信号沙盘无线遥控故障设置系统

王 杰

王 杰:南京职工培训基地 助理工程师 241000 江苏芜湖

在教育基地的信号模拟沙盘使用中，通常是用拔继电器、拔熔断器、断接点、短路轨道等手段来设置故障，造成故障设置时间长，隐蔽性差，不能保证故障设置的突然性、随机性和不可预见性。为此，研制开发了信号沙盘无线遥控故障设置系统。现以道岔、信号机、轨道电路故障为例，进行详细说明。

1 沙盘无线遥控故障设置系统的组成

沙盘无线遥控系统由软件和硬件组成。软件分为图形界面绘制和传输信息编、解码;硬件由控制计算机、无线遥控单元、单片机解码电路等单元组成。计算机把要遥控的站场条件反映在显示屏上，用下拉菜单的方式反映故障设置指令。通过USB把计算机的设备编码信息接口传送给无线遥控单元进行发射和接收，再由单片机解码系统把接收下来的编码信息进行解码，动作相应的控制继电器，从而达到故障遥控设置的目的。该装置既可以在6502大站继电联锁上使用，也可以在计算机联锁上使用，应用范围十分宽泛。

2 计算机站场界面的生成

为了故障设置的直观和简单化，先设置一个与沙盘车站线路相同的车站站场界面，可以清楚的分辨出轨道区段、道岔、信号机以及相应的编号。对故障的设置直接使用鼠标右键下拉菜单进行选择。

故障设置之后，界面上出现相应故障状态显示，取消故障则故障状态显示随之消失。采用GDI+计算机绘图技术对界面元素进行绘制，每一个界面元素采用控件封装，方便修改和维护。

3 传输信息的编码

系统的数据传输采用串行传输方式，将PC机的数据传输到控制单元，对数据格式、同步方式、传送速率、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，在上位机的应用程序中进行编码，经USB接口后转串行数据送入无线发送模块，由接收模块接收无线射频信号，经过模数转换，将二进制数据送入下位机的单片机进行解码和校验。编码信号传输示意图如图1所示。

图1 编码信号传输示意图

鉴于系统对数据的保密程度无太大需求，所以数据传送采用明文方式，串口速率9600b/s，下位机时钟11.0592MHz，因为该时钟产生的比特率精度高，不需要考虑误差问题。

数据编码的长度不固定，采用可变长度可方便数据的扩展。设置起始位1位，源地址码1位，目的地码1位，数据长度1位，数据位若干(＜255)，累加和1位，校验位1位，结束位1位。

串口数据按顺序接收，当接收到开始位之后，就判断数据包的正确性。如果接收数据包的地址与本身的地址不符，则放弃该包不予处理。数据长度位标示了控制数据的长度，累加和和校验位可对数据包在传输过程中的准确性进行校验，收到正确的结束位数据之后，即结束该数据包的处理，进入下一个数据包的接收处理。

4 遥控单元

在众多的遥控单元中，选用的是SM63多通道微功率嵌入式无线数传模块。该模块具有体积小、宽电压运行、传输距离远的特点。该模块还提供了多个频道的选择，工作频段为315/433/868/915MHz，模块接口 RS-232/232TTL/RS-485/USB均可。工作电压低，能在3～5.5 V范围内工作，使用中可直接从笔记本的USB接口取电。发射功率为100 mW，足以满足较大实验室的需要。

5 单片机解码

单片机解码控制电路由SM63遥控接收电路、稳压电源模块、单片机 STC89C54、74HC573、UL2803A组成，如图2所示。将微机发来的编码信号通过89C54进行解码，并将解码后的地址信息送给后级，由74HC573按解码信息进行输出，控制后级继电器动作。由于74HC573的控制电流小，为此，加了一级驱动器，用以动作继电器。

电源电压正极从STC89C54的40脚输入，负极从20脚输入，给单片机提供工作电压。时钟信号从18、19脚输入。遥控的编码信号从SM63遥控接收端的1、2脚输出，输入到单片机的10、11脚，去单片机进行解码。解码信号分别从32～39脚输出，去锁存器74HC573输出信号。同时，单片机26、27、28脚输出控制信号，分别控制不同的74HC573芯片。由于站场的控制条件比较多，为此，可以根据实际使用的要求，添加74HC573芯片及后级电路，增加控制条件。

ULN2803A是8进制阵列周边驱动器，它由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力。在电路中，9脚是电源地，因为负载是继电器，是感性负载，且电源VDD接在感性负载的一端，因此，10脚需要接正电源。因为直流继电器线圈在通电和断电时，直流继电器线圈要产生感应峰值电压，峰值高压要通过10脚放电，否则会损坏器件和产生干扰。控制继电器采用5V的小型继电器，接点电流可以承受10A，能可靠的控制设备。

图2 单片机解码电路图

图3 进站信号机点灯电路

6 控制条件设置

继电器的动作是按照地址码选取的，1个地址码只能动作1个继电器，如果控制条件不够，还可以随时进行添加。只要把继电器的接点控制条件串接在相应的电路中，就能进行“断开电路、接通电路”的控制，达到设置故障的目的。

图3为进站信号机点灯电路，有5个灯位1U、L、H、2U、B。“断口圈”为电路切断预设点，可以根据需要，在计算机控制界面对应信号机的灯位上，右键鼠标，点压下拉菜单的故障设置，即可切断“断口点”的条件，达到关闭对应信号的目的。

在信号电路中，控制条件主要是:①进站信号点灯电路控制;②出站信号点灯电路控制;③道岔表示电路控制;④轨道电路控制。其控制机理和进站信号机一样。

这种控制理念也可以用在其他电路中，只要改变计算机界面的图形，将信息编码与图形对应，即可控制图形对应的设备，而无需改变编码序号。无线信号采码如对应将处理，不对应则放弃。该方式优点是简化了无线数据组网的成本和技术难度，缺点是增加了接收端的计算负担。

7 小结

信号沙盘无线遥控故障设置系统在实际与运用中，取得了良好的效果。在可操作性、可靠性，控制准确率等指标上性能优良，没有错码的现象。设备还具有扩展性能，既适应ZD6型的道岔控制电路，也适用S700K、ZYJ7的道岔控制电路;既适用JWXC-480轨道电路，也适用25Hz相敏轨道电路，有一定推广价值。

［1］何文卿.6502电气集中电路［M］.北京:中国铁道出版社，2007.

［2］Mahesh Chand.GDI+图形程序设计［M］.北京:电子工业出版社，2005.

［3］赵建领，薛园园.51单片机开发与应用技术详解［M］.北京:电子工业出版社，2009.