CN1280145C - 车载通信装置 - Google Patents

Abstract

一种车载通信装置，用于列车接近预警预告，设置在机车上，包括：行车数据采集箱，和设置在列车上的若干传感器相连，用于接收行车数据；数据转换平台，连接行车数据采集箱，包括控制车载通信装置工作的微处理器和用于保存行车数据采集箱发送的行车数据的存储单元；编码单元，编码单元包括主编码单元，用于将接收到的行车数据进行数字编码；收发单元，收发单元至少包括主收发单元，用于将编码后的数据进行调制、功率放大发送行车数据并接收从道口机、施工机或便携机发送的告警数据；高频功率合成器，用于主收发单元与天线间的射频信号的转换控制；天线，用于发射和接收射频信号，以及告警器，用于将主收发单元接收的告警数据解码并进行告警。

Description

车载通信装置

技术领域

本发明涉及一种车载通信装置，尤其是一种用于列车接近预警预告的车载通信装置。

背景技术

在铁路系统中，列车必须正常运行，而铁路设施又需要工作人员维修和养护，这就形成了铁路设施维护与列车行车的矛盾和冲突，甚至发生车毁与人员伤亡的恶性安全事故。以往现场作业的时间安排主要依靠火车运行图，当发生突发情况时，运行图必作临时变动，如果前方铁路上正有人员在作业，他们的生命将受到威胁。另一方面，在火车运行过程中，当工作人员发现路上重大安全隐患却无法告知正在行使的火车司机，后果不堪设想。

为了避免上述情况的发生，铁路系统和许多单位进行了很多列车接近报警的研究，也开发了一些列车接近报警装置。但是这些列车接近报警装置多采用中、短波频率，模拟信号或以声源为信号来源或灯光感应或轨道感应的方式，被动感应信号，然后发射报警。上述列车接近报警装置有以下不足：

(1)采用中、短波频段进行发射和接收，信号容易受到干扰并且信号易干扰其他设备的发射和接收，而且进行全时间域发射，频率占用时间长，频率利用率低。再说利用模拟信号进行传输，装置抗干扰差，纠错能力差。

(2)列车接近报警装置通常采用以声源为信号来源或灯光感应或轨道感应，定点采集信号，然后发射报警，使用范围和环境受到很大限制，不利于普遍推广使用。而且报警均采用声光报警，没有车辆行驶的数据，接收终端如道口、铁路施工现场难以尽早获悉列车行车信息，预先作好安全防范。

(3)当道口或施工现场出现险情时，无法反馈到上述列车接近报警装置，及时提醒列车司机采取应对措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于列车接近预警预告的车载通信装置。

一种车载通信装置，用于列车接近预警预告，设置在机车上，其特征在于，包括：行车数据采集箱，和设置在列车上的若干传感器相连，用于接收行车数据；数据转换平台，连接所述行车数据采集箱，包括控制车载通信装置工作的微处理器和用于保存行车数据采集箱发送的行车数据的存储单元；编码单元，编码单元至少包括主编码单元，所述主编码单元连接所述数据转换平台，用于将接收到的行车数据进行数字编码；收发单元，收发单元至少包括主收发单元，所述主收发单元连接所述主编码单元，所述主收发单元用于将编码后的数据进行调制、功率放大发送行车数据并接收从道口机、施工机或便携机发送的告警数据；高频功率合成器，连接所述主收发单元，用于主收发单元与天线间的射频信号的转换控制；设置在机车头顶上的天线，连接所述高频功率合成器，用于发射和接收射频信号，以及告警器，连接主收发单元，用于将主收发单元接收的告警数据解码并进行告警。

所述编码单元还包括从编码单元，所述收发单元还包括从收发单元，所述车载通信装置还包括转换控制单元，所述从收发单元分别连接告警器和高频功率合成器，所述从编码单元的输入端连接数据转换平台的输出端，其输出端连接从收发单元，所述主编码单元的输出端连接转换控制单元的输入端，所述转换控制单元用于控制A电源还是B电源有效，以控制对应的主收发单元还是从收发单元工作。

所述装置还包括功率检测单元，所述功率检测单元的输入端连接高频功率合成器的输出端，其输出端连接转换控制单元的输入端，用于检测高频功率合成器有无输出功率。

所述转换控制单元包括数据检测单元、或非门和转换控制器，数据检测单元用于当检测到正在工作的编码单元无数据输出时发出信号至或非门，所述或非门的输出端连接至转换控制器，用于当接收到无数据的信号或所述功率检测单元发送的无功率的信号时，发送信号至转换控制器，转换控制器选择A电源和B电源中当前处于非工作状态的电源有效。

所述转换控制器包括和或非门输出端连接的单稳态触发器、基极和所述单稳态触发器连接的NPN三极管和控制A电源还是B电源工作的继电器，所述NPN三极管的发射极接地，集电极连接所述继电器。所述告警器包括语音告警单元，所述语音告警单元包括语音告警解码器、语音片、放大器和扬声器。所述的编码为POCSAG编码。所述高频功率合成器包括主、从收发单元与天线间射频信号转换、控制设备。所述调制是采用键控频移的调制制式。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明摒弃模拟信息，采用数字方式，以数字编码方式调制信号、设置发送，接收显示全采用数字化，具有抗干扰强、纠错强、误码、漏码极小，并能多次重发，丢失信息率小。

(2)采用特高频段数字键控(FSK)工作方式，受天气环境影响小，并且可利用铁路沿线已有的泄漏电缆，使山区、隧洞均可使用，适用范围广。

(3)采用高速发码技术，发送数字信息的占空比较小，占用频谱时间极短，在一个时域单位，不产生较大的同频、邻频干扰，采用FSK调制，也不易受其他信号干扰。

(4)本发明不断向铁路沿线发射载有行车数据信息的无线电磁波，并且当道口机、施工机、便携机所在地出现危险情况下，可立即向车载通信装置反向发送紧急告警信号，语音提示司机采取紧急措施。本发明的车载通信装置提供了车-地双向数据传输系统，充分保证了人车的安全。

(5)本发明采用主、备机方案的冗余设计，提高整个系统的安全可靠性。

附图说明

图1是车载通信装置的结构示意图。

图2是转换控制单元的一个实施电路图。

图3是车载通信装置的预警预告流程图。

图4是车载通信装置的告警流程图。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明车载通信装置的结构示意图。本车载通信装置包括行车数据采集箱(TAX)1、数据转换平台2、编码单元3、收发单元4、高频功率合成器5、天线6、转换控制单元7、告警器8、功率检测单元9和电源。整机采用集木式结构，各单元装入屏蔽盒内，信号出入，电源等由后面板接插件连接，指示灯、开关等置于前面板，这种结构具有抗震、防电磁干扰、维修操作方便等特点。

行车数据采集箱1，通过设置在行车上的各种传感器定时采集如车速、里程标、行车方向、轴温、风压等行车数据，并传送至数据转换平台2中。

数据转换平台2，它包括存储单元22和微处理器21，其输入端和行车数据采集箱1的输出端连接，用于接收行车数据采集箱1中采集到的行车数据并保存到存储单元22中，存储单元22可采用电可擦除只读存储器(EEPROM)，系统掉电后行车数据不会丢失，而且每次可以随机写入和擦除。微处理器21直至接收到的车速超过预先设定值时，才将上述的行车数据加上人工置入的数据，如司机号、车次、起始时间等组成总行车数据发送至编码单元3。由于列车行驶地形地貌千变万化，信号成分错综复杂，为了保证车载通信装置数据转换平台2的稳定性，数据转换平台2还设置了系统稳定单元23，系统稳定单元23包括低压复位电路和MCU程序死机复位电路，低压复位电路用于防止数据转换平台2在工作电压过低而影响系统工作，MCU程序死机复位电路在系统程序执行时突然被外界信号干扰而死机时快速使系统重新开始恢复工作。

编码单元3，本发明采用主机、备机方案的冗余设计的方案，所以本发明的编码单元3包括主编码单元3a和从编码单元3b，它们分别连接到数据转换平台2的输出口。其中只有一个为工作编码单元，通常主编码单元3a为工作编码单元，当主编码单元3a出现故障时，才将备用的从编码单元3a转为工作编码单元。数据发送的格式应满足对容量、编码技术、速率、检错和纠错方法等的要求，力求提高数据传送的成功率，降低传送误码率。其中，检错可保证数据传输错误时而不被译码，纠错则可保证错误码被自动地纠正，即使传送过程产生差错，但译码也要保证正确。鉴于上述对编码格式的要求，在满足设计目标的要求下，本发明选用国际无线NO.1号码。国际无线NO.1号码，又称POCSAG码，是CCIR建议的NO.1无线单向告知码，此种编码格式具有容量大、编码效率高、纠错能力强、适合小容量系统或混合系统中使用等特点，是一种比较理想的编码格式。目前POCSAG码的传输速率为512bit/S、1200bit/s等兼容；它能以FSK-NRZ调制方式进行传播。根据上述的原因，编码单元3接收到的行车数据编写成POCSAG格式的数字信号。

收发单元4，本发明设置了两个和编码单元3相对应的主收发单元4a和从收发单元4b。收发单元4的输入端和对应的编码单元3的输出端连接，其输出端连接告警器和高频功率合成器5，用于发送行车数据至高频功率合成器5，并接收从高频合成器5传送的紧急告警信号。

高频功率合成器5，连接主收发单元4a和从收发单元4b，用于将主收发单元4a和从收发单元4b其中一个工作收发单元4发送的已调高频信号，通过天线6周期性向铁路沿线发射高频无线电磁波，并将接收载有紧急告警数据的射频信号传送至收发单元4。本发明采用键控频移(FSK)的调制制式，通常采用±4.5KHZ调制度，为了提高抗干扰性，可将调制度提高到±5kz调制度，可使抗干扰性提高0.5dB，信号功率和失真度未受影响。以上对FSK发射进行了阐明。将接收载有紧急告警数据的射频信号处理成数字信号，再发出告警提示语音，在此不再赘述。

告警器，连接收发单元4。告警器包括声音报警器和光报警器。本发明地对车反向告警采用声音告警警器8。它包括语音告警解码单元81a、81b，语音片82a、82b，放大器83和扬声器84。两个语音告警解码单元81a、82b的输入端分别连接主收发单元4a和从收发单元4b，其输出端分别连接语音片82a、82b。不管是主收发单元4a和从收发单元4b发送告警信号都能经语音告警码单元81a、81b的解码、激活语音片82a、82b、放大器83的语音放大后从扬声器84中发声以警示列车司机。

转换控制单元7，用于检测主编码单元3a的输出端和高频功率合成器5的输出端是否有信号，如果没有则转换到从编码单元3b工作，提高了车载通信装置的可靠性。本发明的转换控制单元7包括数据检测单元71、转换控制器73和或非门72。数据检测单元71的输入端连接主编码单元3a的输出端，其输出端连接或非门72的输入端，或非门72的另一个输入端连接功率检测单元9。功率检测单元9的输入端连接高频功率合成器5的输出端，用于检测高频合成器5有无功率，如果有则发出信号至或非门72，否则不发。或非门72的输出端连接转换控制器73的输入端，转换控制器73的输出端连接A电源和B电源，用于控制是A电源工作还是B电源工作。即选择主编码单元工作还是从编码单元工作。当主编码单元发生故障，可通过转换控制器73转换到B电源工作，即从编码单元工作，提高了设备可靠性。

请参阅图2，为本发明的转换控制单元7的部分电路图。功率检测单元9输出端通过一个反向二极管连接到或非门72的输入引脚5，数据检测单元71输出端连接NPN三极管的基极，发射极接地，集电极连接到或非门72的输入引脚6，或非门72的输出端和单稳态触发器的一个输入端连接，单稳态触发器的输出端连接三极管Q2，当功率检测或数据检测中任一检测无信号时，三极管Q2截止，继电器释放，车载机转为B机工作，当功率检测和数据检测都有信号时，三极管Q2导通，车载机工作在A机状态。数据检测单元71可以对从主编码单元3a输出的信号进行简单的处理，如将主编码单元输出的信号先通过电容然后接到三极管的基极上。

以下具体阐明车载通信装置的预警预告的流程，如图3所示。

S110：列车启动，TAX1定时采集包括车速在内的行车数据并把它发送给数据转换平台2；

S120：数据转换平台2中的微处理器21判断行车数据中的行车速度是否大于预先设定值，本发明预先设定值为25km/n，当时速超过25km/n时，微处理器21发出控制信号使得行车数据连同用户输入的数据发送至主编码单元3a；

S130：主编码单元3a将接收到的数据编写成对应的POCSAG码；

S140：主收发单元4a收到主编码单元3a发送的POCSAG码，并将它经过FSK调制，功率放大送至高频功率合成单元5，再通过天线发射载有行车数据信息的无线电磁波。地面的道口机、施工机和便携机在电磁波覆盖范围内接收信号。经解调、处理、存储、显示行车数据，发出相应的列车接近报警信号，告知铁路上工作人员下道避让列车，达到列车接近预警预告的作用，有效地保证了人身安全。

当道口机、施工机、便携机所在地出现危险情况时，可立即向车载通信装置反向发送紧急告警信号，它为CRC校验告警码，提示火车司机采取紧急措施，尽量避免安全事故发生。具体步骤如图4所示：

S210：车载通信装置通过天线6接收到射频信号，并经过高频功率合成器5传送至主收发单元4a；

S220：主收发单元4a将收到的数字信号传送至语音告警解码器81a进行解码，激活语音片82a，并通过放大器83放大，扬声器84发出告警语音，提示司机采取紧急措施。

本车载通信装置为车-地双向数据传输系统。并且，当转换控制单元7检测到主编码单元3a没有数据或者功率检测单元9没有功率信号，立即将A电源关闭而打开B电源，使得从编码单元3b、从收发单元4b工作，大大提高了系统的可靠性。

以下简单介绍一个具体实施例中的车载通信装置的技术说明。

车载通信装置发射电波场强覆盖距离在500-3000M范围内，在此范围内任一接收点数据信息的载波功率余量应足够，根据载波功率余量值，可计算车载通信装置发射功率的大小：接收点最小必须场强Emin＝Sv+DdBuv/m

Sv-----便携机灵敏度        20uv/m

D-----告知率由50％提高到95％，必须增加场强余量取值为26dBuv/m+11.3dBuv/m＝37.3dB/m，即Emin＝57.3uv/m

车载通信装置主发射功率大小直接关系到便携接收机能否正常可靠地接收到信号。车载通信装置天线安装于机车头顶上，便携式接收机由使用者随身携带，天线采用全向机车天线，因此实际场强大小受多个因素影响，如天线高度、主发射功率大小相等。这里以“视距”收发，且天线均为半波振子为例，则以唯金斯基公式计算场强值，设工作波长为0.64m，发、收之间的距离最远设为3000m，设发射天线高为4m，接收天线高1米，此时车载通信装置发射功率5w-10w即可保证接收点可靠的信号场强。

以上公开的仅为本发明一个具体实施例，本领域的技术人员根据其思之的任何变化，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1、一种车载通信装置，用于列车接近预警预告，设置在机车上，其特征在于，包括：

行车数据采集箱，和设置在列车上的若干传感器相连，用于接收行车数据；

数据转换平台，连接所述行车数据采集箱，包括控制车载通信装置工作的微处理器和用于保存行车数据采集箱发送的行车数据的存储单元；

编码单元，编码单元至少包括主编码单元，所述主编码单元连接所述数据转换平台，用于将接收到的行车数据进行数字编码；

收发单元，收发单元至少包括主收发单元，所述主收发单元连接所述主编码单元，所述主收发单元用于将编码后的数据进行调制、功率放大发送行车数据并接收从道口机、施工机或便携机发送的告警数据；

高频功率合成器，连接所述主收发单元，用于主收发单元与天线间的射频信号的转换控制；

设置在机车头顶上的天线，连接所述高频功率合成器，用于发射和接收射频信号，以及

告警器，连接主收发单元，用于将主收发单元接收的告警数据解码并进行告警。

2、如权利要求1所述的车载通信装置，其特征在于，所述编码单元还包括从编码单元，所述收发单元还包括从收发单元，所述车载通信装置还包括转换控制单元，所述从收发单元分别连接告警器和高频功率合成器，所述从编码单元的输入端连接数据转换平台的输出端，其输出端连接从收发单元，所述主编码单元的输出端连接转换控制单元的输入端，所述转换控制单元用于控制A电源还是B电源有效，以控制对应的主收发单元还是从收发单元工作。

3、如权利要求2所述的车载通信装置，其特征在于，所述装置还包括功率检测单元，所述功率检测单元的输入端连接高频功率合成器的输出端，其输出端连接转换控制单元的输入端，用于检测高频功率合成器有无输出功率。

4、如权利要求3所述的车载通信装置，其特征在于，所述转换控制单元包括数据检测单元、或非门和转换控制器，数据检测单元用于当检测到正在工作的编码单元无数据输出时发出信号至或非门，所述或非门的输出端连接至转换控制器，用于当接收到无数据的信号或所述功率检测单元发送的无功率的信号时，发送信号至转换控制器，转换控制器选择A电源和B电源中当前处于非工作状态的电源有效。

5、如权利要求4所述车载通信装置，其特征在于，所述转换控制器包括和或非门输出端连接的单稳态触发器、基极和所述单稳态触发器连接的NPN三极管和控制A电源还是B电源工作的继电器，所述NPN三极管的发射极接地，集电极连接所述继电器。

6、如权利要求1所述的车载通信装置，其特征在于，所述告警器包括语音告警单元，所述语音告警单元包括语音告警解码器、语音片、放大器和扬声器。

7、如权利要求1所述的车载通信装置，其特征在于，所述的编码为POCSAG编码。

8、如权利要求1所述的车载通信装置，其特征在于，所述调制是采用键控频移的调制制式。

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