CN1984806A - 用于向铁路信标进行安全数据传输的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于向铁路信标进行安全数据传输的装置(1)，具有彼此独立的并电气隔离的第一和第二电路部分(1a，1b)，每个电路部分包括：微处理器(6a，6b)选择级(2a，2b)，被配置用于接收关于铁路线的一部分的状态的信息信号，并用于产生至少一个电报以传输给信标；以及控制级(3a，3b)，被配置用于比较由所述第一和第二电路部分(1a，1b)产生的电报，以启动/禁止向所述信标的数据传输。所述第一电路部分(1a)还包括传输启动级(4，5，17)，其在由所述控制级(3a，3b)进行的比较是成功的情况下，允许向所述信标传输由所述第一电路部分(a)产生的电报。

Description

用于向铁路信标进行安全数据传输的装置
技术领域
本发明涉及一种用于向铁路信标进行安全数据传输尤其是安全电报传输的装置。
背景技术
众所周知，铁路信标(法语中也称为“balise”)被沿着铁路线安装，用于从沿着铁路线行驶的车辆接收电磁启动信号，并作为响应产生向车辆传输的含有关于行驶和位置的信息的编码响应信号(电报)。
例如，该信息可以指示沿着从信标位置下游的一段铁路线的障碍物的存在。
信标包括接收天线和发送天线，一般位于铁路线的轨道之间，并被锚固到枕木上。
数据编码和传输装置(称为“编码器”)也被沿着铁路线安装，用于获得关于铁路线的状态的现场信息，并向信标发送根据输入信号选择的合适的电报。
对编码器的输入信号一般来自沿着铁路线设置的并由预定的事件转换的继电器触点，例如交通灯的红-绿转换、点操作等。
换句话说，信标向沿着铁路线行驶的车辆简单地提供由编码器选择和传输的继电器电报。
因此重要的是，发送给沿着给定的铁路线段行驶的车辆的电报是完全可靠的，车辆的安全性便取决于这些电报。
因此，编码器必须在根据铁路线的状态进行的电报选择和向信标传输选择的电报两个方面确保出现的错误为可以忽略的程度。
发明内容
本发明的目的在于提供改进的、更安全的、更可靠的电报选择以及向信标的传输。
按照本发明，提供一种用于向铁路信标进行安全数据传输的装置，其特征在于包括：彼此独立的并电气隔离的第一和第二电路部分，每个电路部分包括：微处理器选择级，用于接收关于铁路线的一部分的状态的信息信号，并用于产生被传输给信标的至少一个电报；以及控制级，用于比较由所述第一和第二电路部分产生的电报，并用于启动/禁止向所述信标的数据传输；所述第一电路部分还包括传输启动级，其在由所述控制级进行的比较是成功的情况下，允许向所述信标传输由所述第一电路部分产生的电报。
附图说明
下面结合附图以举例方式说明本发明的非限制的实施例，其中：
图1是按照本发明的数据传输装置的方块图；
图2和图3表示图1的装置的部件的细节。
具体实施方式
参见图1，按照本发明的数据传输装置1包括在电气上相互隔离并且相互独立地并行操作的第一和第二电路部分1a和1b。
第一电路部分1a向信标传输电报，而第二电路部分1b测试传输装置1的正确的操作。更具体地说，在所示的例子中，数据传输装置1控制4个信标(BCN1，BCN2，BCN3，BCN4)，但是被控制的信标的数量显然可以不同于4个。
第一和第二电路部分1a，1b的每一个包括选择级2a，2b，用于接收用已知方式产生的关于铁路线的一部分(例如调车场，未示出)的状态的输入信号(INPUTS)，并用于相应地产生合适的电报向每个信标发送。
第一和第二电路部分1a，1b的每一个还包括控制级3a，3b，用于连续地确定数据传输装置1的正确的操作，同时向信标传输数据。
第一电路部分1a还包括被插在选择级2a和控制级3a之间的快速切断电路4，用于在故障情况下切断向信标的数据传输；以及传输级5，用于向信标传输确认的产生的电报。
更具体地说，每个选择级2a，2b包括微处理器6a，6b；获取电路7a，7b，用于获取表示铁路线的状态的输入信号；含有若干个先前设置的电报(由相继的位限定)的电报存储器8a，8b；以及RAM存储器9a，9b。
获取电路7a，7b彼此完全独立地接收若干个并行的电流或电压输入信号。
每个微处理器6a，6b接收来自各自的获取电路7a，7b的信号，并被连接到各自的电报存储器8a，8b以及各自的RAM存储器9a，9b。
更具体地说，RAM存储器9a，9b被分成两个存储库，即在物理上相互分开的工作存储器和测试存储器。
每个微处理器6a，6b的输出通过串行传输通道10a，10b被连接到各自的控制级3a，3b。
控制级3a，3b包括一个输入、四个输出的多路分解器电路12a，12b，其接收由各自的微处理器6a，6b产生的信号，并接着产生4个输出信号OUT1a/b，OUT2a/b，OUT3a/b，OUT4a/b，每个输出信号用于控制各个信标；以及比较电路14a，14b，用于逐位地接收和比较由第一和第二电路部分1a，1b产生的对应的信号。
更具体地说，比较电路14a，14b进行信号OUT1a和OUT1b、OUT2a和OUT2b、OUT3a和OUT3b以及OUT4a和OUT4b的逐位比较。
逐位比较的结果由比较电路14a，14b传送到各自的微处理器6a，6b。
第一光隔离器16被插在多路分解器电路12a的输出和比较电路14b的输入之间以及多路分解器电路12b的输出和比较电路14a的输入之间，因此没有从第一电路部分1a到第二电路部分1b的电信号的直接通路，因而它们被保持电隔离。
图2表示比较电路14a，14b的结构。
更具体地说，比较电路14a，14b分别包括4个异或逻辑门20a-20d，分别接收信号OUT1a和OUT1b，信号OUT2a和OUT2b，信号OUT3a和OUT3b以及信号OUT4a和OUT4b。
比较电路14a，14b还包括4个错误计数器21a-21d，以及4个错误位置检测器22a-22d。每个错误计数器21a-21d被连接到各自的异或逻辑门20a-20d的输出，并具有被连接到各自的错误位置检测器22a-22d的输入的输出，其产生被传输到各自的微处理器6a，6b的控制信号。
图3表示被插入在微处理器6a的输出和第一电路部分1a的多路分解器电路12a之间的快速切断电路4的结构。
快速驱动电路4包括第一和第二AND逻辑门30，31；OR逻辑门32；以及第一和第二阈值比较器33，34。
更具体地说，第一AND逻辑门30通过串行传输通路10a接收微处理器6a的输出，以及由微处理器6b产生的第一启动信号EN1；第二AND逻辑门31接收微处理器6a的输出，以及也由微处理器6b产生的第二启动信号EN2。OR逻辑门32接收第一和第二AND逻辑门30，31的输出，并产生被传输到多路分解器电路12a的输入的信号。
第一和第二阈值比较器33，34分别被连接到第一和第二AND逻辑门30，31的输出，并产生第一和第二比较信号C1，C2，该信号由微处理器6b读取。更具体地说，第一和第二比较信号C1，C2是第一和第二AND逻辑门30，31的输出分别和一个可变的阈值电压比较的结果。
更具体地说，根据由微处理器6b发送的控制信号TSOG控制的开关35的状态，阈值电压可以取第一正值(VTH)或和第一值相反的第二负值(-VTH)。
位于第一电路部分1a的输出的传输级5通过第二光隔离器17的插入接收多路分解器电路12a的输出OUT1a，OUT2a，OUT3a，和OUT4a，并控制4个相应的信标。
数据传输装置1还包括监视器电路18，其通过用于保持微处理器6a，6b电绝缘的第三光隔离器19的插入接收来自每个微处理器6a，6b的启动信号。
更具体地说，监视器电路18对第二光隔离器17提供电源电压Vdc。
数据传输装置1按照下述操作：
第一和第二电路部分1a，1b(图1)独立地接收关于铁路线的状态的输入信号。
更具体地说，获取电路7a，7b向有关的微处理器6a，6b传送输入信号的电压和电流值，并还可以获得已知值的电压，以测试获取通路的正确的操作。
每个微处理器6a，6b访问两个在物理上分开的有关RAM存储器9a，9b的(工作和测试)存储库。更具体地说，首先在第一存储库-工作存储库工作操作被进行，同时在第二存储库-测试存储库被测试。一旦测试被完成，则工作存储器区域便被在测试的第二存储库中复制，在第二存储库上进行工作操作，并在第一存储库测试。换句话说，在工作操作中，两个工作存储库被转换，并且不间断地连续地进行工作-测试。
根据由各自的获取电路7a，7b接收的数据，微处理器6a，6b根据预定的(已知的)内部规则从电报存储器8a，8b中选择合适的电报。
更具体地说，根据输入的数据，对于4个信标的每一个，用已知的方式产生合适的电报TG1，TG2，TG3，和TG4，并由这4个电报TG1，TG2，TG3，和TG4形成总电报，其包括若干组连续的位，每组包括在不同的电报中具有对应的位置的位。即，第一组位包括在电报TG1，TG2，TG3，和TG4中的第一位，第二组位包括在电报TG1，TG2，TG3，和TG4中的第二位，依此类推直到电报结束。
这样形成的总电报以4倍于用于传输数据的频率的传输速度通过串行传输通路10a，10b被传输到信标。
因而可以在一个TDM(时分多路传输)串行传输通路上控制几个信标(在所示的例子中为4个)，以向信标进行连续的数据传输。
在第一和第二微处理器6a，6b中的同步逻辑使用公共的时钟信号同步在几个传输通路10a，10b上的电报传输。
由微处理器6a，6b产生的总电报被各自的多路分解器电路12a，12b接收，其把每组中的不同的位传送到各个输出OUT1a/b，OUT2a/b，OUT3a/b，OUT4a/b，因此在每个输出OUT1a/b，OUT2a/b，OUT3a/b，OUT4a/b构成要被传送给各个信标的各个电报TG1，TG2，TG3，和TG4。
多路分解器电路12a，12b借助于和时钟信号同步的顺序逻辑进行这个操作，借以通过串行传输通路10a，10b传输数据。
然后在输出OUT1a/b，OUT2a/b，OUT3a/b，OUT4a/b的4个被重构的电报被发送给比较电路14a，14b。
比较电路14a，14b对由第一电路部分1a传输的电报TG1，TG2，TG3，和TG4以及由第二电路部分1b传输的电报TG1，TG2，TG3，和TG4进行逐位比较，以确定传输的数据的匹配。
实际上，在数据传输装置1中没有故障的情况下，由微处理器6a，6b根据相同的输入信号独立地产生的电报应当是匹配的。
更具体地说(图2)，由两个电路部分1a和1b产生的每个电报TG1，TG2，TG3，和TG4中相同位置的位在异或逻辑门20a-20d中被比较，如果比较的位具有相同的值，这些门则只产生低逻辑值。
来自异或逻辑门20a-20d的输出信号被错误计数器21a-21d以及错误位置检测器22a-22d接收，它们分别存储检测到的错误数量及其在传输的电报中的位置。更具体地说，错误计数器21a-21d每当其收到来自相关的异或门20a-20d的高逻辑信号时便使检测到的错误的数量加一。
然后把在错误计数器21a-21d和错误位置检测器22a-22d中存储的数据以控制信号的形式传送给各自的微处理器6a，6b，该控制信号表示存在数据传输错误，如果有的话。
更具体地说，每个微处理器6a，6b独立地接收由比较电路14a，14b产生的控制信号。
如果没有检测到错误，则在多路分解器12a的4个输出OUT1a，OUT2a，OUT3a，OUT4a的电报TG1，TG2，TG3，和TG4通过光隔离器17被传送到传输级5，用于控制各个信标。
允许输出的数据通过的光隔离器17由监视器电路18供给电压Vdc，监视器电路由来自微处理器6a，6b的启动信号启动。
与此相反，如果检测到任何数据传输错误，则进行下面的操作，以阻止错误的电报被传送给信标，因而阻止任何行驶着的车辆接收和编码具有潜在的危险的信息：
-第一微处理器6a中断通过串行传输通路10a进行的数据传输；
-两个微处理器6a，6b中断向监视器电路18传输启动信号，因而切断光隔离器17的电源电压Vdc，从而禁止电报传送给输出级5；以及
-第二微处理器6b启动快速切断电路4，其切断从微处理器6a的输出到多路分解器电路12a的输入的数据传输。
更具体地说(图3)，快速切断电路4的操作如下：
第二微处理器6b连续地向快速切断电路4提供启动信号EN1和EN2，该信号在传输装置1正确操作的情况下，启动通过AND逻辑门30(启动信号EN1是高逻辑状态，启动信号EN2是低逻辑状态)或通过AND逻辑门31(启动信号EN2是高逻辑状态，启动信号EN1是低逻辑状态)的数据传输。AND逻辑门30，31的输出被连接到OR逻辑门32的输入，从而数据在快速切断电路的输出连续地流动。
当检测到要求中断数据传输的错误时，第二微处理器6b通过使启动信号EN1，EN2具有低逻辑状态来禁止两个AND逻辑门30，31。
两个输入的AND逻辑门30，31的存在使得能够在数据传输的同时检测快速切断电路4的操作。
即，第二微处理器6b交替地启动通过AND逻辑门30的传输和确定AND逻辑门31的输出实际上被禁止，然后启动AND逻辑门31的传输并确定AND逻辑门30的输出实际上被禁止。
这些检查由第二微处理器6b通过从比较器33，34获得第一和第二比较信号C1，C2被进行。
为此目的，微处理器6b被设计用于断开开关35(通过控制信号TSOG)，因而改变比较器33，34的阈值，并检查AND逻辑门30，31的输出电平被禁止。
更具体地说，当AND逻辑门30被禁止时，通过在其输入的阈值电压改变的同时读取各自的比较器33的输出C1进行所述检查。因此AND逻辑门30(被禁止的)的输出呈一个参考值(例如0)，其被发送到比较器33的输入，比较器33的第二个输入接收正的或负的阈值电压(VTH，-VTH)，因此可以通过简单地确定在改变阈值电压的同时比较器33的输出的转换来确定AND逻辑门30的输出的实际的禁止。
可以应用同样的操作确定AND逻辑门31的实际的禁止。
数据传输装置1在向信标传输电报的同时还提供比较电路14a，14b，尤其是错误检测和存储电路的测试操作。
具体地说，微处理器6b在通过串行传输通路10b传输的电报中插入已知数量的错误序列，该序列被插入在电报内的预定位置。
这是可能的，因为，实际上发送给信标的电报是由微处理器6a产生的并通过串行传输通路10a传输的电报，其不包含错误。
一旦在电报中的一个给定数量的位被传输，每个微处理器6a，6b便独立地检查编程的错误的数量和位置(在测试错误序列中)和实际上检测到的错误的数量和位置是否匹配。
因而可以测试比较电路14a，14b的正确操作，并在检测到的错误不匹配的情况下中断电报传输。
由上面的说明可以清楚地看出本发明的优点。
具体地说，使用两个独立的电气隔离的电路部分用于获取输入信号并独立地产生各个电报，并使用两个独立的比较电路用于比较并确保所产生的两个电报匹配，可以大大提高对信标的数据传输的安全性。
如果检测到任何错误，按照本发明的数据传输装置则提供尽可能快地中断数据传输的3种相互协同的方式：
-通过输出串行通路中断数据传输；
-启动快速切断电路；以及
-禁止监视器电路，从而切断输出光隔离器的电源，因此切断对信标的数据传输。
此外，借助于合适的电路配置，本发明的数据传输装置对其自身的操作进行连续地测试而不中断对信标的数据传输。
更具体地说，其测试输入信号获取电路、微处理器RAM工作存储器、比较和传输错误检测电路以及快速切断电路的操作。
显然，不脱离在所附权利要求中限定的本发明的范围，可以对这里说明的实施例加以改变。
具体地说，可以提供和所示的装置不同的一种装置用于根据铁路线的状态选择要向信标传输的电报。
在这种情况下，数据传输装置可以直接地配备用于指示供传输的电报在电报存储器中的位置的指针。
虽然所述的实施例涉及用于控制4个信标的传输装置，但是通过简单地使用不同的电子元件(例如具有更多个输出的多路分解器电路)可以控制更多的信标。

Claims (11)

1.一种用于向铁路信标进行安全数据传输的装置(1)，其特征在于包括：彼此独立的并电气隔离的第一和第二电路部分(1a，1b)，每个电路部分包括：
-微处理器(6a，6b)选择级(2a，2b)，被配置用于接收关于铁路线的一部分的状态的信息信号，并用于产生至少一个电报以传输给信标；以及
-控制级(3a，3b)，被配置用于比较由所述第一和第二电路部分(1a，1b)产生的电报，以启动/禁止向所述信标的数据传输；
所述第一电路部分(1a)还包括传输启动级(4，5，17)，被配置在由所述控制级(3a，3b)进行的比较是成功的情况下，允许向所述信标传输由所述第一电路部分(a)产生的电报。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述传输启动级(4，5，17)包括被插入在所述微处理器(6a)的输出和所述第一电路部分(1a)的所述控制级(3a)之间的快速切断电路(4)；所述快速切断电路(4)在由所述控制级(3a，3b)进行的比较不成功的情况下，阻止所述电报的通过。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述快速切断电路(4)包括第一和第二AND逻辑门(30，31)，每个具有向其发送所述电报的第一输入(10a)；每个AND逻辑门具有第二输入，向其发送来自所述第二电路部分(3b)的所述微处理器(6b)的启动信号(EN1，EN2)；所述快速切断电路(4)还包括OR逻辑门(32)，其接收所述AND逻辑门(30，31)的输出；在由所述控制级(3a，3b)进行的比较不成功的情况下，两个所述启动信号(EN1，EN2)具有低的值。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述快速切断电路(4)还包括第一和第二阈值比较器(33，34)，它们分别接收所述第一和第二AND逻辑门(30，31)的输出，并且每个接收响应由所述第二电路部分(3b)的微处理器(6b)产生的控制信号(TSOG)而改变的阈值电压(VTH，-VTH)；所述第一和第二阈值比较器(33，34)产生各自的控制信号(C1，C2)，该控制信号被发送给所述第一电路部分(1a)的微处理器(6a)，以检查所述快速切断电路(4)的正确操作。
5.如前面任何一个权利要求所述的装置，其中所述传输启动级(4，5，17)包括被插入在所述第一电路部分(1a)的控制级(3a)和所述信标之间的光隔离电路(17)；所述光隔离电路(17)和监视电路(18)协同操作，所述监视电路接收来自所述第一和第二电路部分(1a，1b)的微处理器(6a，6b)的信号，以在由所述控制级(3a，3b)进行的比较不成功的情况下禁止所述光隔离电路(17)。
6.如前面任何一个权利要求所述的装置，其中所述第一电路部分(1a)的所述微处理器(6a)在由所述控制级(3a，3b)进行的比较不成功的情况下中断所述电报的产生。
7.如前面任何一个权利要求所述的装置，其中所述控制级(3a，3b)包括：
-至少一个异或逻辑门(20a-20d)，它们接收分别由第一和第二电路部分(1a，1b)的微处理器(6a，6b)产生的电报；
-错误计数器(21a-21d)，具有被连接到所述异或逻辑门(20a-20d)的输出的输入；以及
-错误位置检测器(22a-22d)，具有被连接到所述错误计数器(21a-21d)的输出的输入，并产生被发送给各个微处理器(6a，6b)的控制信号。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述错误计数器(21a-21d)和所述错误位置检测器(22a-22d)获得用于检查所述控制级(3a，3b)的正确操作的测试错误序列。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述测试错误序列在由所述第二电路部分(1b)的微处理器(6b)产生的电报中被产生。
10.如前面任何一个权利要求所述的装置，其中每个所述选择级(2a，2b)产生多个电报以传输给各个信标；所述选择级(2a，2b)形成包括多个由连续的位构成的组的总电报，每个组包括多个位，所述多个位在不同的电报中具有对应的位置；并且所述控制级(3a，3b)包括多路分解器电路(12a，12b)，其接收所述总电报，并把每组中的不同的位传输到各个输出(OUT1a/b，OUT2a/b，OUT3a/b，OUT4a/b)，从而各个电报在每个输出(OUT1a/b，OUT2a/b，OUT3a/b，OUT4a/b)被重构。
11.如权利要求10所述的装置，其中快速切断电路(4)被插入在所述微处理器(6a)的输出和所述第一电路部分(1a)的所述多路分解器(12a)之间；所述快速切断电路(4)在由所述控制级(3a，3b)进行的比较不成功的情况下，阻止所述总电报的通过。
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