0、前言 　　

電碼化裝置主要應用于鐵路車站內，保證站內正線電碼化軌道電路連續(xù)不斷地向機車 發(fā)送所需的電碼化信息，是行車指揮控制系統(tǒng)的技術設備之一。電碼化設備的任務就是利用 區(qū)段內所采用的自動閉塞設備的發(fā)送設備，通過站內進路上的軌道電路向機車傳遞前方信號 機的信號顯示所確定的信息內容，使機車信號不間斷的復示前方地面信號機的顯示。目前的 移頻發(fā)送設備仍采用的是分離元件，原有的這種設備隨著鐵路運量的增加和列車運行速度的 提高，在安全、效率及其日常的維護上逐漸暴露出一些問題。例如，分離元件老化后參數會 發(fā)生變化，導致移頻信號的頻率發(fā)生較大的偏移，直接影響行車的安全和效率。尤其是近年 來微處理器及相關技術的迅速發(fā)展，為鐵路信號設備的智能化提供了技術支持。

1、方案研究 　　

本方案是以微處理器為核心的電路板來替代原繼電器所構成的接口電路，保留了原有設 備的所有接口。其設計思想是：移頻電碼化接口裝置接收到聯(lián)鎖機下發(fā)的有效命令后，控制 相應的發(fā)碼開關和編碼開關動作。假如有一個區(qū)段的載頻為650Hz，聯(lián)鎖機下發(fā)綠碼（L） 命令， CPU 通過控制開關模塊程序處理后，閉合相應的編碼開關（LK），此時移頻發(fā)送盒 發(fā)出移頻信號，同時移頻信號經過移頻電碼化接口裝置的模擬量調理電路和移頻信號調理電 路后送入 CPU 。經過移頻信號檢測模塊程序處理，檢測出移頻信號的幅度、低頻信號的頻 率，然后將聯(lián)鎖機下發(fā)的命令與處理后的移頻信號進行校核，若二者一致，繼續(xù)發(fā)送命令; 若 不一致則上傳報警信息，并斷開所有的發(fā)碼開關和編碼開關。

２、 硬件構成原理 　　

該方案的硬件構成原理如圖 1 所示。它主要由輸入采集電路、信號調理電路、主機電路、控制電路、過流檢測電路等組成。

2.1 輸入采集電路 　　

輸入采集電路的功能是將移頻發(fā)送盒發(fā)出的移頻信號采集到模塊中，本設計中采用電壓 型輸入采集電路。

2.2 信號調理電路 　　

調理電路將輸入電路采集上來的信號分別調理成適合 CPU 處理的模擬信號和脈沖信號 送入CPU。一路采集到的移頻信號經半波整流、運放電路調理成0～3.5V 的信號送入CPU ， 即模擬量調理電路,主要完成對移頻信號電壓幅度的測量功能；另一路采集到的信號經兩級 比較器電路調理成5V 的方波信號送入CPU ，即頻率信號調理電路,主要是將移頻信號從正 弦信號調理成為適合CPU 處理的脈沖信號。

2.3 主機電路 　　

電碼化接口模塊的主機電路由 CPU 及其外圍電路、地址碼輸入電路和通信電路組成。 其中地址碼輸入電路由兩個上拉電阻和母板配合以確定本模塊的地址。通信電路采用CAN 通信，CPU 采用ATMEl 公司的ATmaga128 芯片，如圖2 所示。

2.4 控制電路 　　

控制電路包括編碼開關控制電路和發(fā)碼開關控制電路兩部分。這兩部分電路均采用了雙 CPU“與”邏輯控制電路，輸出的移頻信號分別送至兩個CPU 進行頻率檢測，經檢測符合要 求即產生控制輸出信號，經“與門”使移頻信號送至濾波放大電路，放大輸出的移頻信號再 進行電壓檢測。只有當兩個CPU 對移頻信號的參數檢測符合規(guī)定后同時給出有效信號時， FBJ 勵磁吸起，相應的編碼開關才能動作。兩個CPU 獨立工作，這樣保證了在有一個CPU 錯誤動作時及時關閉安全與門，FBJ 失磁落下，切斷發(fā)送通道，不至于輸出非安全側的移頻信號。為了防止對主機和輸出電路的干擾，主機和輸出電路間采用光電耦合進行隔離。而且 兩部分電路均采用雙斷控制，如果一個開關由于過流擊穿后，另一個開關仍可斷開回路，從 而保護了整個模塊。

2.5 反饋監(jiān)測電路 　　

反饋監(jiān)測電路包括電壓、電流、頻率反饋監(jiān)測電路和開關狀態(tài)監(jiān)測電路。主要完成的功 能是：

（1） 實時監(jiān)測輸出移頻信號的電壓幅度； 　　

（2） 實時監(jiān)測輸出移頻信號的電流幅度； 　　

（3） 實時監(jiān)測輸出移頻信號的載波和調制信號； 　　

（4） 實現對移頻信號的過流進行檢測； 　　

（5） 實時監(jiān)測電子開關的狀態(tài)。

３、軟件構成原理 　　

該方案的軟件主要由主過程模塊程序、主控模塊程序、控制開關模塊程序、移頻信號檢 測模塊程序等幾部分組成。軟件采用模塊式結構，可根據需要進行選擇。下面給出主控模塊 程序和移頻信號檢測模塊程序的流程圖。

　　圖3、 主控模塊程序流程圖 　　

3.1 主控模塊程序設計 　　

主控模塊的作用是根據聯(lián)鎖機下發(fā)的命令控制相應的編碼開關和發(fā)碼開關進行動作。

3.2 移頻信號檢測模塊程序設計 　　

移頻信號檢測模塊的作用是對移頻發(fā)送盒發(fā)出的移頻信號進行檢測，判斷該信號所代表 信息的含義，然后和聯(lián)鎖機的命令相互校核，確定向軌面上發(fā)送的移頻信息是否正確。移頻信號檢測軟件模塊的核心程序為：移頻信號檢測存儲程序和與聯(lián)鎖命令相校核程序。檢測 移頻信號采用的方法是頻譜分析法，即先將模擬移頻信號通過微處理器內置的A/D 通道變 換成時域的數字信號存于RAM 中。然后采用FFT 快速傅立葉變換將存于RAM 中的時域數 字信號變換成為離散的頻域信號。

　　圖4、移頻信號檢測模塊程序流程圖 　　

4、系統(tǒng)抗干擾措施 　　

系統(tǒng)在硬件方面采取的措施有： 　　

（1）采取一些常用的抗干擾措施，如：在系統(tǒng)電源入口處并聯(lián)小電容和大電容濾除高 頻、低頻干擾；合理設計印刷電路板；在電路板的弱電部分空余出鋪上網格線作為接地線。

（2）采用隔離技術。如電流環(huán)隔離、光電耦合器等使干擾源和易干擾部分隔離開來。

（3）在頻率調理電路中抬高了比較器的閥值，用來抑制高頻噪聲干擾。

（4）通信電路中三條通信總線用獨立的三個電源，避免了三者之間的相互干擾。

系統(tǒng)在軟件方面采取的措施有： 　　

（1）采用常用的一些軟件抗干擾措施，如軟件陷阱技術、指令冗余技術、CPU自帶看門 狗等。

（2）采用軟件重復檢測的方法達到去偽存真的目的。

（3）輸出端口采用動態(tài)刷新的方法，防止CPU受干擾后狀態(tài)發(fā)生變化。

5、總結與展望 　　

隨著鐵路運量的增加和列車運行速度的不斷提高，原來有分立元件構成的設備在安 全、效率及維護方面的問題日益突出，采用微處理器技術的移頻電碼化接口設備采用了閉環(huán) 檢測的系統(tǒng)設計方法，提高了移頻發(fā)送設備的可靠性。它還具有很強的擴展性和通用性，對 鐵路信號基礎設備的升級換代具有重要的參考價值，對進一步保證鐵路行車安全具有重要意 義，該設備已研制成功，并通過鐵道部技術鑒定。

創(chuàng)新點：采用以ATmaga128 芯片為核心的微處理器技術來代替分立元件，提高了移頻發(fā)送設備的可靠性和安全性，該設備具有很強的擴展性和通用性，對鐵路信號基礎設備的升級換代具有重要的參考價值。