車載無線列調(diào)應(yīng)急通信裝置的分析與應(yīng)用

張致達(dá)

（潞安鐵運(yùn)公司電務(wù)段，山西 長治 046000）

1 項(xiàng)目概況

現(xiàn)有車載無線列調(diào)通信設(shè)備為機(jī)車綜合無線通信設(shè)備（簡稱“CIR”），CIR安裝在動(dòng)車組、各型機(jī)車和軌道車上，CIR主要承載450 MHz通用式機(jī)車電臺(tái)調(diào)度通信功能和數(shù)據(jù)傳輸功能，GSM-R調(diào)度通信功能和數(shù)據(jù)傳輸功能，列車接近預(yù)警和防護(hù)報(bào)警功能、列尾傳輸功能、及工作模式自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換功能等。CIR用于列車司機(jī)及地面行車指揮人員和其他人員話音，實(shí)現(xiàn)車地之間調(diào)度命令、無線車次號(hào)校核等數(shù)據(jù)通信，是鐵路運(yùn)輸中的重要車載通信設(shè)備。

CIR在設(shè)計(jì)中，由于整個(gè)設(shè)備承載功能較多，所以整個(gè)設(shè)備被劃分為多個(gè)功能單元。CIR在實(shí)際使用中，如果出現(xiàn)某個(gè)或者多個(gè)單元故障時(shí)，需要上報(bào)安排專人進(jìn)行現(xiàn)場處理，當(dāng)CIR出現(xiàn)故障，不僅影響列車運(yùn)行調(diào)度，而且還會(huì)出現(xiàn)行車安全事故。在各路局對(duì)CIR質(zhì)量分析報(bào)告中可以看到，CIR故障比較頻繁。針對(duì)這一情況，提出一種新型用于車載無線列調(diào)應(yīng)急通信裝置。

2 新型車載無線列調(diào)應(yīng)急通信裝置的分析

2.1 裝置結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)當(dāng)前車載CIR故障比較頻繁的問題，提供了一種可靠性高、體積小、便于攜帶的用于車載無線列調(diào)應(yīng)急通信裝置，該裝置原理如圖1所示[1-2]。該裝置主要包括GSM-R話音模塊、GSM-R數(shù)據(jù)模塊、衛(wèi)星定位模塊、控制模塊、記錄模塊、顯示器、接口模塊、450 MHz機(jī)車電臺(tái)模塊、LBJ模塊和天線。控制模塊分別與GSM-R話音模塊、GSM-R數(shù)據(jù)模塊、衛(wèi)星定位模塊、記錄模塊、顯示器和接口模塊電連接，接口模塊分別與450 MHz機(jī)車電臺(tái)模塊和LBJ模塊電連接，天線分別與GSM-R話音模塊、GSM-R數(shù)據(jù)模塊、450 MHz機(jī)車電臺(tái)模塊和LBJ模塊電連接。

圖1 車載無線列調(diào)應(yīng)急通信裝置原理框圖

GSM-R話音模塊使用支持GSM-R網(wǎng)絡(luò)通話功能的通信模塊，在控制模塊的控制下完成話音通信。GSM-R數(shù)據(jù)模塊使用支持GSM-R網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)功能的通信模塊，在控制模塊的控制下完成數(shù)據(jù)通信。衛(wèi)星定位模塊用衛(wèi)星定位芯片，接收衛(wèi)星定位原始信息，處理后在為設(shè)備提供公用位置信息，其中公用位置信息中包含運(yùn)行線路、區(qū)段、車站、時(shí)間、經(jīng)緯度等，時(shí)間信息將作為設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。控制模塊協(xié)調(diào)控制設(shè)備各模塊的工作，控制模塊包含核心處理器、存儲(chǔ)器、單片機(jī)和控制電路。核心處理器型號(hào)為AM3352，單片機(jī)型號(hào)為LPC1768FBD100。核心處理器獲取各模塊狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行模式、當(dāng)前操作與單片機(jī)協(xié)同進(jìn)行設(shè)備控制和狀態(tài)顯示。記錄模塊接收控制模塊的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，用于分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障現(xiàn)象。

顯示器根據(jù)控制模塊控制顯示設(shè)備工作狀態(tài)和獲取操作人員操作狀態(tài)反饋給控制模塊進(jìn)行設(shè)備控制。機(jī)車電臺(tái)模塊和LBJ模塊共用處理器，控制器模塊的型號(hào)為LPC1778，根據(jù)控制模塊的控制實(shí)現(xiàn)450 MHz通道的調(diào)度通信，用于話音傳輸、車次號(hào)的傳送、450 MHz通道列尾傳輸；根據(jù)控制模塊的控制實(shí)現(xiàn)800 MHz通道的列尾傳輸、列車防護(hù)報(bào)警和列車接近預(yù)警。

2.2 實(shí)施方式分析

GSM-R話音模塊包括MC551芯片J1、SIM卡U5、外圍電路、控制電路和指示燈電路；MC551芯片J1分別與SIM卡U5、外圍電路和控制電路電連接；外圍電路、控制電路和指示燈電路均與主控模塊電連接。

GSM-R數(shù)據(jù)模塊包括SIM800C芯片U15，SIM卡電路，GSM-R狀態(tài)燈電路和GSM-R開關(guān)機(jī)電路；SIM800C芯片U15分別與主控模塊、SIM卡U17電路和GSM-R狀態(tài)燈電路電連接，GSM-R狀態(tài)燈電路和GSM-R開關(guān)機(jī)電路均與主控模塊電連接。

如圖2所示[3-4]，記錄模塊包括EMMC存儲(chǔ)電路、LPC1778單片機(jī)、第一串口通信電路、音頻編解碼電路和第一音頻處理電路；LPC1778單片機(jī)分別與EMMC存儲(chǔ)電路、第一串口通信電路和音頻編解碼電路電連接，音頻編解碼電路和第一音頻處理電路電連接，第一串口通信電路和主控模塊電連接。

圖2 記錄模塊的一種原理框圖

如圖3所示[5-6]，450 MHz機(jī)車電臺(tái)模塊包括450 MHz信道機(jī)、第三音頻處理電路、450 MHz信道機(jī)編解碼電路、單片機(jī)和第二串口通信電路；450 MHz信道機(jī)分別與第三音頻處理電路和450 MHz信道機(jī)編解碼電路電連接，第三音頻處理電路和450 MHz信道機(jī)編解碼電路均與單片機(jī)電連接，單片機(jī)通過第二串口通信電路與接口模塊電連接。

圖3 450 MHz機(jī)車電臺(tái)模塊和LBJ模塊的一種電路圖

LBJ模塊包括800 MHz信道機(jī)、800 MHz信道機(jī)編解碼電路和第二音頻處理電路，800 MHz信道機(jī)分別與800 MHz信道機(jī)編解碼電路和第二音頻處理電路電連接，800 MHz信道機(jī)編解碼電路和第二音頻處理電路均與單片機(jī)電連接。天線分別與800 MHz信道機(jī)和450 MHz信道機(jī)電連接。

2.3 特點(diǎn)分析

該裝置主要是應(yīng)用在動(dòng)車、各類機(jī)車和軌道車的車載無線列調(diào)應(yīng)急通信設(shè)備，該裝置在CIR出現(xiàn)故障后，承擔(dān)起鐵路綜合無線通信功能，具備GSM-R網(wǎng)絡(luò)下的語音和數(shù)據(jù)通信，具備450 MHz通道的語音和數(shù)據(jù)通信、具備800 MHz通道列車防護(hù)報(bào)警和接近預(yù)警功能，具備450 MHz通道和800 MHz通道的列尾傳輸功能。該裝置各模塊功能專一，設(shè)計(jì)精簡，整體集成度高，體積小、輕便小巧，利于攜帶；功能齊全，與CIR操作流程、界面顯示相似，方便操作人員使用；可靠性，降低了故障率。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

該車載無線列調(diào)應(yīng)急通信裝置合武鐵路、武廣客運(yùn)專線聯(lián)絡(luò)線、鄭西客運(yùn)專線進(jìn)行了試用。在列車出現(xiàn)CIR故障后進(jìn)行啟用，用來承擔(dān)起鐵路綜合無線通信功能。該車載無線列調(diào)應(yīng)急通信裝置工作過程如下：

1）操作人員選擇運(yùn)行區(qū)段和工作模式，控制模塊根據(jù)衛(wèi)星定位模塊GPS公用信息輸出和人工操作顯示模塊確認(rèn)當(dāng)前運(yùn)行區(qū)段和工作模式；

2）如果運(yùn)行在GSM-R線路區(qū)段，控制模塊控制GSM-R話音模塊、GSM-R數(shù)據(jù)模塊完成通話和數(shù)據(jù)傳輸，在當(dāng)前模式下設(shè)備能完成機(jī)車號(hào)注冊(cè)注銷、車次號(hào)注冊(cè)注銷、個(gè)呼、組呼、廣播、緊急呼叫、調(diào)度命令簽收、無線車次號(hào)校核等操作；

3）如果運(yùn)行在450 MHz線路區(qū)段，控制模塊控制450 MHz機(jī)車電臺(tái)模塊完成通話和數(shù)據(jù)傳輸，在當(dāng)前模式下完成車站、機(jī)車和調(diào)度通信，調(diào)度命令、無線車次號(hào)校核、450 MHz通道列尾傳輸?shù)裙δ埽?/p>

4）需要使用到800 MHz通道列尾功能時(shí)，控制模塊控制LBJ模塊實(shí)現(xiàn)與列尾通信和列尾控制，完成列尾確認(rèn)、列尾注銷、風(fēng)壓查詢、列尾排風(fēng)、風(fēng)壓欠壓告警和電壓欠壓告警等功能；

5）需要使用到列車安全預(yù)警時(shí)，控制模塊控制LBJ模塊完成列車防護(hù)報(bào)警和列車接近預(yù)警等功能。

從試用情況來看，該車載無線列調(diào)應(yīng)急通信裝置啟用后，能完全承擔(dān)起鐵路綜合無線通信功能，有效提高了可靠性，降低了故障率，應(yīng)用效果理想。