專利名稱：故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及故障安全技術(shù)領(lǐng)域和查詢應(yīng)答器領(lǐng)域，尤其涉及軌道交通運(yùn)行控制領(lǐng) 域特定需求下的應(yīng)答器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
軌道交通運(yùn)行控制領(lǐng)域中需要使用查詢應(yīng)答器系統(tǒng)，用于車輛的準(zhǔn)確定位，其特 定領(lǐng)域要求應(yīng)答器系統(tǒng)具備雙向數(shù)據(jù)通信能力，車載閱讀器和地面應(yīng)答器都能輸出信號(hào)給 各自的控制系統(tǒng)，因此車載閱讀器和地面應(yīng)答器應(yīng)做成對(duì)稱結(jié)構(gòu)；具備故障導(dǎo)向安全功能， 因此系統(tǒng)應(yīng)使用故障安全理論和容錯(cuò)技術(shù)設(shè)計(jì)；具備較高的通信可靠性和寬角度的通信覆 蓋范圍，因此系統(tǒng)應(yīng)使用各種冗余技術(shù)；具有較低的電磁輻射水平，避免干擾業(yè)已安裝使用 的射頻應(yīng)答器。針對(duì)以上特點(diǎn)，用于軌道交通車輛定位的雙向應(yīng)答器系統(tǒng)與一般性的射頻 應(yīng)答器系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有重大差異。目前現(xiàn)存的查詢應(yīng)答器系統(tǒng)大部分采用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)，包括各種有源和無(wú)源應(yīng)答 器系統(tǒng)，使用的頻率范圍為125kHz 1GHz。射頻應(yīng)答器的特點(diǎn)是信息量多；存在較強(qiáng)的電 磁輻射，多套應(yīng)答器近距離同時(shí)工作可能相互干擾；不具備故障導(dǎo)向安全的特性；標(biāo)簽是 孤立的，不能輸出信號(hào)給其他系統(tǒng)。申請(qǐng)?zhí)枮?1808272. 6的專利描述一種用于通信系統(tǒng)的 光應(yīng)答器，能夠?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)并饋送到另一端。申請(qǐng)?zhí)?00580025167. 2的專利描 述了一種低成本聲頻應(yīng)答器定位系統(tǒng)，由基站和應(yīng)答器標(biāo)簽組成；使用聲頻信號(hào)進(jìn)行通信 以確定標(biāo)簽在有界的3D空間中的位置。以上應(yīng)答器產(chǎn)品和專利其標(biāo)簽都是孤立的，不能輸 出信號(hào)給連接的相關(guān)控制系統(tǒng)；不具備故障導(dǎo)向安全的特性；。如何設(shè)計(jì)一種能夠有效的滿足上述需求的適用于軌道交通運(yùn)行控制的故障_安 全型應(yīng)答器系統(tǒng)是技術(shù)人員要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種適用于軌道交通運(yùn)行控制特定領(lǐng)域的 故障安全紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，旨在解決上述的問(wèn)題。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括一個(gè)安裝在移動(dòng)車輛上的車載閱讀器和一個(gè)安裝軌旁的地面應(yīng)答器； 車載閱讀器和地面應(yīng)答器由各自的發(fā)射單元、接收單元以及相對(duì)應(yīng)的紅外線收發(fā)陣列構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是能夠可靠實(shí)現(xiàn)車輛和地面的雙向紅外線 數(shù)據(jù)通信，閱讀器和應(yīng)答器都能輸出信號(hào)給各自的控制系統(tǒng)，滿足了車輛準(zhǔn)確定位的需求； 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障導(dǎo)向安全，提高軌道交通運(yùn)行的安全性；不干擾附近位置的射頻應(yīng)答器系 統(tǒng)，提高了設(shè)備的適應(yīng)性。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中發(fā)射單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中接受單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1中紅外線陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述由圖1、圖2、圖3、圖4可見(jiàn)本發(fā)明包括一個(gè)安裝在移動(dòng)車輛上的車載閱讀器和 一個(gè)安裝軌旁的地面應(yīng)答器；車載閱讀器和地面應(yīng)答器由各自的發(fā)射單元1、接收單元2以 及相對(duì)應(yīng)的紅外線收發(fā)陣列3構(gòu)成；本發(fā)明中車載閱讀器和地面應(yīng)答器的發(fā)射單元1、接收單元2硬件結(jié)構(gòu)相同，但軟 件控制邏輯和動(dòng)作時(shí)序不同。所述的發(fā)射單元1包括一組主電路和至少一組以上的、與主電路相同的備用電 路；所述的主電路和備用電路連接切換電路9，切換電路9與紅外線陣列相連；所述的主電 路包括依次連接的CPTO、編碼電路6、調(diào)制電路7以及與切換電路9相連的驅(qū)動(dòng)電路8 ；所述的接收單元2包括三個(gè)相同的解碼器；所述的解碼器包括連接紅外線陣列 的隔離整形電路11 ；隔離整形電路11通過(guò)CPU12與監(jiān)督定時(shí)器13連接；三個(gè)解碼器中的 CPU分別與三中取二表決器14相連；三中取二表決器14通過(guò)故障-安全驅(qū)動(dòng)電路15與安 全繼電器16相連；安全繼電器16分別與三個(gè)解碼器中的CPU相連；所述的安全繼電器16是重力式安全繼電器或者是帶強(qiáng)制導(dǎo)向接點(diǎn)的彈力式安全 繼電器；由圖4可見(jiàn)所述的紅外線收發(fā)陣列3采用多組紅外線發(fā)射管和接收管在空間位 置上交替排列而成；本發(fā)明的主要原理是地面應(yīng)答器將系統(tǒng)預(yù)存的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼、調(diào)制，驅(qū)動(dòng)880nm 或940nm波長(zhǎng)的紅外線收發(fā)陣列3，發(fā)射扇形寬角度紅外光束。當(dāng)車輛越過(guò)地面應(yīng)答器時(shí)， 調(diào)制紅外光束照射到車載閱讀器的紅外線收發(fā)陣列3，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流，并經(jīng)過(guò)隔離、整 形，濾除干擾噪聲后，送入微處理器解碼，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)和車載預(yù)存的數(shù)據(jù) 比較一致后，送入故障-安全型驅(qū)動(dòng)電路15產(chǎn)生輸出電壓，驅(qū)動(dòng)安全繼電器16吸起，輸出 有效信號(hào)給連接的相關(guān)控制系統(tǒng)。車載閱讀器向地面發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程和上述過(guò)程類似。車 載閱讀器和地面應(yīng)答器的通信在時(shí)間上交替進(jìn)行，采用相同的載波頻率。地面應(yīng)答器將預(yù)存的若干字節(jié)數(shù)據(jù)送入編碼電路6，將用戶信息附加上CRC校驗(yàn) 碼，以提高抗干擾能力，然后進(jìn)行脈沖調(diào)制7。調(diào)制用的載波通常選定33kHz 56kHz的矩 形波，占空比1/3，也可以選擇別的頻率和占空比。頻率和占空比的選擇由使用的紅外線接 收管決定。脈沖調(diào)制的方法是數(shù)據(jù)信號(hào)先反相，再和載波進(jìn)行“與”操作。脈沖調(diào)制的結(jié)果 是數(shù)據(jù)位為“1”時(shí)，調(diào)制輸出恒為“0”，無(wú)載波；調(diào)制數(shù)據(jù)位為“0”時(shí)，輸出為載波，即輸出 載波的持續(xù)時(shí)間就是數(shù)據(jù)位“0”時(shí)間寬度。調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路8放大后，送入紅外線 收發(fā)陣列3，轉(zhuǎn)化成紅外線光信號(hào)，向外輻射。由圖2可見(jiàn)為提高發(fā)射電路的可靠性，發(fā)射單元1采用雙機(jī)熱備的硬件冗余結(jié)構(gòu)。具體方法是發(fā)射電路環(huán)節(jié)(5) (8)安裝相同的兩套，一套為主發(fā)射電路，一套為備用 發(fā)射電路。主、備發(fā)射電路同時(shí)工作，具體哪套電路向后級(jí)輸出由切換電路9控制，切換電路又受故障檢測(cè)電路10控制。主發(fā)射電路工作正常時(shí)，故障檢測(cè)電路10輸出“主輸出”指 令給切換電路9，此時(shí)主發(fā)射電路的信號(hào)經(jīng)過(guò)切換電路輸出，驅(qū)動(dòng)紅外線收發(fā)陣列3。當(dāng)故 障檢測(cè)電路10檢測(cè)出主發(fā)射電路故障時(shí)，就發(fā)出“備用輸出”指令，切換電路9斷開(kāi)主發(fā)射 電路的輸出，接通備用發(fā)射電路，其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)切換電路送入紅外線收發(fā)陣列3，同時(shí)故 障檢測(cè)電路發(fā)出“主發(fā)射電路故障”的報(bào)警，提醒用戶及時(shí)檢修。接收單元2采用故障_安全型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，具體方法是解碼處理使用三中取二的容 錯(cuò)電路，隔離整形電路11、CPU12和監(jiān)督定時(shí)器13組成一個(gè)解碼器，整個(gè)接收單元共有三 個(gè)相同的解碼器，見(jiàn)圖3中的三個(gè)虛線框。三個(gè)解碼器 各自獨(dú)立工作，其解碼的輸出為“有 效”指令和“無(wú)效”指令兩種。三路解碼輸出送入三中取二表決器14。表決器14按照大數(shù) 表決的模式工作，當(dāng)三路解碼輸出有兩路或三路均為“有效”指令時(shí)，表決器14輸出“有效” 指令；若三路解碼輸出有兩路或三路均為“無(wú)效”指令時(shí)，表決器14輸出“無(wú)效”指令。單 個(gè)解碼器的故障不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。為了保證安全，表決器14也是故障-安全結(jié)構(gòu)的， 即表決器故障時(shí)，總輸出“無(wú)效”指令，防止了系統(tǒng)誤動(dòng)。為了提高運(yùn)行的穩(wěn)定性，各解碼器還帶有獨(dú)立的監(jiān)督定時(shí)器13。CPU12工作正常 時(shí)，定時(shí)發(fā)送刷新脈沖給監(jiān)督定時(shí)器13。若CPU12未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)刷新脈沖給監(jiān)督定時(shí) 器13，通常表明CPU12產(chǎn)生了故障，監(jiān)督定時(shí)器13將自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，促使CPU12復(fù)位， 重新引導(dǎo)執(zhí)行程序，恢復(fù)正常工作。使用監(jiān)督定時(shí)器13，可以有效地提高CPU抗突發(fā)干擾的 能力，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。表決器14的輸出指令保證了邏輯輸出的正確性，執(zhí)行環(huán)節(jié)的正確性由故障-安 全驅(qū)動(dòng)電路15和安全繼電器16保證。普通的驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路故障時(shí)，輸出高低電 平的幾率是相同的，若輸出高電平，則繼電器16吸起，常開(kāi)接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生危險(xiǎn)輸出，這是 絕對(duì)不允許的。如果使用普通繼電器，萬(wàn)一產(chǎn)生接點(diǎn)熔接、卡死等故障，即使繼電器線圈無(wú) 電，常開(kāi)接點(diǎn)也可能閉合，從而產(chǎn)生危險(xiǎn)輸出。因此安全系統(tǒng)的輸出必須使用故障-安全 驅(qū)動(dòng)電路15和安全繼電器16的組合形式。驅(qū)動(dòng)電路15采用動(dòng)態(tài)脈沖驅(qū)動(dòng)，在接收到特定 頻率和特定幅度的脈沖信號(hào)后，內(nèi)部的電容充、放電路電路按特定節(jié)拍順序動(dòng)作，產(chǎn)生電流 輸出。當(dāng)電路中的任一元件故障時(shí)，包括開(kāi)路、短路故障，充、放電電路都會(huì)缺乏必須的工作 條件而停止工作，電容上原先的電荷在很短的時(shí)間泄放殆盡，最終無(wú)電流輸出，繼電器(16) 落下，實(shí)現(xiàn)了故障-安全。本系統(tǒng)還采用了閉環(huán)控制的模式。繼電器16的輸出狀態(tài)被反饋到CPU12進(jìn)行監(jiān) 督。當(dāng)發(fā)生接點(diǎn)熔接或卡死的故障時(shí)，安全繼電器16的強(qiáng)制導(dǎo)向結(jié)構(gòu)確保其各組接點(diǎn)都是 聯(lián)動(dòng)的，即所有的前接點(diǎn)狀態(tài)都一致，所有的后接點(diǎn)狀態(tài)也一致。通過(guò)接點(diǎn)狀態(tài)的反饋，能 夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)繼電器16的狀態(tài)，經(jīng)與CPU12的解碼輸出比對(duì)，即可知繼電器工作是否正常。若 不正常，則及時(shí)報(bào)警，導(dǎo)向了運(yùn)用安全。閉環(huán)模式和安全繼電器16的配合使用，消除了繼電 器故障無(wú)法檢測(cè)的隱患。在閉環(huán)控制模式下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路15和安全繼電器16的協(xié)同，保 證了系統(tǒng)最終執(zhí)行輸出的安全性?？紤]到車載閱讀器和地面應(yīng)答器通信時(shí)，位置可能不完全對(duì)準(zhǔn)，從而造成紅外線 光束不能完全對(duì)準(zhǔn)接收管，產(chǎn)生通信丟碼。為了保證通信的可靠，降低丟碼現(xiàn)象，系統(tǒng)采用 了紅外線收發(fā)陣列3。該陣列接收采用器件冗余和空間 冗余技術(shù)，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4。具 體實(shí)施方法時(shí)采用多支發(fā)射管和多支接收管，發(fā)射管和接收管空間位置交替排列，和單管收發(fā)相比，紅外線的發(fā)射角度和接收角度大大拓寬，形成較寬的面狀覆蓋范圍；電路設(shè)計(jì)上保證任意一支接收管接收到紅外線信號(hào)即表示陣列接收到紅外線信號(hào)，任意一支發(fā)射管發(fā) 射的紅外線光束的強(qiáng)度都能保證接收設(shè)備可能動(dòng)作；以上兩方面的措施提高了通信的可靠 性。以車載閱讀器為例，陣列使用3支紅外線發(fā)射管17、19和21，使用3支接收管18、20和 22。發(fā)射管和接收管只要有任意一支發(fā)射管的紅外光束能夠?qū)?zhǔn)接收設(shè)備即能可靠通信， 同理只要有任意一支接收管能夠收到發(fā)射設(shè)備的紅外光束即能可靠通信。
雖然本發(fā)明已對(duì)有限數(shù)目的實(shí)例做了描述，但應(yīng)知道，本發(fā)明可以在附錄的權(quán)利 要求范圍內(nèi)進(jìn)行很多變化、改進(jìn)和其他應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)安裝在移動(dòng)車輛上的車載閱讀器和一個(gè)安裝軌旁的地面應(yīng)答器；車載閱讀器和地面應(yīng)答器由各自的發(fā)射單元(1)、接收單元(2)以及相對(duì)應(yīng)的紅外線收發(fā)陣列(3)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā) 射單元(1)包括一組主電路和至少一組以上的、與主電路相同的備用電路；所述的主電路 和備用電路連接切換電路(9)，切換電路(9)與紅外線陣列相連；所述的主電路包括依次 連接的CPU(5)、編碼電路(6)、調(diào)制電路(7)以及與切換電路(9)相連的驅(qū)動(dòng)電路(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于所述的接 收單元(2)包括三個(gè)相同的解碼器；所述的解碼器包括連接紅外線陣列的隔離整形電路(II)；隔離整形電路(11)通過(guò)CPU(12)與監(jiān)督定時(shí)器(13)連接；三個(gè)解碼器中的CPU分別 與三中取二表決器(14)相連；三中取二表決器(14)通過(guò)故障-安全驅(qū)動(dòng)電路(15)與安全 繼電器(16)相連；安全繼電器(16)分別與三個(gè)解碼器中的CPU相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于所述的紅 外線收發(fā)陣列(3)采用多組紅外線發(fā)射管和接收管在空間位置上交替排列而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，其特征在于所述的安 全繼電器(16)是重力式安全繼電器或者是帶強(qiáng)制導(dǎo)向接點(diǎn)的彈力式安全繼電器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種故障安全型紅外線雙向應(yīng)答器系統(tǒng)，包括一個(gè)安裝在移動(dòng)車輛上的車載閱讀器和一個(gè)安裝軌旁的地面應(yīng)答器；車載閱讀器和地面應(yīng)答器由各自的發(fā)射單元(1)、接收單元(2)以及相對(duì)應(yīng)的紅外線收發(fā)陣列(3)構(gòu)成；本發(fā)明的有益效果是能夠可靠實(shí)現(xiàn)車輛和地面的雙向紅外線數(shù)據(jù)通信，閱讀器和應(yīng)答器都能輸出信號(hào)給各自的控制系統(tǒng)，滿足了車輛準(zhǔn)確定位的需求；實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障導(dǎo)向安全，提高軌道交通運(yùn)行的安全性；不干擾附近位置的射頻應(yīng)答器系統(tǒng)，提高了設(shè)備的適應(yīng)性。
文檔編號(hào)B61L13/04GK101811508SQ20091004654
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者周巧蓮, 周迥, 楊迪, 沈拓, 王方程, 馬全松 申請(qǐng)人:上海申通軌道交通研究咨詢有限公司