鐵路臨時限速警示裝置的開發與應用研究

【摘 要】文章論述了研制臨時限速警示裝置的必要性，介紹了該裝置的設計目標和設計方案，并描述了系統工作原理和工作過程。此裝置為列車安全運行提供了一個新的工具。

【關鍵詞】線路；臨時限速；射頻識別；語音警示

一、研究背景

按照《鐵路技術管理規程》規定，在線路施工或事故多發區段為了保證施工人員及列車運行安全，對通過該區段的列車進行臨時限速。機車司機在操縱機車運行的同時，需要實時瞭望，及時發現移動減速信號牌，并按照減速信號牌的要求操縱機車減速通過臨時限速區段。此外，機車LKJ系統管理人員會事先將限速信息輸入到機車LKJ系統中，司機按照LKJ系統的提示操縱機車運行，當機車以超過限速值的速度進入限速區段時，LKJ系統會自動控制機車減速停車，以避免發生行車事故。但是在實際工作中，有時會因為各種原因發生LKJ系統中限速信息沒有輸入、或者輸入錯誤的情況，此時如果司機瞭望不夠，沒有及時發現減速牌的情況，就很可能造成列車超速進入限速區段發生行車事故。

二、系統設計

（1）設計目標。研究設計一種臨時限速警示裝置，在限速區段前方，發送限速信息給通過的列車，提示司機前方限速信息，避免發生超速通過限速區段的行車事故。（2）總體設計方案。通過對線路施工臨時限速情況、列車運行情況以及列車通過限速區段情況的分析和研究，采用近幾年來興起，應用在各行業的高新技術—射頻識別技術（RFID）來解決此問題。“線路臨時限速警示裝置”由地面限速信息發送器和車載限速信息接收警示器構成。各部分實現的功能如下：第一，地面限速信息發送器：存儲前方限速信息并以無線方式發送給車載設備；第二，車載限速信息接收警示器：接收地面限速信息發送器的限速信息，并發出語音警示。（3）地面限速信息發送器設計。第一，硬件設計。一是電路結構設計：地面限速信息發送器硬件電路包括天線、射頻電路、處理器電路、穩壓等，射頻電路負責發送調制地面限速信息發送器發送的信號；處理器控制地面限速信息發送器正確發送信息。二是低功耗設計。地面限速信息發送器采用電池供電，由于電池的容量和使用時間有限，所以必須對地面限速信息發送器進行低功耗設計，從而盡可能延長電池使用時間。我們采用的nRF24L01芯片，功耗低，使用1.9V～3.6V工作電源，可采用電池供電，在相同工作模式下，比同類芯片節省近1/3的能量。處理器選用了MSP430系列單片機，在工作頻率高達1MHz的狀態下電流僅為220μA，具有其他單片機不可比擬的低功耗優勢。第二，軟件設計。一是寄存器設置和數據包格式。射頻收發器的接收地址、收發頻率、發射功率、無線傳輸速率、無線收發模式以及CRC校驗的長度和有效數據的長度等信息都在nRF24L01射頻收發芯片的寄存器配置字中設置。完整的射頻數據包由五部分組成，由高到低分別為前同步碼、地址、數據包標號、有效數據和CRC校驗。其中，前同步碼在發送時由硬件添加，接收時由硬件自動剝離。二是指令接收子程序。地面限速信息發送器上電后，首先進行初始化，使地面限速信息發送器完成與接收模式相關的配置寄存器的設置，完成后進入掉電模式。當地面限速信息發送器進入車載接收器范圍，經外部觸發后，將CE設為高，經過130μs后，地面限速信息發送器從掉電模式進入接收模式，開始監聽空中的數據包。三是信息發送子程序。執行完車載限速信息接收器指令，地面限速信息發送器收發模塊開啟成發射狀態，返回限速信息。在發送模式下，SPI接口有效。MCU把有效數據TX_PLD和目的地址TX_ADDR送入nRF24L01。數據通道0設置為接收應答信號ACK。當CE置高脈沖時，開始發送。數據以1Mb/s或2Mb/s（由MCU設定）的速率發送。

三、設備安裝及工作過程

地面限速信息發送器按臨時限速區段的線路方向和限速值區分，分別針對上行/下行、不同限速值的情況，并且放置在專用減速牌中，其發送的減速值與減速牌上標明的一致，由電池供電。

“線路臨時限速警示裝置”已經在國內某鐵路局管內線路和機車上推廣使用，效果良好，滿足了對臨時限速警示的需要，為列車運行安全提供了新的保障措施。

參 考 文 獻

[1]游戰清，李蘇劍.無線射頻識別技術理論與應用[M].北京：電子工業出版社，2004

[2]周曉光.射頻識別技術原理與應用實例[M].北京：人民郵電出版社，2006

[3]王長明.鐵路機車運用管理[M].北京：中國鐵道科學出版社，2006