一种新型25 Hz相敏轨道电路微电子接收器

吴宏松 张 燕

（成都铁路通信设备有限责任公司，成都 610045）

1 概述

我国铁路的站内轨道电路,目前均使用97型25 H z相敏轨道电路。轨道电路的抗干扰和可靠性大幅度提高。随着电子技术尤其是微处理器技术的发展，相敏轨道电路接收器也在逐步向电子化、微处理器方向发展。微电子化接收器由于采用无机械接点等优势，在无卡阻、返还系数、信号过滤、故障报警等技术方面具有很高优势。但由于引入了微电子电路，其可靠性和安全性设计成为接收器设计的关键。本文主要从JXD25型接收器的设计原则、目标、功能组成以及安全性、可靠性的设计思路进行介绍。

2 微电子接收器开发原则及目标

微电子接收器的开发目标是本着满足97型相敏轨道电路的总体要求，在电路设计上保证安全性和可靠性需求，安装方式采用铁路通用的插接模式，以提高工程施工的兼容性。

1）接收器采用具有故障－安全特性的二取二双CPU结构和动态驱动输出电路，满足系统高安全性要求。

2）信号处理采用微处理器和数字处理技术，对局部电压和轨道电压的25 H z信号的相位和幅度进行采集、比较和分析，对杂波信号进行滤波处理和逻辑判别。使系统在可靠性方面的性能提高，并根据运用状况，设置多档工作值，以适应不同的接收电压。

3）接收器具有多个输入接口，可组成为一送一受、一送二受、一送三受等工作状况，减少站内轨道接收器的使用数量，提高系统的可靠性。

4）接收器可设置RS-485或CAN通信接口，实现集中监测接收器的各种技术参数和报警信号等信息。

3 设计

3.1 总体设计

电子接收器总体结构设计采用通用性较强的A X安全继电器结构型式，采用带金属屏蔽防护的外壳，以达到减少电磁干扰的目的。接收器采用二取二双CPU微处理器设计，输入信号采用隔离、滤波后直接输入处理器，由处理器进行波形分析得到相角和幅值。微处理器输出采用交流动态输出，状态回采模式，提高系统的安全性。

3.2 主要功能电路

电子接收器按功能划分为以下几个模块。

1）局部电压滤波和隔离电路

局部电压来自电源屏采用配线模式引入到本设备，由于配线较长，会引入较多的干扰信号和杂波脉冲。如不能很好地消除这些干扰，其进入处理电路后会造成误判、错判，严重时甚至会使处理器进入死机状态，使设备可靠性下降，因此必须对此部分干扰进行抑制并尽量降低其幅度，此部分干扰一般是随电源屏进入的脉冲干扰和电源变换过程中产生的高频干扰。此部分电路由无源器件和变压器组成，对局部电压信号进行滤波处理，经处理后的信号可降低脉冲杂波信号干扰和高频信号干扰，起到对信号回路和处理回路的物理隔离，使微处理器有一个较好的工作环境，同时也降低各种干扰信号引起的误动作，提高设备的可靠性。

2）轨道电压输入防护电路

由于此部分信号来自于室外轨道上，具有外界电气干扰大，特性阻抗变化剧烈等特点，尤其是电气化铁路区段50 H z干扰非常明显，必须对此部分信号进行抑制，以避免形成对25 H z信号和相位的干扰。同时由于此部分输入和室外线缆、轨道连接，还需要考虑可能的高电压信号硬损伤。如不能很好的消除这些干扰，其进入处理电路后会造成误判、错判，严重时甚至会使处理器进入死机状态，严重影响设备可靠性和可用性，甚至影响到安全性，必须考虑此部分的防护。本部分电路由线路匹配、谐振选频、过压保护、有源滤波等电路组成，完成对输入的轨道电压进行阻抗变换和信号滤波功能，使输出信号纯净无杂波。输入来自室外的轨道电压，通过阻抗匹配变压器输入经谐振电路选频，和过压保护电路保护后进入有源滤波电路，滤除高频干扰信号后送入CPU电路进行处理。经过此部分电路处理后，可将各种杂波信号滤除，使送入后级电路的信号具有较好的波形，为后级电路准确分析信号创造良好条件。

3）微处理器电路和动态驱动电路

微处理器电路和输出电路是本接收器的关键电路，也是决定安全性和可靠性的关键。本接收器采用二取二双CPU微处理器分别进行数据采样、轨道电压的幅值与相位处理，动态输出驱动信号，两CPU的同步比较和结果比较以及故障-安全控制等电路功能，其流程是采集电路接收到信号后分别在两个处理器中与设定的标准值比较。当两个运算器经运算后满足条件时，分别输出各自的交流驱动信号，此驱动信号通过光电耦合器进入驱动电路。经过动态变换后产生24 V驱动电压，驱动后级继电器工作。如任一微处理器没有输出动态方波信号而是输出高或低电平，或任意一路由于元件失效等因素未能使两路动态方波同时到达动态变换电路，或回采的输出信息和驱动状态不一致时，处理器将导致设备倒向安全状态。另外，在电路中还设计有可避免外电路对电源的干扰，避免内部电路产生干扰信号以及电源防护措施等，使系统工作可靠和稳定。

3.3 安全性设计

系统对安全性设计综合来说采取了以下措施。1）输入电路安全性设计

所有输入信号均采用隔离输入，避免各支路间互相干扰，避免故障时对外电路产生不良影响，以提高设备的安全性，并且采用双回路输入电路。

2）处理器及输出电路的安全性设计

采用二取二双CPU结构和动态驱动输出电路。当两处理器对所处理的数据满足条件时，才开始输出驱动信号；两处理器的输出信号在输出电路中进行硬件的“与”，并采用状态回采方式检测此两输出信号的有效性，以避免由于处理器故障而导致后级电路处于“吸起”状态。每个处理器都有看门狗定时器，当出现程序意外死锁时，可自动复位；每个处理器都有电源电压检测，当出现电源故障时，可自动复位。

3）软件的安全性设计

软件设计在遵循故障-安全的原则基础上，采用模块化设计，并能自我诊断以保证软件运行的安全性和完整性；配合看门狗保证软件的畅通性。为防止输入、输出信号中的干扰因素，在软件中采用延迟和缓动设计，以保证数据处理的准确性。

3.4 可靠性设计

1）采用数字信号处理技术，简化外围电路，降低系统故障率，提高了可靠性。

2）所有的输入信号通道、局部电源设计有电压保护以及滤波电路、有源低通滤波、隔离电路，有效滤除各种干扰信号以及轨道电压信号上叠加的其他尖峰干扰电压信号，在保证不损坏内部电路前提下，还可以提高接受信号的纯洁度，减少后级误动作和受干扰停机，提高了设备的可靠性。

3）设备采用带金属屏蔽防护的外壳，以减少电磁干扰。

4 结束语

该接收器较好解决了原二元二位继电器接点卡阻、抗电气化干扰能力不强、返还系数低等问题，保证与原二元二位继电器的接收阻抗、接收灵敏度相同，对配合既有线路和其他轨道电路配套器材提供了良好外部条件。同时由于采用各种安全措施，提高了接收器的安全性和可靠性。对一送多受功能的优化和配合，给工程设计带来很大的便利，减少布线和器材的使用，接收器从配线到器件的配置，与先期的微电子接收器相比较都节省许多，对目前接收器存在的问题还需根据工程实践继续完善和解决。

[1]安海军，李建清，吴保英．25 Hz相敏轨道电路[M]．北京：中国铁道出版社，2008．

[2]王雨新．WXJ25型微电子相敏轨道电路接收器[J]．铁道通信信号，1999（35）：3.