專利名稱：地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)，尤其適合于地鐵或輕軌運行過程中列車實時地址的在線檢測，實現(xiàn)列車自動報站、定位及自動開門、關門等功能的控制系統(tǒng)。
背景技術：
在地鐵或輕軌運行過程中，列車的進站、出站或列車通過區(qū)間某一位置時，需要檢測列車是否通過該位置以及在該位置的絕對地址，用于列車自動報站或者列車實時測量供電系統(tǒng)的電氣參數(shù)。當列車通過地列列車鋪設的電纜區(qū)域時，該系統(tǒng)能自動識別到站地址，并能發(fā)出有效信號供其它系統(tǒng)使用。傳統(tǒng)的列車到位檢測，有電磁式或紅外式的傳感器，其不足之處是傳感器安裝比較麻煩，一般只能提供觸點信號，沒有計算機通訊功能，不能接收其它系統(tǒng)的命令，信號受現(xiàn)場因素的影響比較大，實現(xiàn)的自動控制功能有限，所以使用起來受到局限不是很靈活。
發(fā)明內容本實用新型的目的是針對背景技術中的缺點和不足，提供一種性能可靠，迅速準確的地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)。本實用新型的技術方案是:構造一種在列車旁設置感應電纜，解決運行列車可以即時檢測到地址，根據(jù)即時地址實現(xiàn)自動報站，自動定位及控制聯(lián)鎖等功能；列車上可以直接知道自己的地址的定位系統(tǒng)。本實用新型由地上循環(huán)編碼發(fā)射部分、電纜編碼部分、天線部分、車上解碼部分、單片機軟件計算地址部分、PLC控制部分、外接控制部分組成，地上循環(huán)編碼發(fā)射部分產生49KHz載波信號,載波信號的輸出與電纜編碼部分的輸入相連接，電纜編碼部分通過對線交叉產生地址格雷編碼信號，天線部分感應到地址格雷編碼信號并向空間發(fā)射，與車上解碼部分的輸入相連接，車上解碼部分將天線部分發(fā)射的地址格雷編碼信號轉換數(shù)字碼元信號，數(shù)字碼元信號傳送到單片機計算地址部分的輸入端，單片機計算地址部分將數(shù)字碼元信號系列通過算法轉換成地址信號，單片機計算地址部分的輸出信號傳送到PLC控制部分，PLC控制部分根據(jù)單片機計算地址部分產生的地址信號來控制外接控制部分，外接控制部分通過PLC傳送過來的信號來控制外部設備的傳動設備。地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)中的循環(huán)編碼發(fā)射部分的方法，該方法包括下列步驟:a)按扁平電纜的編碼規(guī)則，自定義一串數(shù)據(jù)流，根據(jù)數(shù)據(jù)流的順序循環(huán)發(fā)送載波信號。a)單片機定時發(fā)送載波信號，并在載波信號的輸出附有反相端子，載波頻率為49KHz ；b)聞速開關與電纜的輸入接口相接，循環(huán)控制載波信號的輸出。本實用新型的另一方案是提供一種地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)中的車上粗地址和精地址解碼的方法，該方法包括下列步驟:A、粗地址解碼a)移位控制模塊的輸出信號傳送到讀信號值模塊，左移入18位寄存器；b)判斷低9位是“00000001G”，調用測試精密地址子程序模塊；如果低9位不是“00000001G”，則程序進入判斷高8位是否是:“00000001”模塊；c)如果高8位是“00000001”，程序進入到取寄存器值的模塊，將該18位寄存器的值與“000000001111111111”相“與”，再取出低10位的數(shù)據(jù)；如果高8位不是“00000001”，則程序返回；d)取寄存器值的模塊的輸出信號傳送到將此格雷碼轉換為二進制碼的模塊，即為粗地址。粗地址保存以后程序返回。B、精地址解碼a)從調用測試精密地址子程序入口的輸出信號傳送到取天線Tl整流值，經(jīng)A/D轉換后，送入Al變量模塊，其輸出信號傳送到取天線T2整流值，經(jīng)A/D轉換后，送入A2變量模塊；b)從A2變量模塊的輸出信號傳送到Al/ A2的比值模塊，該Al/ A2的值查表得值=Seqnum,其輸出信號傳送到判斷粗地址最低位是否是’ O’的模塊；c)判斷:如果主地址最低位是:“0”,則絕對地址=粗地址+ seqnum ;如果主地址最低位是:“1”，則絕對地址=粗地址+1- seqnum ;輸出完后均返回。本實用新型的優(yōu)點是:提供一種可靠并易于實行的串行地址檢測的方案，能提高系統(tǒng)地址的檢測速度，在感應電纜上運行車輛時可以同時即時檢測到地址，車上可以直接知道自己的地址，并能提高列車自動報站，自動運行和自動定位的精確性和準確性。

圖1為本實用新型的總體系統(tǒng)方框圖圖2為本實用新型的地面部分的電路原理圖圖3為本實用新型的電纜對線圖圖4為本實用新型的粗地址解碼方框圖圖5為本實用新型的精密地址天線結構圖6為本實用新型的雙天線交差接收原理圖圖7為本實用新型的車上部分的電路原理圖圖8為本實用新型的粗地址檢測軟件流程圖圖9為本實用新型的精密地址檢測軟件流程圖圖10為本實用新型的PLC控制部分和外接控制部分接線框圖
具體實施方式
由圖1可知，本實用新型由地上循環(huán)編碼發(fā)射部分(I)、電纜編碼部分(2)、天線部分(3)、車上解碼部分(4)、單片機軟件計算地址部分(5)、PLC控制部分(6)、外接控制部分(7)組成，地上循環(huán)編碼發(fā)射部分(I)產生49KHz載波信號，載波信號的輸出與電纜編碼部分(2 )的輸入相連接，電纜編碼部分(2 )通過對線交叉產生地址格雷編碼信號，天線部分(3)感應到地址格雷編碼信號并向空間發(fā)射，與車上解碼部分(4)的輸入相連接，車上解碼部分(4)將天線部分(3)發(fā)射的地址格雷編碼信號轉換數(shù)字碼元信號，數(shù)字碼元信號傳送到單片機計算地址部分(5)的輸入端，單片機計算地址部分(5)將數(shù)字碼元信號系列通過算法轉換成地址信號，單片機計算地址部分(5)的輸出信號傳送到PLC控制部分(6)，PLC控制部分(6 )根據(jù)單片機計算地址部分(5 )產生的地址信號來控制外接控制部分(7 )，外接控制部分(7)通過PLC傳送過來的信號來控制外部設備的傳動設備。所述的地上循環(huán)編碼發(fā)射部分(I)由49KHz帶有功率放大的載波發(fā)生電路、單片機、譯碼器及高速開關組成，49KHz帶有功率放大的載波發(fā)生電路輸出正相載波信號及反相載波信號分別傳送到高速功率開關的輸入端，單片機的輸出與譯碼器的輸入相連接，譯碼器經(jīng)譯碼后分別與高速開關的控制端相連接。如圖2所示，單片機IC5定時時鐘觸發(fā)產生的方波信號經(jīng)過R1、Cl組成的積分電路低通濾波后轉換為一定49KHz的正弦波信號，正弦波信號經(jīng)運放集成電路IC6、IC7兩級放大后輸出到功率放大器IC8，功放IC8的一路信號輸出傳送到高速功率開關IC1、IC2、IC3的信號輸入端，功放IC8的另一路信號輸出與同比例變壓器TI的同名端輸入相連接，變壓器Tl的異名端輸出作為基本地址對線R的反相信號傳送到高速功率開關IC1、IC2、IC3的信號輸入端。單片機IC5產生的4路地址選通信號傳送給譯碼器IC4，譯碼器IC4通過譯碼分別選通控制地址對線GO — G 9的信號輸出和基本對線R的正相和反相信號的輸出。如圖3所示，電纜部分的結構由地址對線組成，使用時2個以上地址對線的單元長度可相互串接。如圖4所示，粗地址解碼由天線部分(3)、過零比較器、移位寄存器、異或門電路組成，天線部分發(fā)出經(jīng)過放大濾波后的正弦波信號一路輸出到異或門電路的輸入端，另一路經(jīng)一個周期T移位后輸出到異或門的另一個輸入端，經(jīng)異或比較輸出的數(shù)字碼元信號再輸入到單片機地址的輸入端。如圖5所示，本實用新型的天線部分由雙天線線圈Tl、T2組成，線圈寬度為GO對線的最小交叉，線圈Tl與T2的中心位置相差為GO對線的小交叉(0.2米)加最小單元長度0.1米，Tl和T2在列車感應的信號幅度大小變化如圖5 (b)所示。本天線結構適合精密地址解碼方式。如圖6所示，雙天線交差接收原理圖。電纜發(fā)送49KHz的載波信號，通過由線圖L，電阻R2，電容C2組成的選頻諧振回路感應接收，接收到的信號通過同相輸入偶合電容C3，同相輸入電阻R3傳送到運算放大器IC1，信號放大以后一部分經(jīng)過反饋電阻R6反饋輸入，另一部分經(jīng)過由C5，R7組成的積分電路濾波送給耦合變壓器Tl，耦合變壓器Tl將信號耦合輸出。其中R8，R9組成的電路為選頻諧振回路提供12V的直流電平，電容C6，C7，C8，C9保護提供給選頻諧振回路的直流電平。單片機計算地址部分(5)將計算出的實時地址通過串口傳送給PLC控制部分(6)，PLC控制部分(6)通過實時地址和從其它設備采集的信號來實現(xiàn)列車的自動報站、自動定位的有效控制。PLC控制部分(6)通過串口將信號傳送計算的串行端口，來實現(xiàn)計算機管理和動畫監(jiān)視功能。所述的車上解碼部分(4)由粗地址解碼和精密地址解碼兩部分組成，粗地址解碼由天線部分(3)、過零比較器、移位寄存器、異或門電路組成；精密地址解碼由雙天線線圈Tl、T2及A/D轉換器組成。如圖7所示，車上地址解碼的電路實現(xiàn)。天線部分接受過來的信號經(jīng)過前置放大、濾波、二次放大產生的有效正弦信號ui，Ul經(jīng)過電壓比較電路IC5過零比較，產生方波信號，傳送給移位寄存器IC2，移位寄存器IC2產生兩路信號Uil和Ui2，Ui2是Uil延時208微秒后產生的信號，兩路信號與異或門電路IC4A的輸入端相連接，產生的信號經(jīng)過R17和R18低通濾波后的信號與異或門電路IC4B的一個輸入端相連接，異或門電路IC4B另一個輸入端與地相接，輸出的信號變成規(guī)整的數(shù)字碼元信號傳送到IC1，ICl通過軟件接受這系列的數(shù)字碼元信號，轉換為二進制碼，這類二進制碼就是我們所需的粗地址。信號U2是信號Ul整流以后得到的信號，信號U3是另一個接收天線Tl接受過來的信號經(jīng)過前置放大、濾波、二次放大、整流以后得到的信號。信號U2和信號U3經(jīng)過A/D轉換器IC3轉換為地址編碼信號，地址編碼信號傳送給ICl的地址輸入端口，ICl通過軟件計算出精密地址，然后將精密地址與粗地址相加得到我們所需的絕對地址。本實用新型系統(tǒng)的工作方法:地面發(fā)射部分的具體工作是:依次選通地址對線G0-G9和基本地址對線R發(fā)送載波，一位的時間長度為一個碼元長，即為波特率的倒數(shù)，送入基本地址對線的反相信號；波特率為4800bps，載波頻率為49KHz ;—個帶有功率放大的載波信號發(fā)生電路，并附有反相輸出；各電纜對線接口前帶有一個高速受控開關；每個碼的發(fā)射步驟為:先由單片機的定時時鐘觸發(fā)進入中斷，定時時鐘決定發(fā)射每個碼元的時間，由單片機將當時的選通碼送往譯碼器譯碼，由譯碼器的輸出端將控制信號送往每個高速開關的控制端，僅選通一個高速開關和一對電纜發(fā)送。扁平電纜編碼法是:統(tǒng)一的電纜結構為:長度102.4米，基本地址單元1024個，單個地單元長度為0.1米；設有地址對線10對，為G O — G 9，基本地址對線一對R，通信對線2對，為L0，LI ;地址對線采用格雷碼編碼規(guī)則。車上地址解碼包括粗地址解碼和精密地址解碼兩部分，粗地址解碼的具體工作是:·硬件部分采用:將正弦波信號轉化為方波信號的過零比較器，延時一個周期的移位寄存器，異或比較門電路；如圖8所示，車上粗地址解碼的軟件流程圖。其具體的實現(xiàn)方法為:步驟100移位控制模塊的輸出信號傳送到讀信號值模塊，步驟102左移入18位寄存器。步驟104判斷低9位是否為“00000001G”，如果是進入步驟106調用測試精密地址子程序模塊；如果低9位不是“00000001G”，則程序進入步驟108判斷高8位是否是:“00000001”模塊。如果高8位是“00000001”，程序進入到步驟110取寄存器值的模塊，將該18位寄存器的值與“000000001111111111”相“與”，再取出低10位的數(shù)據(jù)；如果高8位不是“00000001”，則程序返回。取寄存器值的模塊的輸出信號傳送到步驟112將此格雷碼轉換為二進制碼的模塊，即為粗地址。粗地址保存以后程序返回。具體工作步驟為:天線TO接受到的信號經(jīng)過零比較轉換為電平的碼元信號送至異或門電路的一個輸入端；天線TO接受到的信號經(jīng)過零比較轉換為電平的碼元信號通過延時η倍周期的移位寄存器；移位寄存器的信號延時后送至異或門電路的另一個輸入口 ；兩路信號經(jīng)過異或門電路后成為所需的碼元電平信號；經(jīng)過單片機軟件控制讀出這串行碼，得到串行地址碼數(shù)。車上精密地址解碼的具體工作是:采用雙天線接受方法，天線寬度為兩個地址單元長度，兩個天線安裝相差為GO對線的小交叉加0.1米；在地面發(fā)射GO穩(wěn)定后，車上的單片機通過A/D轉換后，讀入檢波后的直流電平。如圖9所示，車上精密地址解碼的軟件流程圖。其具體的實現(xiàn)方法為:從調用步驟200測試精密地址子程序入口的輸出信號傳送到步驟202取天線Tl整流值，經(jīng)A/D轉換后，送入Al變量模塊，其輸出信號傳送到步驟204取天線T2整流值，經(jīng)A/D轉換后，送入A2變量模塊。從A2變量模塊的輸出信號傳送到步驟206 Al/ A2的比值模塊，該Al/ A2的值查表得值=seqnum，其輸出信號傳送到判斷步驟208粗地址最低位是否是“O”的模塊。判斷:如果粗地址最低位是:“0”，則步驟210絕對地址=粗地址+ seqnum ;如果粗地址最低位是:“1”，則步驟212絕對地址=粗地址+1- seqnum ;輸出完后均返回。PLC控制部分的具體工作方法是:PLC控制部分包括信號接受模塊、信號處理模塊、信號發(fā)送模塊。信號接受模塊:單片機將處理的二進制信號轉換為B⑶碼發(fā)送給PLC的信號接受模塊。PLC接受模塊將采集到現(xiàn)場需要采集的信號點。通信對線L0、LI上的有用信號，通過MODEM解調出來的數(shù)字碼元信號傳送給PLC的信號接受模塊。信號處理模塊:在每個站內設定一個不同的參考地址。列車根據(jù)在線檢測的絕對地址與參考地址的距離遠近，來自動調整列車的行進速度。列車在線檢測的絕對地址與參考地址相等，產生列車定位信號點。信號發(fā)送模塊:控制室所需要的定位信號、地址信號等通過信號發(fā)送模塊來發(fā)送。上位機要采集的有效信號通過信號發(fā)送模塊來傳送。列車上的外接電氣設備通過信號發(fā)送模塊來傳送有效信號、定位信號實現(xiàn)自動關門、開門、行進。如圖9所示，圖中列出了地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)為了實現(xiàn)自動控制功能，PLC控制部分與外接控制部分的接線圖。PLC控制部分采集到的絕對地址與參考地址相等時，PLC通過(RS232/RS485)串行端口發(fā)送一個到位信號給語音報站系統(tǒng)，實現(xiàn)自動報站的功能。PLC控制部分通過對絕對地址和參考地址的比較，來實現(xiàn)自動停位、自動開門、自動行走的功能。PLC自動計時與列車在站內?？繒r間的比較，來實現(xiàn)自動自動關門的功能。信號的輸出點 Ql- O、Ql.1、Ql.2、Ql.3 分別與繼電器 RELAY1、RELAY2、RELAY3、RELAY4 線包相連接，繼電器的常開點(NO)與車上實現(xiàn)相應功能的開關量并聯(lián)，繼電器的常閉點(NC)與車上實現(xiàn)相應功能的開關量串聯(lián)。當PLC有信號傳送出去的時候，可以實現(xiàn)車上開關量可以實現(xiàn)的功能。在本實用新型的方法中，約4ms機車即可檢到一次自己的地址，本方法列車檢測自己地址的速度大加快，能夠提高列車自動運行和定位的精確性和準確性。
權利要求1.一種地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)，其特征在于由地上循環(huán)編碼發(fā)射部分(I)、電纜編碼部分(2)、天線部分(3)、車上解碼部分(4)、單片機軟件計算地址部分(5)、PLC控制部分(6 )、外接控制部分(7 )組成，地上循環(huán)編碼發(fā)射部分(I)產生49KHz載波信號，載波信號的輸出與電纜編碼部分(2)的輸入相連接，電纜編碼部分(2)通過對線交叉產生地址格雷編碼信號，天線部分(3)感應到地址格雷編碼信號并向空間發(fā)射，與車上解碼部分(4)的輸入相連接，車上解碼部分(4)將天線部分(3)發(fā)射的地址格雷編碼信號轉換數(shù)字碼元信號，數(shù)字碼元信號傳送到單片機計算地址部分(5)的輸入端，單片機計算地址部分(5)將數(shù)字碼元信號系列通過算法轉換成地址信號，單片機計算地址部分(5)的輸出信號傳送到PLC控制部分(6 )，PLC控制部分(6 )根據(jù)單片機計算地址部分(5 )產生的地址信號來控制外接控制部分(7 )，外接控制部分(7 )通過PLC傳送過來的信號來控制外部設備的傳動設備。
2.根據(jù)權利要求1所述的地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)，其特征在于所述的地上循環(huán)編碼發(fā)射部分(I)由49KHz帶有功率放大的載波發(fā)生電路、單片機、譯碼器及高速開關組成，49KHz帶有功率放大的載波發(fā)生電路輸出正相載波信號及反相載波信號分別傳送到高速功率開關的輸入端，單片機的輸出與譯碼器的輸入相連接，譯碼器經(jīng)譯碼后分別與高速開關的控制端相連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)，其特征在于所述的電纜編碼部分(2)的電纜結構為長度102.4米，基本地址單元1024個，單個地址單元長度為0.1米；設有地址線10對，為G O — G 9，基本地址對線一對R，通信對線2對，為L0，LI ;地址對線采用格雷碼編碼規(guī)則。
4.根據(jù)權利要求1所述的地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)，其特征在于所述的天線部分(3)采用雙天線交差接收方式，兩天線的線圈寬度為GO的最小交叉，安裝距離等于GO的最小交叉0.2米加上一個地址單元長度0.1米。
5.根據(jù)權利要 求1所述的地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)，其特征在于所述的車上解碼部分(4)由粗地址解碼和精密地址解碼兩部分組成，粗地址解碼由天線部分(3)、過零比較器、移位寄存器、異或門電路組成；精密地址解碼由雙天線線圈Tl、T2及A/D轉換器組成O
專利摘要本實用新型涉及一種地鐵列車到站自動定位控制系統(tǒng)，尤其適合于地鐵或輕軌運行過程中列車實時地址的在線檢測,實現(xiàn)列車自動報站、定位及自動開門、關門等功能的控制系統(tǒng)。本實用新型由地上循環(huán)編碼發(fā)射部分、電纜編碼部分、天線部分、車上解碼部分、單片機軟件計算地址部分、PLC控制部分、外接控制部分組成。本實用新型提供一種可靠并易于實行的串行地址檢測的方案，能提高系統(tǒng)地址的檢測速度，在感應電纜上運行車輛時可以同時即時檢測到地址，車上可以直接知道自己的地址，并能提高列車自動報站，自動運行和自動定位的精確性和準確性。
文檔編號B61L27/04GK203158030SQ20132009397
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權日2013年3月1日
發(fā)明者李徽, 聶礎輝 申請人:湖南理工學院, 李徽, 聶礎輝