信號沙盤無線遙控故障設置系統

王 杰

王 杰:南京職工培訓基地 助理工程師 241000 江蘇蕪湖

在教育基地的信號模擬沙盤使用中，通常是用拔繼電器、拔熔斷器、斷接點、短路軌道等手段來設置故障，造成故障設置時間長，隱蔽性差，不能保證故障設置的突然性、隨機性和不可預見性。為此，研制開發了信號沙盤無線遙控故障設置系統。現以道岔、信號機、軌道電路故障為例，進行詳細說明。

1 沙盤無線遙控故障設置系統的組成

沙盤無線遙控系統由軟件和硬件組成。軟件分為圖形界面繪制和傳輸信息編、解碼;硬件由控制計算機、無線遙控單元、單片機解碼電路等單元組成。計算機把要遙控的站場條件反映在顯示屏上，用下拉菜單的方式反映故障設置指令。通過USB把計算機的設備編碼信息接口傳送給無線遙控單元進行發射和接收，再由單片機解碼系統把接收下來的編碼信息進行解碼，動作相應的控制繼電器，從而達到故障遙控設置的目的。該裝置既可以在6502大站繼電聯鎖上使用，也可以在計算機聯鎖上使用，應用范圍十分寬泛。

2 計算機站場界面的生成

為了故障設置的直觀和簡單化，先設置一個與沙盤車站線路相同的車站站場界面，可以清楚的分辨出軌道區段、道岔、信號機以及相應的編號。對故障的設置直接使用鼠標右鍵下拉菜單進行選擇。

故障設置之后，界面上出現相應故障狀態顯示，取消故障則故障狀態顯示隨之消失。采用GDI+計算機繪圖技術對界面元素進行繪制，每一個界面元素采用控件封裝，方便修改和維護。

3 傳輸信息的編碼

系統的數據傳輸采用串行傳輸方式，將PC機的數據傳輸到控制單元，對數據格式、同步方式、傳送速率、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統一規定，在上位機的應用程序中進行編碼，經USB接口后轉串行數據送入無線發送模塊，由接收模塊接收無線射頻信號，經過模數轉換，將二進制數據送入下位機的單片機進行解碼和校驗。編碼信號傳輸示意圖如圖1所示。

圖1 編碼信號傳輸示意圖

鑒于系統對數據的保密程度無太大需求，所以數據傳送采用明文方式，串口速率9600b/s，下位機時鐘11.0592MHz，因為該時鐘產生的比特率精度高，不需要考慮誤差問題。

數據編碼的長度不固定，采用可變長度可方便數據的擴展。設置起始位1位，源地址碼1位，目的地碼1位，數據長度1位，數據位若干(＜255)，累加和1位，校驗位1位，結束位1位。

串口數據按順序接收，當接收到開始位之后，就判斷數據包的正確性。如果接收數據包的地址與本身的地址不符，則放棄該包不予處理。數據長度位標示了控制數據的長度，累加和和校驗位可對數據包在傳輸過程中的準確性進行校驗，收到正確的結束位數據之后，即結束該數據包的處理，進入下一個數據包的接收處理。

4 遙控單元

在眾多的遙控單元中，選用的是SM63多通道微功率嵌入式無線數傳模塊。該模塊具有體積小、寬電壓運行、傳輸距離遠的特點。該模塊還提供了多個頻道的選擇，工作頻段為315/433/868/915MHz，模塊接口 RS-232/232TTL/RS-485/USB均可。工作電壓低，能在3～5.5 V范圍內工作，使用中可直接從筆記本的USB接口取電。發射功率為100 mW，足以滿足較大實驗室的需要。

5 單片機解碼

單片機解碼控制電路由SM63遙控接收電路、穩壓電源模塊、單片機 STC89C54、74HC573、UL2803A組成，如圖2所示。將微機發來的編碼信號通過89C54進行解碼，并將解碼后的地址信息送給后級，由74HC573按解碼信息進行輸出，控制后級繼電器動作。由于74HC573的控制電流小，為此，加了一級驅動器，用以動作繼電器。

電源電壓正極從STC89C54的40腳輸入，負極從20腳輸入，給單片機提供工作電壓。時鐘信號從18、19腳輸入。遙控的編碼信號從SM63遙控接收端的1、2腳輸出，輸入到單片機的10、11腳，去單片機進行解碼。解碼信號分別從32～39腳輸出，去鎖存器74HC573輸出信號。同時，單片機26、27、28腳輸出控制信號，分別控制不同的74HC573芯片。由于站場的控制條件比較多，為此，可以根據實際使用的要求，添加74HC573芯片及后級電路，增加控制條件。

ULN2803A是8進制陣列周邊驅動器，它由7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網絡及鉗位二極管網絡構成，具有同時驅動7組負載的能力。在電路中，9腳是電源地，因為負載是繼電器，是感性負載，且電源VDD接在感性負載的一端，因此，10腳需要接正電源。因為直流繼電器線圈在通電和斷電時，直流繼電器線圈要產生感應峰值電壓，峰值高壓要通過10腳放電，否則會損壞器件和產生干擾。控制繼電器采用5V的小型繼電器，接點電流可以承受10A，能可靠的控制設備。

圖2 單片機解碼電路圖

圖3 進站信號機點燈電路

6 控制條件設置

繼電器的動作是按照地址碼選取的，1個地址碼只能動作1個繼電器，如果控制條件不夠，還可以隨時進行添加。只要把繼電器的接點控制條件串接在相應的電路中，就能進行“斷開電路、接通電路”的控制，達到設置故障的目的。

圖3為進站信號機點燈電路，有5個燈位1U、L、H、2U、B。“斷口圈”為電路切斷預設點，可以根據需要，在計算機控制界面對應信號機的燈位上，右鍵鼠標，點壓下拉菜單的故障設置，即可切斷“斷口點”的條件，達到關閉對應信號的目的。

在信號電路中，控制條件主要是:①進站信號點燈電路控制;②出站信號點燈電路控制;③道岔表示電路控制;④軌道電路控制。其控制機理和進站信號機一樣。

這種控制理念也可以用在其他電路中，只要改變計算機界面的圖形，將信息編碼與圖形對應，即可控制圖形對應的設備，而無需改變編碼序號。無線信號采碼如對應將處理，不對應則放棄。該方式優點是簡化了無線數據組網的成本和技術難度，缺點是增加了接收端的計算負擔。

7 小結

信號沙盤無線遙控故障設置系統在實際與運用中，取得了良好的效果。在可操作性、可靠性，控制準確率等指標上性能優良，沒有錯碼的現象。設備還具有擴展性能，既適應ZD6型的道岔控制電路，也適用S700K、ZYJ7的道岔控制電路;既適用JWXC-480軌道電路，也適用25Hz相敏軌道電路，有一定推廣價值。

［1］何文卿.6502電氣集中電路［M］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［2］Mahesh Chand.GDI+圖形程序設計［M］.北京:電子工業出版社，2005.

［3］趙建領，薛園園.51單片機開發與應用技術詳解［M］.北京:電子工業出版社，2009.