铁路信号微机监测系统中通用轨道信号发码器的硬件设计

王子安 王恒 周柯宇

摘 要：人们出行的增多在一定程度上增加了铁路的建设，铁路建设关系着人们的出行安全，也关系着出行时间的长短，因此，人们对铁路的情况愈发关注。列车在运行时铁路会发出相应的信号，这些信号会显示列车的运行情况，对于列车的运行安全起着十分重要的作用。可见，铁路信号微机监测系统对整个铁路的正常运转起着关键性的作用。本文将对监测系统中通常使用的轨道信号发码器的硬件设计进行分析，希望给相关人员提供一定的借鉴。

关键词：铁路信号；微机监测系统；通用轨道信号；发码器；硬件设计

一、铁路信号微机监测系统的概述

列车数量随着铁路建设的增多逐渐增多，铁路运行的情况逐渐成为铁路工作的重点。铁路为了保证列车的正常通行使用了铁路信号微机监测系统，该系统的正常运作可以有效的保证列车的运行。但是该监测系统不适合进行实地调试，并且监测系统中的信号发送装置体积比较大，不能来回搬运，此外，这种装置的价格比较高，要想使这种监测系统的作用充分发挥，就需要对系统中的软件进行设计，进而使该监测系统的功能得到有效发挥。

二、铁路信号微机监测系统的整体情况

该系统功能主要有两种，一是数据显示功能，二是数据发送功能。通用轨道信号发码器的功能对监测系统有一些要求，这就需要该系统还具备一些其它的功能模块。铁路信号微机监测系统中最小系统是嵌入式系统。嵌入式系统包括：CPU、时钟和复位电路、JTAG调试电路、电源。25HZ轨道信号需要输出，就要使用PWM输出模块；，各种数据的显示就需要使用SPI、LCD接口；在调整信号参数时，就需要使用键盘模块；ISP下载时可以使用RS232串行通信接口，如果需要实现D/A功能，就可以使用LPC2138芯片。功能模块的设计就是为了满足系统功能的要求，不仅要满足系统的基本需求，还要考虑到系统本身的情况，例如系统的可靠性、抗干扰性以及实时性等。设计人员在设计信号微机监测系统时还要考虑到性价比，要选择性价比比较好的芯片。LPC2138处理器是通用轨道信号发码器系统的核心，该处理器是用来产生轨道信号的。

三、处理器外围模块的设计情况

1.阻容复位电路设计

LPC2138复位的电平使用的是低电平有效模块，在该处理器中nRST作为复位引脚连接，而高电平有效模块中使用的是RESET信号。在普通情况下，如果电路不导通，复位电平就处在高水平，在这时候按下复位键，复位电平就会变成低水平，然后进入复位状态。

2.实时时钟设计

实时时钟的外围电路由两部分组成，一部分是供电部分，电源为实时时钟的运行提供了电能，在系统关闭后，电池会维持实时时钟的运行；另一部分是时钟电路，该部分会连接晶振作为始终的输入。

3.电源模块设计情况

总电源输入以外部输入的5v为主，通过相应的模块将其转化为铁路信号微机监测系统所需要的电压。同样的电压需要在模拟电路、数字电路部分做隔离，这就避免了数字噪声给模拟电路带来的不必要干扰。通常使用的电源模块分为：线性电源、开关电源。这两部分都有各自的优、缺点。开关电源的缺点是存在较多外围元件，并且对布线有一定要求，需要较高的输出电压纹波，还需要电容电感满足相应的要求；该电源的优点是效率高，可以有较大电流的输出，电压的输入范围较广。线性电源与开关电源相比电路简单，只需要将电容接入输入、输出端口即可，该电源的输出精度较高，可以满足电源质量高要求的场合，但其电压范围输入较小，输出功率比较低，致使效率低。铁路信号微机监测系统依据实际需要SV电源采用开关电源，系统中的其它部分使用线性电源。3.3V是LPC2138处理器的电源通常使用三段线性稳压源LM1117-3.3来满足电源的需求，其可以输出800mA的电流，输出电压精准度的控制比较好。

4.PWM电路设计

为了产生25HZ相敏轨道信号，就需要使用PWM电路。本设计使用PWMS、PWM4作为PWM的波输出，等到输出之后，使DAC转换通过阻容滤波电路来实现，复用功能可以通过PWM4口的跳线来选择。

5.RS-232C串口设计

两个独立的异步串口存在于LPC2138内部，这两个串口可以采用DMA、中断的方式进行工作，波特率的支持可以达到使用范围，每个串口通道中都有先进先出存储器，这个存储器主要是用于发送、接收信号。串口的两根接收或者是发送线是由一片MAX3232连接的，然后使串口的基本收发功能得以完成。

6.JTAG调试接口设计

该接口使用的是20PIN接口，可以在JTAG接口开展相应的程序调试到FLASH中，它与LPC2138内部中的五根线进行连接，其中有四根线属于输入。

结束语

铁路中运用信号微机监测系统，该系统的使用保证了列车的正常运行。但是该系统还存在一定缺陷，比如说该系统不能进行场地调试，并且该系统的价格比较昂贵，因此要想使该系统的功能得到全面发挥，就需要將该系统中的信号发码器进行设计，让信号发码器进一步优化，进而使发码器更好的为列车的正常运行服务。本文主要分析了信号发码器的硬件设计情况，使硬件变的更加优化，从而使铁路信号微机监测系统的功能得以充分发挥，为铁路工作的正常运行提供保障。

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（作者单位：1、兰州交通大学；2、3西华大学）