铁路弯道接近告警系统设计

李垚 毛起帆 唐学智 李海丰

【摘 要】铁路在我国综合交通体系占有骨干地位，是国民经济发展的大动脉。铁路的大规模使用必会造成铁轨的磨损，维护和整修工作尤为重要。该系统由施工人员在作业前开启，与铁路信号信息系统挂接，采用微处理器分析列车接近信息，判断接近列车线路，调取相应的语音文件，经定压功放放大后，在施工现场反复播放，以便作业人员根据来车路线提醒决定是否下线避让，直至列车通过施工现场。

【Abstract】 The railway occupies a backbone position in China's comprehensive transportation system， and it is the main artery of the national economic development. The large-scale use of railway will cause rail wear， so the maintenance and repair work is particularly important. The system is opened by the construction personnel before operation and connected with the railway signal information system. The microprocessor is used to analyze the train approaching information， judge the approaching train line， retrieve the corresponding voice files， and amplify the fixed voltage power amplifier， and play them repeatedly on the construction site， so that the operator can decide whether to get off the line or not according to the warning of the incoming route until the train passes through the construction site.

【關键词】微处理器；定压功放；通道选择；抗干扰

【Keywords】 microprocessor； constant voltage amplifier； channel selection； anti-interference

【中图分类号】TP273.5 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）08-0184-02

1 引言

铁路弯道接近告警系统用于铁路设施维护施工过程中路上施工人员安全保护。该设备在路上由施工人员作业前开启，系统采用微处理器从铁路信号信息系统获取列车接近信息，判断接近列车来向，根据来向调取提前录制的语音信息，经定压功放放大后，在施工现场反复播放，直至列车全车通过施工现场，以便工人决定是否下线避让，该系统能视接近列车车速为施工人员争取3～5min的撤离时间，保障作业人员安全，同时避免不必要的施工中断，提高作业效率。

2 系统结构

系统电路由供电电源、信息处理控制模块和定压功放三部分构成[1]：供电电源来自220V市电，提供信息处理控制板所需+5V、+12V直流电压以及定压功放所需220V交流电压；信息处理控制板以微控制器为核心，包括录音电路、放音电路、信息采集和通道选择电路、显示指示电路。（图1）

2.1 信息处理控制模块

信息处理控制模块包括模拟语音信号、列车进入信号以及控制电路三部分。

2.1.1 模拟语言信号

录音过程中，系统从MIC采集到所要录制的语音信号，经图2（a）中电路进行放大，再由AUIN口接入图2（b）所示ISD4002语音芯片，该芯片在单片机控制下将语音信号存入相应地址，当检测到有来车信息时，语音芯片调取相应路径的语音信号并通过AUOUT口将语音信号送入图2（c）所示的放大电路中，经过放大后，在APOUT处，将信号接入功放电路中进行告警，也可通过耳机试听存储的语音信号。

ISD4002语音芯片是美国ISD公司出品的新型优质单片录放音电路，不需经过A/D、D/A转换便可完成语音的录入、存储及分段输出，因而失真小，使用方便，不需专用语音开发工具；芯片内部集成了大容量的EEPROM，不再需要扩展存储器，信息也可长久保存；其具有的自动降噪功能，能较好地再现语音的自然效果，减小量化噪声和失真现象；而且成本低廉、控制简单，此外，该芯片可通过SPI总线与单片机进行通信。因此，该告警系统选用ISD4002语音芯片来完成语音信号的存储和调用。

2.1.2 列车进入信号

列车进入信号为来源于铁路系统的开关信号，经由图3中的光电隔离器TLP521-1将来车线路信息传递给单片机。光电隔离器既可以传递来车线路信息，又可以隔绝其他信号干扰，提高了系统的抗干扰性能，同时具有保护控制电路的作用。

2.1.3 控制电路

单片机接收到列车进入信号之后开始工作，通过图4（b）中光电隔离器控制开关K1接通定压功放的交流电源，同时通过SPI总线将来车线路信息传递给ISD4002语音芯片，从芯片中的相应路径调取已经录制好的语音信号，经过图1（c）初级放大后将语音信号送入定压功放进行放大，将语音文件播放出来，从而实现语音告警。

2.2 系统供电

供电电源来自220V市电，通过转换电路提供信息处理控制板所需+5V、+12V直流电压，定压功放所需220V交流电源由开关K1控制。

2.3 功放电路

由于该系统工作在室外，为了能确保放音有效覆盖范围，定压功放采用国标120W设备，并与信息处理控制板音频输出做阻抗匹配，以100V定压输出，确保放音有效覆盖距离达到500m。

3 操作流程

当系统开始工作时，先对系统进行初始化、关闭中断，然后判断其工作状态，若需要进行录音，则将拨码开关拨到录音侧，然后通过控制与单片机相连的按钮从而依次将所需要播放语音信号录入到ISD4002语音芯片的相应存储路径中，完成录制后还可进行试听，确保录制的语音信号无误；若已经完成录音，则将拨码开关拨到运行侧，等待从单片机传来的来车信息，当收到来车信息后，播报相应的语音提示信息。

4 系统应用

为保证系统在铁路现场复杂电气环境使用的可靠性，系统采取抗干扰设计；考虑到信号线路长达数千米且布设于郊外空旷处，为防止雷击和线路损害等突发性破坏，系统额外增加了电路保护设计和损害告警触发机制，方便故障排查和检修。

铁路弯道接近报警系统样机完成后，经铁路电务部门施工现场试用，效果明显，无错报漏报，提示音清晰明亮，且安装简单，使用方便，大大提高了施工效率与进度，节省了大量资源。

【参考文献】

【1】刘微.ISD4002语音芯片在报警系统中的应用[J].微计算机信息，2009（25）：1-3.