双音多频技术在半自动闭塞中的应用

杨 进，杨 城

（1. 南京铁道职业技术学院 通信信号学院，南京 210035；2.南京地铁运营有限责任公司 通号中心，南京 210012）

双音多频技术在半自动闭塞中的应用

杨 进1，杨 城2

（1. 南京铁道职业技术学院 通信信号学院，南京 210035；2.南京地铁运营有限责任公司 通号中心，南京 210012）

64D半自动闭塞设备应用于铁路多年，已经暴露出很多问题。依据铁路标准，设计了一种基于双音多频通信技术的电子式闭塞机，用以取代原有继电器组合，处理电路由双单片机构成热备冗余，着重介绍了设计的可靠性，并给出了软件流程图。该设计基于单片机冗余技术，可靠性高，便于维护。

半自动闭塞；单片机；双音多频技术；可靠性

我国目前仍有上万公里的铁路配置了半自动闭塞设备，每站的64D半自动闭塞系统由闭塞机、闭塞用轨道电路、站间电缆、闭塞电源以及操作表示设备组成[1]。铁路技术发展到今天，64D半自动闭塞设备的缺点也逐渐显现出来。继电器组合架配线复杂，不利于电务人员维护，站间通信逐渐采用的光纤使原有的通信电缆改造具有成本高、不易维护的缺点，无疑增加了设备的故障点，降低可靠性[2]。

本文设计了一种使用双音多频通信技术的64D半自动闭塞电子化改造方案，处理核心为STC单片机，热备冗余配置，符合“故障—安全”原则，所采用的双音多频通信技术（DTMF）抗干扰能力强，双音信号由电话局交换机传输，大大简化了设备，提高可靠性。

1 64D工作原理

64D半自动闭塞车站之间共传输7种信号，包括请求发车信号+、自动回执信号-、同意接车信号+、列车出发信号+、到达复原信号-、取消复原信号-、事故复原信号-。图1为车站之间信号传输图，标出了两车站正常办理闭塞业务信号的传输流程。

图1 车站之间信号传输图

2 系统设计

采用国产工业STC单片机作为处理器，双机热备，可代替原有组合架，完成闭塞运算，对联锁机使用“0”和“1”电平，表示继电器的落下和吸起状态，兼容原有电路接口，所设计的表示电路，用于提示和报警。通信电路核心采用CM8880芯片，能够和电话交换机接口，完成站间远程通信。

2.1 处理电路

处理电路如图2所示。采用两片STC12C5-A60S2单片机，组成双机热备结构。在系统最佳状态下，两片处理器同时上电，主机可以对系统控制，完成通信和闭塞运算，同时向联锁机发送区间状态。备机用于同步，仅仅对主机RAM数据备份。冗余的RS232通道用于单片机之间的通信，备机可以在主机故障情况下，请求自检，一旦确认主机故障，备机将倒机为主机并隔离故障计算机[4～7]。

图2 处理电路图

处理器板卡被固定在继电器罩中，如图3所示，方便维护和使用。U1、U2为74LS07用于抑制接口的感应电压，U3为单片机，U4为MAX232，提供2条通信线路，一个软件周期内，备机未检测到一定数目的心跳脉冲，可自动请求备用线路，以避免因线路故障而引发的错误倒机，U5为WatchDog，采用MAX706，U6为74LS07。J1为继电器座，用于处理器和通信芯片的连接，J2口连接相邻单片机，J3用于连接控制台上的语音芯片ISD1730，J4口接操作按钮、指示灯和联锁机。

2.2 通信电路

DTMF编码表如表1所示。通信电路以CM8880为基础设计，可双向通信。DTMF技术，原本为电话拨号电路设计，每个号码键值由2个模拟信号合成[8]，在电磁环境复杂的场合具有高的可靠性，编程时，不同的DTMF信号代表不同的闭塞信号。通信电路如图4所示。

表1 DTMF编码表

X1和X2为外线，并联于两线之间的压敏电阻用于浪涌防护。内侧为极性保护电路和发送放大电路，CM8880的PIN2（IN-）脚为双音信号输入端。外接的晶体提供3.58 M时钟源，也是高群和低群8种频率的来源，PIN8（TONE）用于DTMF信号的输出，CM8880的9根线经过J1引出和单片机相连。

2.3 软件设计

系统软件为模块化设计，子程序可在一定条件下被调用，也可以为主程序提供返回值。主要的子程序包含硬件复位程序、双音通信程序、双机冗余处理程序和闭塞处理程序，双机冗余处理程序流程如图5所示。

双机冗余处理程序是本次设计的重要程序，符合“故障—安全”原则，程序在已有硬件基础上，可以最大程度保证系统故障时倒向安全侧，不会危及行车安全和设备安全。

双机冗余处理程序基于带有比较的双机热备方式，每次处理器运行，备机都需要比较主机输出结果，如果相同，备机同步主机数据，接下来的一致性标志位检查如果通过，则结果正常输出，否则进入自检程序。如果备机比较主机输出结果不同，双机同时自检，通过自检的硬件系统主控闭塞机，如果同时故障，系统停止，锁定输出在安全侧，用于保证列车和设备的安全[9～10]。

图3 处理电器板卡图

图4 通信电路图

3 结束语

为实现64D闭塞设备电子化的改造，降低投资和维护成本，介绍一种以STC单片机双机热备结构和DTMF技术为核心的改造方案，超大规模集成电路代替配线复杂的继电器电路，简化闭塞设备，可减少设备故障点和维护工作量，提高设备可靠性。目前该装置已应用于某高校的运输专业实训室，系统运行一年来，稳定可靠，大幅度地减少了工程造价和施工难度。同时该系统对铁路现场64D半自动闭塞电子化设备开发也有一定借鉴意义。

[1] 刘朝英，林瑜筠，傅世善.铁路信号概论[M].北京：中国铁道出版社，2010.

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[3] 叶一彪 ，何 涛，吴伟锴. 64D半自动闭塞测试系统开发[J].铁路计算机应用，2010，19（11）：51-53.

[4] 王秀娟. 调度集中系统中双机热备机制的实现[J]. 北京交通大学学报，2009，33（2）：26-29.

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[8] 叶水春，柳 军，刘 曼. 利用DTMF信号传输监控数据[J]. 电力自动化设备，2009 ，29（5）：123-125.

[9] 闫剑平,汪希时. 两种方式双机热备结构的可靠性和安全性分析[J].铁道学报，2000，22（3）：124-127.

[10] 马 龙，李坤妃，于振宇，步 兵. 基于RM48的双机热备ATO设计[J].铁路计算机应用，2013，22（6）：38-40.

责任编辑 方 圆

Dual tone multi frequency technique in Semi-automatic Block System

YANG Jin1, YANG Cheng2
( 1.School of Communication & Signals, Nanjing Institute of Railway Technology, Nanjing 210035, China; 2. Centre of Communication and Signal, Nanjing Metro Co., LTD, Nanjing 210012, China )

64D semi automatic block equipment has been used in railway for many years, the system has exposed a lot of problems. According to railway standards, an electronic type block machine based on dual tone multi frequency communication technology was designed. It could be used to replace the original relays. The processing circuit constituted by a double hot standby redundancy. This paper introduced the reliability of design, and the software fl ow chart. The design was based on the single chip microcomputer redundancy technology, it was with high reliability and easy to maintenance.

semi automatic block; single chip microcomputer; dual tone multiple frequency technology; reliability

U284.2∶TP39

A

1005-8451（2014）12-0040-03

2014-06-16

江苏省轨道交通控制工程技术研究中心开放基金项目（KFJ20120206003）。

杨 进 ，讲师；杨 城，中级工。