无源应答器的仿真设计研究

周莹 聂富春 李容

摘 要：随着我国高速铁路的发展，应答器系统已在铁路线路上得到了广泛应用，极大地提高了我国轨道交通运输的安全性和运输效率。但在日常教育教学过程中，由于实验场地的限制，无法实际接触并且操作设备，学习者只通过理论知识的学习，无法熟练掌握设备的原理，也不能很好地对设备进行维护维修。因此，文章通过对应答器工作原理的综合分析，同时利用安卓手机NFC功能模拟实际设备的信息接收，设计出无源应答器仿真系统，并将此系统运用于日常教学中，旨在让学习者更好地学习应答器相关知识，掌握应答器的工作原理和基本参数，为铁路行业输出更多专业性人才。

关键词：无源应答器；NFC；仿真系统

1 应答器的发展趋势

我国铁路专用应答器标准参照欧洲应答器技术标准。随着我国高速铁路的发展和进步，应答器在铁路运行控制系统中的运用越来越普遍，需求也不断地增加。目前，由于互联网技术的普及，应答器的内部程序经多次改良和编译后，不仅优化了报文编码，还具有读写功能，性能也更加智能化，为铁路运营的安全可靠提供了极大的保障[1]。因此，铁路信号系统的自动化控制离不开应答器的发展，对应答器的相关研究也势在必行。

2 针对目前教育教学要求

随着应答器在我国高速铁路运行中的使用越来越频繁，作为铁路信号工作人员而言，掌握应答器的工作原理与参数，能很好地完成应答器设备的维护与检修，这是对铁路信号工作人员业务的考验，更是對铁路院校教育教学的考验。由于应答器在实际应用中，对场地条件有着一定要求，但在人才培养过程中，学校资源、环境有限，无法向学习者提供相应的应答器设备，造成了学习者对相关知识理解困难，比如：应答器工作原理；标准的维护方法和检测等内容[2]。因此，设计应答器仿真系统，模拟实际应答器工作状态，为学习者提供了模拟实验设备，同时解决了学院场地受限的状况，经济实用，性能可靠。

3 无源应答器仿真设计

3.1 无源应答器的工作原理

无源应答器又称固定应答器，本身不具有电源，只有当查询其位于耦合谐振位置时，从查询器送出的高频信号作为电源给应答器，使应答器中预先存储的信息被发送出来。无源应答器存储固定信息，当列车经过无源应答器上方时，无源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面应答器中的电子电路工作，把存储在地面应答器中的数据循环发送出去，直至电能消失。无源应答器平时处于休眠状态，主要设于闭塞分区、入站口和车站进、出站端处，用于向列控车载设备传输闭塞分区长度、线路速度、线路坡度、列车定位等信息[3]。应答器结构及工作原理分别如图1和图2所示。

3.2 无源应答器仿真系统的设计与实现

无源应答器系统主要包括地面设备和车载设备两部分。在实际教学中，学院实验条件有限，学习者无法动手操作相关设备，通过对无源应答器仿真设备的操作练习，让学习者能了解无源应答器的内部数据信息组成；掌握无源应答器工作原理，完成无源应答器数据信息读写。

3.2.1 车载设备仿真系统的设计与实现

选用带有近距离无线通信（Near Field Communication，NFC）功能的安卓手机作为主体设备。NFC是由非接触式射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器与感应式卡片点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。由于NFC技术的工作原理与应答器工作原理相似，所以作为本项目的主要技术手段。运用Android studio软件编写所需功能的应用程序，内容包括：报文信息的设置；报文信息的编写；报文信息的写入与读取等，模拟车载设备的信息处理[4]。

3.2.2 地面设备仿真系统的设计与实现

选择空白MIFAREL芯卡作为地面设备仿真系统的主体设备，运用手机NFC功能将固定信息通过系统功能写入MIFAREL芯卡内，进行储存。模拟无源应答器相关数据信息预先存储的。应答器仿真如图3所示。

3.2.3 系统功能界面

包括4个部分：应答器功能简介、报文代码、无源应答器输入练习及无源应答器输出练习（见图4）。

学习者打开应答器仿真系统，可在首页了解学习铁路应答器的基本概念，掌握应答器的工作原理以及分类。当进入模拟状态时，可练习无源应答器报文输入和相关信息查询，并且可以通过NFC功能，将输入的报文写入MIFAREL芯卡。当手机在MIFAREL芯卡上方通过NFC功能感应时，可将写入的报文信息读取出来。通过简洁的设计和完整的功能实现，充分满足了教育教学要求[5]。

4 结语

基于真实无源应答器所模拟设计的仿真系统，能极大程度上缓解铁路学院在教育教学方面设备使用困难的状况。也为学习铁路信号应答器相关专业的学者提供了简便的实验模拟设备。随着互联网社会的快速发展，模拟设备的使用能使我们更好地掌握实际设备的工作原理与参数，便于我们更好地对设备进行维护维修。

[参考文献]

[1]崔志宁，陈波，江伟.城市轨道交通通信与信号系统[M].北京：中国建材工业出版社，2012.

[2]张喜.城市轨道交通信号与通信概论[M].北京：北京交通大学出版社，2012.

[3]付兵，廖理明.城市轨道交通CBTC信号系统[M].成都：西南交通大学出版社，2016.

[4]林瑜筠.城市轨道交通信号[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[5]佟立本.铁道概论[M].北京：中国铁道出版社，2012.