这里选择附着在铁路专网的网络，并且判断是否附着成功，如果不成功，则等待一定时间，具体执行该命令，如果成功，则进入下一步；

S3.使用专用账户和密码进行登录，登录不成功则返回第一步，登录成功则进入下一步；

S4.发起GPRS连接，待附着网络后，按照AT协议指令，它有规定多种连接方式，此步骤是确定使用的网络连接方式，连接不成功则在此步骤等待，连接成功则进入下一步；

S5.连接成功后，获取端点设备的IP地址。该步骤比较特殊，虽然专网卡的IP地址是固定的，但还是需要确定其IP地址，获取异常则在此等待，正确则则进入到下一步；

S6.查询当前网络状态是否正常，若网络状态正常，则返回OK且进入下一步，否则进行等待；

S7.设置网络连接协议方式和端口号，因为通信数据量不大，而且需要稳定传输，此处采用了TCP连接方式。成功设置则进入到下一步，出现异常则重新发送此命令并进行等待；

S8.发起对端连接，把连接的地址和端口号进行发送，该步骤是在前面步骤成功的情况下，开始启动和对端进行通信的开始，发起连接命令后，直接进入到下一步；

S9.等待对端连接是否成功。此步骤处理比较关键，如果连接成功，直接进入下一步；如果返回连接不成功，需要退回到步骤S8。同时，也有因为无线网络原因，没有反馈连接是否成功反馈，则等待一段时间后，程序认为是连接超时，直接返回到步骤S8；

S10.接收FSK的业务数据。此步骤把接收到的业务数据进行解析，解析后的数据给到FSK模拟信号编码模块，生成相应的FSK模拟信号，不管有没有接收到数据均跳转到下一步；

S11.发送网络心跳包。为了保持端点在线，隔一段时间发送一次心跳包，以确认网络在线和对端检测发送端是否在线；

S12.通过对端的心跳包检测对端是否在线，发现对端已经不在线的情况下，需要退回到步骤S1。如果对端在线情况下，跳转到步骤S8进行循环，检测有无最新的业务数据需要接收和解析。