50HZ相敏轨道电路接收器系统硬件电路的设计研究

罗诗

50HZ相敏轨道电路接收器系统硬件电路的设计研究

罗诗

（中国船舶重工集团第七一五研究所，浙江杭州，310000）

本文对50Hz微电子的相敏轨道电路形式的接收器系统所具备的系统结构以及工作原理进行简要的分析，继而对接收器系统的硬件电路设计进行了简要的介绍。在文章的最后对接收器软件的设计进行了介绍，其中包含软件设计的思路、结构框架以及主程序的流程图。

相敏轨道电路接收器；硬件电路

0 引言

地铁站停车场以及车辆段当中所应用的轨道电路设备是用作对轨道区段是否空闲加以检查，是检查联锁排列进路的一个重要的条件。在当下所广泛应用的50Hz单轨条的相敏轨道电路，它的受电端是利用交流形式的二元继电器。在具体应用的过程当中，会出现继电器卡阻，以及返还系数较低之类的缺陷。

1 系统基本结构与原理

本篇文章的论述主要是围绕图中黑色框当中的那部分，也就是接收器系统。这个轨道电路主要是应用了接收器冗余设计，它受电端GJ实现吸起的基本条件有以下几点：（1）这个区段的钢轨较为完整，同时还要空闲。（2）添加在接收器上面的两路电源之间所呈现的相位差应该是0°。只有对这两个条件都加以满足，接收器所对应的输出电压才足够将JWXC-1700型的继电器加以驱动并吸起，这就证明了这个区段是处在空闲状态的[1]。图中也给出了其他主要功能模块的结构图，包含三个主要部分：接收器的系统硬件电路组合连接、接收器硬件电路、接收器软件，各个功能模块的主要作用会在文中进行详细介绍。

2 接收器的系统硬件电路组合连接

接收器、报警盒以及调相防雷器等部件都是利用铁路洗好的AX型继电器的外壳和插座，各个部件间连接的方式如图二接收器硬件电路设计所示。

一般情况之下，一层组合能够放置四个区段所包含的接收器设备，而为了让可靠性得到提升，每一个区段都利用两个接收器，每两套调相防雷器放在一个盒子内，能够供给两个区段所利用，每个报警盒则是能够供给四个区段所利用。

图1 轨道电路系统结构图

3 接收器硬件电路

（1）电源电路：把DC24v的电源实现向DC12v、6v以及5v的转化，继而给一些其它的模块供给所需要的电源，同时其还具备一定处理故障的能力。

（2）轨道采集电路：把调相防雷器所转换的轨道信号经由轨道采集电路，实现向芯片处理模块的传输。

（3）局部的采集电路：主要作用是把局部的电路信号转换成为方波信号，继而将其输入芯片处理模块当中加以处理。

（4）处理电路：主要是结合轨道采集电路和局部采集电路传输过来的不同的信息，利用芯片当中的程序对轨道的状态加以具体的判断，在对双机通信加以比较之后，继而对轨道的状态加以分析，继而实现信号的输出[4]。

（5）输出电路：接收器利用输出电路对轨道继电器的控制信号加以输出，而且把最终的输出信号实现向芯片的反馈。

4 接收器软件

这个软件是嵌入式的软件，所应用的设计思路是分模块，不对操作系统加以应用。软件利用模块化的设计，对整体划分成为七个模块，继而对软件所具备的整体功能加以呈现。这七个模块分别是：初始化、采集、计算、判断一、判断二、通信以及中断模块。

4.1 软件构架

轨道信号和局部信号是软件的输入，有两个判断模块，其中判断模块一是依据轨道电压以及相位差之类的数据对轨道状态二加以判断，而通信模块则是实施双机数据交换。判断模块二是依据数据的交换信息以及状态二对轨道状态三加以判断，而中断模块则利用轨道状态二对轨道状态三进行判断，中断模块是依据轨道状态三对输出的端口实现控制[4]。

4.2 软件模块划分

4.2.1 初始化模块

对初始化功能加以完成，其中包括MCU（微控制单元）启动初始化的寄存器配置，以及I/O配置等。输入控制端口、采集时间以及转换时间配置，SPI通信口的工作模式初始化配置、中断模式配置以及采集时钟等。

4.2.2 采集模块

在实现对轨道信号八十次模数的转换完成之后，把采样值向采样数据的缓冲区添加，而且还要采集局部的电源信号，继而对局部信号有没有脉冲边沿变换记性具体的判断，与此同时还要将其记录至局部信号的储存缓冲区当中。

4.2.3 计算模块

结合A/D采样的结果以及局部采样所呈现的结果对轨道信号的电压加以计算，并且计算出轨道信号跟局部信号间所具备的相位差。

4.2.4 判断模块一

结合计算模块所呈现出的结果对单周期轨道的状态，以及多周期统计轨道的状态加以判断，继而填充至缓冲区当中。

4.2.5 通信模块

结合判断一模块所呈现的结果，通知对方机，而在本机完成计算并且进入到双机通信的状态之后，微控制单元一则所谓逐级实现双机通信，信息包括其实握手、相差位以及轨道状态等，同步接收微控制单元二回传的信息。微控制单元一依据微控制单元二同步时钟而对其通信信息实现对本机信息同步的发送。

4.2.6 判断模块二

在结束通信了以后，单个MCU会依据对方MCU轨道的状态二以及本机轨道的状态二，对本级最终所处的轨道状态加以判断，对控制状态的缓冲区域加以填充。

4.2.7 中断模块

当触发中断之后，依据轨道状态三对输出端口的输出加以控制，MCU会依据计算的最后结果对输出控制脉冲加以启动或者停止。最终的硬件输出结果将由硬件电路把微控制单元一以及微控制单元二所对应的输出结果融合成一个最终的控制状态[5]。

5 结束语

本篇文章利用单片机技术设计出的50Hz的微电子相敏轨道电路，利用双控制系统完成二取二的安全冗余，在CPU很多次的通信结果比较统一的时候，动态驱动的轨道继电器就提升了其安全性以及可靠性，对以往50Hz的相敏轨道电路所受到电断二元二位的继电器节点比较容易出现卡阻、抗干扰、一级返还系数较低的一些缺点加以加好的克服。

[1]林瑜筠.城市轨道交通信号[M].中国铁道出版社，2008.

[2]付茂金.高速铁路通信信号综合防雷技术[M].科学出版社，2014.

[3]江和.PIC16系列单片机C程序设计与PROTEUS仿真[M].北京航空航天大学出版社，2010.

[4]赵德生.50 HZ微电子相敏轨道电路接收器系统的设计[J].铁道运营技术，2016，（04）：22-27.

Design and study of hardware circuit of 50HZ phase sensitive track receiver system

Luo Shi
(China Shipbuilding Industry Corp 715 Research Institute,Hangzhou Zhejiang,310000)

This article briefly introduces the system structure of the receiver system of 50Hz microelectronic phase sensitive track circuit and with the working principle analyzed. At the end of this article, there is a introduction of the receiver design software, which contains the idea of software design, framework and the flow chart of the main program.

phase sensitive track receiver system ;hardware circuit