车载机车信号测试发生器的研究与开发

李家国 王海瑛 赵 国

随着列车不断提高速度，机车信号的重要性也越显突出，机车信号设备故障直接影响行车安全和运输，因此，对机车信号车载设备的要求也越来越高。为了保证机车信号车载设备的可靠、稳定运行，机车信号车载设备的日常检修测试是一项必不可少的工作。

1 机车信号车载设备检修测试中的问题

目前机车信号车载设备的日常检修测试有2种方式，一是在机务段内各车载检测点机车信号环线上进行，二是在不具备环线测试条件的情况下，使用人工便携式发码器，进行机车信号设备性能检修测试。在现场实际工作中，不论是信号环线测试环境还是便携式发码器，人工检测都存在一些问题。

1.如果机车信号环线股道较短，在机车数量多的情况下，部分机车就没法测试，而如果环线股道较长，由于发码器功放等原因，机车信号车载设备接收不上来。

2.即使在环线股道机车数量不多，但是在2个机车联挂的情况下，机车测试信号在发送ZP-2000载频的情况下，机车也会接收不到地面发送的信号。

3.机车不在机车信号环线上时，用手持式发码器测试机车信号，会因为手持式发码器电池电量不足影响测试，同时手持式发码器由于携带不方便，也会给测试工作带来一些困难，增加了部分工作量。

4.无论用大发码器在环线上测试，还是用便携式发码器测试，都存在一个问题，即都不能对车载机车信号灵敏度进行测试，对于铁路运输来说，这点就是安全隐患。在实际工作中就出现过由于工作失误，同时测试条件不标准，造成车载设备故障，从而影响运输。

5.对于自轮运转机车来说，机车信号测试都只能在线路上用手持式发码器测试，在发码器电池电量不足的情况下，就不能顺利完成测试任务。虽然有的自轮运转设备有自检功能，但是采取的是主机直接发码方式，不能对整套设备进行检测，特别是对接收线圈不能检测，所以自检方式也是不完善的。

因此，有必要研发一台车载机车信号测试发生器，安装在机车上，用以解决上述车载机车信号检修测试的问题，保证机车无论在什么位置，都能按照测试要求完成机车信号测试任务。

2 车载机车信号测试发生器原理及功能

车载机车信号测试发生器输出测试原理图如图1所示。

图1 车载机车信号测试发生器测试原理图

车载机车信号测试发生器有Ⅰ、Ⅱ端转换开关，机车两端都有测试线圈，分别为测试Ⅰ端线圈和测试Ⅱ端线圈，每2个测试线圈之间通过屏蔽电缆进行同名端串接，然后连接到车载机车信号测试发生器输出接口上;车载机车信号测试发生器所发出的载频、低频信息，通过车载机车信号测试发生器输出接口输出到测试线圈，产生磁感应磁场，机车信号接收线圈接收到磁感应信号，传送到机车信号主机进行译码，完成点灯测试。

为满足车载机车信号设备测试需要，实现正常测试，车载机车信号测试发生器结合机车信号接收线圈，增加了4台测试线圈，使其具备地面环线发码设备和便携式发码设备的测试功能，实现输出电流可调;增加Ⅰ、Ⅱ端转换开关，具备语音输出、各载频、低频输出有显示、自动断电等功能。输出电流调整，可为每台机车测试灵敏度设定条件;增加Ⅰ、Ⅱ端转换开关，可以提高机车测试效率;语音输出和各载频、低频输出有显示，可以提高测试效率，核对信号输出和点灯信号的一致性;增加自动断电功能，是防止测试人员测试完毕忘记关闭电源的保护措施。

3 车载机车信号测试发生器组成及设计

车载机车信号测试发生器由主控制板、TFT液晶显示屏、函数信号发生器板、程控输出板、无线通信板、系统电源组成。

1.主控制板及显示部分功能设计。主控制板采用工业级数模混合型高速单片计算机C8051F023、高速存储器、串行通信总线、并行通信总线、无线收/发模块、输入/输出器件及相关接口电路等组成，采用单片机作为核心处理模块搭建主控制板，可以大大缩小仪器的体积且功能丰富。其中，单片机主要功能是实现操作系统功能、网络功能、无线通信功能等操作，并对信息处理、信息显示、外围USB和无线等接口设备进行管理;而且TFT液晶显示屏显示、发码器的波形生成、语音播放及电流电压测量等，均由单片机程序及片内电路完成。主控制板设计框图如图2所示。

图2 设备主控制板设计框图

硬件控制电路考虑到系统的运算速度要求，采用2片C8051F023单片机进行工作，其中一个单片机负责逻辑管理运算，另一个单片机负责信息的显示刷新管理，2片单片机之间由SPI串行总线及PLD内的并行总线联络。输入/输出装置主要包括键盘、显示屏、蜂鸣器。键盘有8个输入按键(包括电源开关按键);显示屏选用10.4吋TFT高清显示屏。

可编程门阵列电路MACH12864用于实现高速单片计算机所特有的高速数据总线及地址总线的功能，并产生驱动高清晰真彩液晶显示器所需的时序，且可在线编程。单时钟指令周期的单片计算机，用于完成显示数据的编码、译码及分色处理，可编程门阵列作为显示控制器，控制10.4吋TFT高清显示屏显示。

高速单片计算机C8051F023的串口，接收控制中心通过无线远程控制模块或本机键盘发来的控制数据，相应地控制语音模块和数据模块执行各自的操作。

2.函数信号发生器板主要功能设计。函数信号发生器板由函数信号发生器、功率输出、测量电路组成，其部分框图及组成设计如图3所示。函数信号发生器用于产生各种制式的移频及交流计数信号。程序生成 (FSK)移频所需的波形文件，并由片内D/A转换成模拟信号，模拟信号由功率放大器提供大电流驱动，带动感应器或环线输出。对于车载设备，需要有尽量小的体积与功耗，同时也需要有尽量大的信号处理能力，所以在数据采集方面，采用峰值取样，它与欠采样及其他采样方式比较，能以最小的资源，获取更多的信号信息，减小功耗的同时，不降低性能。

图3 函数信号发生器板设计框图

4 车载机车信号测试发生器的主要特点

1.可选择发送与测量国产移频，UM71，ZPW2000A等多种制式，易于操作，测试简便。

2.可以选择手动、自动选择制式、载频、信息及手动调节输出电流的操作，设置电流条件可以测试机车信号灵敏度。

3.仪器执行的工作状态及各种设置参数，被实时保存在非易失电子器件中，开机时被自动调出进行运行。

4.采用高亮液晶显示，制式模式、载频、低频、输出电流以及电池电量等信息，直观地显示在液晶屏上。液晶屏的亮度高，对比度大，适合室外阳光下使用。

5.具有升级接口，可与计算机通信，方便修改发码码序，发送与测试记录也可以上传到计算机管理。

6.内部装设有源音响，能语音播报发码时的信号灯的颜色和状态，音量可调节。

7.具有输出短路保护，可在液晶上显示和语音提示，并具备自动断电功能。

5 结束语

车载机车信号测试发生器所采用的测试方式，弥补了机车信号测试环线和便携式发码器的不足，同时对于外地作业的自轮运转机车来说尤其适用，对于保证机车正常运用和铁路运输安全，具有重要意义。

［1］ 邱宽民.JT1CZ2000型机车信号车载系统［M］.北京：中国铁道出版社，2007.

［2］ 陈伟人.单片微型计算机原理与应用［M］.北京：清华大学出版社，2001.

［3］ 肖运勇.利用光缆传输继电器半自动信号［J］.铁道通信信号，2003(7)：14-16.