本发明公开了一种铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：包括：信号机用模块（1）和中控室用模块（8）；所述信号机用模块（1）安装在铁路信号机中，与所述铁路信号机电连接，并且所述信号机用模块（1）的报警信号输出端并联在所述铁路信号机的一对报警线上；所述中控室用模块（8）串接在中控室的一对所述报警线的接入处与电流继电器（14）之间；所述中控室用模块（8）外部与报警信息显示单元（13）相连。本发明提供的一种铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，中控室能远程获知故障信号机位置及其故障类型，维修人员在现场巡检时能使用手持设备无线读取故障信息。
1.铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：包括：信号机用模块（1）和中控室用模块（8）；所述信号机用模块（1）安装在铁路信号机中，与所述铁路信号机电连接，并且所述信号机用模块（1）的报警信号输出端并联在所述铁路信号机的一对报警线上；所述中控室用模块（8）串接在中控室的一对所述报警线的接入处与电流继电器（14）之间；所述中控室用模块（8）外部与报警信息显示单元（13）相连；所述信号机用模块（1）包括第一自饱和磁耦合单元（2）、第一收发单元（3）、点灯单元ID码（4）、第一接地系统（5）和RFID模块（15）；所述第一收发单元（3）分别与所述点灯单元ID码（4）、第一自饱和磁耦合单元（2）和RFID模块（15）通讯连接，所述第一自饱和磁耦合单元（2）通过所述第一接地系统（5）接地；所述中控室用模块（8）包括第二自饱和磁耦合单元（9）、第二收发单元（10）、点灯单元ID表（12）和第二接地系统（11），所述第二收发单元（10）分别与所述第二自饱和磁耦合单元（9）和点灯单元ID表（12）通讯连接，所述第二自饱和磁耦合单元（9）通过所述第二接地系统（11）接地；所述第一收发单元（3）和第二收发单元（10）均包括二极管组，所述二极管组包括正向串联二极管组和与所述正向串联二极管组相并联的反向串联二极管组，所述二极管组的一端与浪涌吸收电路相连，所述二极管组的一端还通过信号调整网络与接收信号开关管Q1控制的电压跟踪电路U1相连接，所述电压跟踪电路U1与MCU的GPR端口相连，所述电压跟踪电路U1还通过反馈网与所述MCU的GPR端口相连，所述接收信号开关管Q1与所述MCU的GPC端口相连，所述MCU的GPS端口与输出信号开关管Q2相连接，所述输出信号开关管Q2与变压器T2的初级一端相连，所述变压器T2的初级另一端与Vin2供电端口相连，所述变压器T2的次级一端与所述二极管组的另一端相连，所述变压器T2的次级另一端接地。
2.根据权利要求1所述的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：
所述第一自饱和磁耦合单元（2）和第二自饱和磁耦合单元（9）均包括变压器T1，一对所述报警线包括第一报警线（6）和第二报警线（7），所述变压器T1的初级一端经过信号耦合电容Cs与所述第一报警线（6）连接，所述变压器T1的初级另一端直接与所述第二报警线（7）连接，所述变压器T1的次级一端经过浪涌吸收电路后与所述第一收发单元（3）或第二收发单元（10）相连，所述变压器T1的次级另一端接地。
3.根据权利要求2所述的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：
所述变压器T1的匝数比为n1=Np:Ns；所述n1取值范围为0.8 1.2，Np代表初级绕组，Ns代表~次级绕组。
4.根据权利要求2所述的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：
所述变压器T1的磁芯为矩磁材料；所述变压器T1的矩磁材料包括镍铁钼超导磁合金、非晶态2605-SC或非晶态2714A。
5.根据权利要求1所述的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：
所述变压器T2的匝数比为n2=Np:Ns，所述n2的取值范围为0.16 0.25，Np代表初级绕组，Ns~代表次级绕组。
6.根据权利要求1所述的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：
所述正向串联二极管组和反向串联二极管组中二极管的方向相反，个数相同且均为至少3个。
7.根据权利要求1所述的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：
所述铁路信号机的电流、供电电压和光强度分别通过信号灯电流监测器、供电电压监测器和光强度监测器来监测，所述信号灯电流监测器、供电电压监测器和光强度监测器均经过信号调整电路后与所述第一收发单元（3）的MCU的ADC接口连接；所述铁路信号机的工作温度通过工作温度监测器来监测，所述工作温度监测器与所述第一收发单元（3）的MCU的普通接口连接；所述铁路信号机的报警触发电路和点灯触发电路与所述第一收发单元（3）的MCU通过IO口连接；所述第一自饱和磁耦合单元（2）和RFID模块（15）均使用通信端口与所述第一收发单元（3）的MCU连接。
8.根据权利要求2所述的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：
所述第一接地系统（5）和第二接地系统（11）均包括连接在一对所述报警线之间的压敏电阻Z1、连接在所述第一报警线（6）与对地气体放电管G1之间的压敏电阻Z2、连接在所述第二报警线（7）与所述对地气体放电管G1之间的压敏电阻Z3和对地气体放电管G1；所述对地气体放电管G1一端分别与所述压敏电阻Z2和压敏电阻Z3连接，另一端与地连接；所述压敏电阻Z1与电流互感器T3串联，所述对地气体放电管G1与电流互感器T4串联后接地；所述电流互感器T3和电流互感器T4分别用于检测一对所述报警线之间的雷击浪涌电流和所述报警线到地的雷击浪涌电流。
9.根据权利要求8所述的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：
所述压敏电阻Z1耐压值为68 100V、所述压敏电阻Z2和压敏电阻Z3耐压值为510 1000V、所~ ~述对地气体放电管G1耐压值为470 1000V。
铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，尤其涉及一种用于铁路信号机的LED或白炽灯点灯单元远程定位报警和现场巡检提示的装置，属于电路技术领域。
背景技术
[0002] 目前，铁路信号机采用的报警系统，是由多个点灯单元报警电路公用一对报警线路的方案。当任一点灯单元出现故障时，控制报警线短路，中控室的时间继电器吸合，并向工务段人员显示报警信息。但同一中控室监控的信号机可达200个，距离可达20公里，经常会发生报警信息不准确，故障信号机位置信息及其故障类型信息不精确的问题，故现在急需一种报警信息能精确及时传达至工人，合理共用一对报警线路发送报警信号，并在信号中带有故障信号机位置信息及其故障类型信息的远程定位报警装置。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够利用铁路现场现有的两组信号机报警线，传输报警信号编码，使中控室能够远程获知故障信号机位置及其故障类型，且维修人员在现场巡检时能使用手持设备无线读取故障信息的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置；进一步地，本发明提供一种安装设置方便、可靠性强的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0005] 铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，其特征在于：包括：信号机用模块和中控室用模块；所述信号机用模块安装在铁路信号机中，与所述铁路信号机电连接，并且所述信号机用模块的报警信号输出端并联在所述铁路信号机的一对报警线上；所述中控室用模块串接在中控室的一对所述报警线的接入处与电流继电器之间；所述中控室用模块外部与报警信息显示单元相连；所述信号机用模块包括第一自饱和磁耦合单元、第一收发单元、点灯单元ID码、第一接地系统和RFID模块；所述第一收发单元分别与所述点灯单元ID码、第一自饱和磁耦合单元和RFID模块通讯连接，所述第一自饱和磁耦合单元通过所述第一接地系统接地；所述中控室用模块包括第二自饱和磁耦合单元、第二收发单元、点灯单元ID表和第二接地系统，所述第二收发单元分别与所述第二自饱和磁耦合单元和点灯单元ID表通讯连接，所述第二自饱和磁耦合单元通过所述第二接地系统接地。
[0006] 所述第一自饱和磁耦合单元和第二自饱和磁耦合单元均包括变压器T1，一对所述报警线包括第一报警线和第二报警线，所述变压器T1的初级一端经过信号耦合电容Cs与所述第一报警线连接，所述变压器T1的初级另一端直接与所述第二报警线连接，所述变压器T1的次级一端经过浪涌吸收电路后与所述第一收发单元或第二收发单元相连，所述变压器T1的次级另一端接地。
[0007] 变压器T1在输入端出现雷击浪涌的大电流时能够自饱和，从而对次级起到保护作用。
[0008] 所述变压器T1的匝数比为n1＝Np:Ns；所述n1取值范围为0.8～1.2，Np代表初级绕组，Ns代表次级绕组。
[0009] 所述变压器T1的磁芯为矩磁材料；所述变压器T1的矩磁材料包括镍铁钼超导磁合金、非晶态2605-SC或非晶态2714A。
[0010] 所述第一收发单元和第二收发单元均包括二极管组，所述二极管组包括正向串联二极管组和与所述正向串联二极管组相并联的反向串联二极管组，所述二极管组的一端与所述浪涌吸收电路相连，所述二极管组的一端还通过信号调整网络与接收信号开关管Q1控制的电压跟踪电路U1相连接，所述电压跟踪电路U1与所述MCU的GPR端口相连，所述电压跟踪电路U1还通过反馈网与所述MCU的GPR端口相连，所述接收信号开关管Q1与所述MCU的GPC端口相连，所述MCU的GPS端口与输出信号开关管Q2相连接，所述输出信号开关管Q2与变压器T2的初级一端相连，所述变压器T2的初级另一端与Vin2供电端口相连，所述变压器T2的次级一端与所述二极管组的另一端相连，所述变压器T2的次级另一端接地。
[0011] 第一收发单元的MCU和第二收发单元的MCU中运行的程序不同。
[0012] 所述信号调整网络串接在所述浪涌吸收电路和所述二极管组之间。
[0013] 所述变压器T2的匝数比为n2＝Np:Ns，所述n2的取值范围为0.16～0.25，Np代表初级绕组，Ns代表次级绕组。
[0014] 所述正向串联二极管组和反向串联二极管组中二极管的方向相反，个数相同且均为至少3个。
[0015] 所述铁路信号机的电流、供电电压和光强度分别通过信号灯电流监测器、供电电压监测器和光强度监测器来监测，所述信号灯电流监测器、供电电压监测器和光强度监测器均经过信号调整电路后与所述第一收发单元的MCU的ADC接口连接；所述铁路信号机的工作温度通过工作温度监测器来监测，所述工作温度监测器与所述第一收发单元的MCU的普通接口连接；所述铁路信号机的报警触发电路和点灯触发电路与所述第一收发单元的MCU通过IO口连接；所述第一自饱和磁耦合单元和RFID模块均使用通信端口与所述第一收发单元的MCU连接。
[0016] 所述第一接地系统和第二接地系统均包括连接在一对所述报警线之间的压敏电阻Z1、连接在所述第一报警线与对地气体放电管G1之间的压敏电阻Z2、连接在所述第二报警线与所述对地气体放电管G1之间的压敏电阻Z3和对地气体放电管G1；所述对地气体放电管G1一端分别与所述压敏电阻Z2和压敏电阻Z3连接，另一端与地连接；所述压敏电阻Z1与电流互感器T3串联，所述对地气体放电管G1与电流互感器T4串联后接地；所述电流互感器T3和电流互感器T4分别用于检测一对所述报警线之间的雷击浪涌电流和所述报警线到地的雷击浪涌电流。
[0017] 所述压敏电阻Z1耐压值为68～100V、所述压敏电阻Z2和压敏电阻Z3耐压值为510～1000V、所述对地气体放电管G1耐压值为470～1000V。
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] 1.信号机用模块安装在LED或白炽灯点灯单元内部，使用点灯单元的备用电源供电，且与其控制电路接口兼容；
[0020] 2.信号机用模块的报警信号输出端并联接在两根报警线上，用于发送信号机报警码，报警码含有点灯单元ID号和故障类型码，即同时带有故障位置信息和故障类型信息；
[0021] 3.所有信号机用模块只需共用一对报警线，使用单线传输通信协议，带有冲突检测功能，发送码值之前先检测报警线上是否正在传输非自身报警信号，等待报警线空闲时再发码；
[0022] 4.信号机用模块发送报警码后等待中控室用模块的反馈码，如未接受到反馈码则认为发送失败继续发送，直至接收到正确反馈码后停止，可靠性高；
[0023] 5.中控室用模块用于接收报警线上的报警码并进行解析，并将故障位置和故障类型进行显示，同时向报警线发送反馈码，告知发送方已成功收到报警；
[0024] 6.变压器T1使用矩磁材料，因此在输入端出现雷击浪涌的大电流时能够自饱和，从而对次级电路起到保护作用；
[0025] 7.二极管组用于将变压器T1的次级电位与变压器T2的次级电位隔离，并与接收信号开关管Q1控制的电压跟踪电路U1一起保护MCU电路信号输入输出端的安全；
[0026] 8.第一接地系统和第二接地系统均通过报警线间、报警线与地间串接压敏电阻和对地气体放电管，起到防护线间雷击浪涌、线地间雷击浪涌的作用；
[0027] 9.维修人员对信号机进行现场巡检时，可以通过手持设备以RFID方式无线获取信号机的故障详细信息。
[0028] 本发明提供的一种铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置，利用铁路现场现有的两组信号机报警线，传输报警信号编码，使中控室能够远程获知故障信号机位置及其故障类型，且维修人员在现场巡检时能使用手持设备无线读取故障信息的铁路信号机远程故障定位和现场巡检提示装置；并且本发明安装设置方便，可靠性强。
附图说明
[0029] 图1是本发明结构示意图；
[0030] 图2是本发明中第一收发单元的MCU的结构示意图；
[0031] 图3是本发明中第一自饱和磁耦合单元/第二自饱和磁耦合单元和第一收发单元/第二收发单元的电路图；
[0032] 图4是本发明中备用电源的电路图；
[0033] 图5是本发明中第一接地系统/第二接地系统的电路图；
[0034] 图6是本发明中第一接地系统/第二接地系统浪涌电流采集电路图；
[0035] 图7是本发明中信号机用模块程序流程图；
[0036] 图8是本发明中中控室用模块程序流程图；
[0037] 图9是本发明报警信号与反馈信号的数据包结构示意图。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0039] 如图1所示，信号机用模块1安装在铁路信号机中，与点灯单元电路相连接，并联在铁路信号机第一报警线6和第二报警线7上；其中信号机用模块1内部包括第一自饱和磁耦合单元2、第一收发单元3、点灯单元ID码4、第一接地系统5；中控室用模块8串接在中控室的第一报警线6和第二报警线7接入处与电流继电器14之间；其中中控室用模块8内部包括第二自饱和磁耦合单元9、第二收发单元10、点灯单元ID表12、第二接地系统11，且外部与报警信息显示单元13相连。中控室用模块8中的第二自饱和磁耦合单元9、第二收发单元10、第二接地系统11的结构，与信号机用模块1内部的第一自饱和磁耦合单元2、第一收发单元3、第一接地系统5的结构相同，但MCU中运行的程序不同。信号机用模块1的报警信号输出端并联接在两根报警线上，用于发送铁路信号机报警码，报警码含有点灯单元ID号和故障类型码，即同时带有故障位置信息和故障类型信息。中控室用模块8用于接收报警线上的报警码并进行解析，并将故障位置和故障类型进行显示，同时向报警线发送反馈码，告知发送方已成功收到报警。
[0040] 如图2所示为第一收发单元3中的MCU的连接接口示意图，其中铁路信号机电流、供电电压、光强检测传感器经过信号调整电路后，与MCU的ADC接口连接，工作温度监测器与MCU的普通接口连接。报警触发电路和点灯触发电路与MCU通过IO口连接。第一自饱和磁耦合单元2和RFID模块15均使用通信端口与所述第一收发单元3的MCU连接，可双向通信。
[0041] 如图3所示，第一自饱和磁耦合单元2或第二自饱和磁耦合单元9均使用匝数比为n1＝Np:Ns的变压器T1，n1范围为0.8～1.2，磁芯使用矩磁材料，且该变压器的初级一端经过信号耦合电容Cs与第一报警线6连接，另一端直接与第二报警线7连接，次级带有浪涌吸收电路，与2组正反向的3只串联二极管D1～D6相连接，并且经信号调整网络后与受开关管控制的电压跟踪电路相连接。第一收发单元3和第二收发单元10均包括2组正反向的3只串联二极管D1～D6、输入信号调整网络、受接受信号开关管Q1控制的电压跟踪电路U1、MCU以及输出信号开关管Q2、匝数比为n2＝Np:Ns的变压器T2，其中n2范围为0.16～0.25。变压器T2的初级与输出信号开关管Q2连接，次级与二极管D1～D6组的一端连接。变压器T1的矩磁材料可使用镍铁钼超导磁合金、或非晶态2605-SC、或非晶态2714A，变压器T1在初级出现雷击浪涌的大电流时能够自饱和，从而对次级起到保护作用。接受信号开关管Q1与MCU的GPC端口连接，用于控制接收信号的通断；接收信号端与MCU的GPR端口连接；输出信号开关管Q2与MCU的GPS端口连接，由Vin2供电，用于发射报警信号。当MCU处于信号接收状态时，Q1关闭，Q2不工作，信号通过电压跟踪电路由GPR端口进入MCU；当MCU处于信号发送状态时，Q1打开，电压跟踪电路无信号，报警信号从MCU的GPS端口输出，驱动输出信号开关管Q2使变压器T2的初级产生信号。
[0042] 如图4所示，备用电源使用法拉电容方案，当VDD为5V时，MCU的备用电源使用1个法拉电容C3，电压为5.5V，电容量至少为4F，点灯单元正常供电时，VDD通过二极管D9给MCU供电，同时通过二极管D10为法拉电容C3充电。当电灯单元断电时，法拉电容C3开始通过二极管D11向MCU供电。报警信号收发单元、RFID收发模块的备用电源使用3个法拉电容C5、C6、C7串联的方式。Vin1为电灯单元输出的DC14.5V、Vin2为报警信号收发单元和RFID收发模块供电口，C5、C6、C7分别可采用电压值为5.5V，电容量至少为4F，点灯单元正常供电时，Vin1通过二极管D12向Vin2供电，同时通过二极管D13向法拉电容C5、C6、C7充电。当电灯单元断电时，法拉电容C5、C6、C7通过二极管D14向Vin2供电。上边的电路给MCU供电，下边的电路给报警信号收发单元和RFID模块供电。
[0043] 如图5所示，第一接地系统5和第二接地系统11均包括一个连接在第一报警线6和第二报警线7之间的压敏电阻Z1、一个连接第一报警线6与对地气体放电管G1之间的压敏电阻Z2、一个连接第二报警线7与对地气体放电管G1之间的压敏电阻Z3以及对地气体放电管G1。压敏电阻Z1耐压值为68V、压敏电阻Z2、Z3耐压值为510V、气体放电管G1耐压值为470V，气体放电管G1一端与Z2、Z3连接，另一端与地连接。Z1与电流互感器T3串联使用，G1与电流互感器T4串联使用，T3、T4分别用于检测报警线之间的雷击浪涌电流和报警线到地的雷击浪涌电流。
[0044] 如图6所示，为第一接地系统5或第二接地系统11浪涌电流采集电路原理图，电流互感器T3的两端接口T3inA、T3inB通过二极管D7整流、C1滤波后，送入MCU的ADC3接口采集，电流互感器T4的两端接口T4inA、T4inB通过二极管D8整流、C2滤波后，送入MCU的ADC4接口采集。当MCU通过T3、T4检测到浪涌电流时，将停止报警信号的接收或发送，避免信号在长距离报警线传输时，雷击干扰报警信号造成信息错误。
[0045] 如图7所示是信号机用模块中的MCU程序流程图。点灯单元工作状态监测模块平时处于正常监测状态，当点灯单元的供电电压、内部温度、LED工作状态出现异常时，MCU先控制信号机做出相应动作，如LED损坏过多、供电电压过低时切断电源。然后程序调取该点灯单元的ID码，与故障码拼接组成完整的报警信息码。然后MCU控制开关管打开电压跟踪电路，检测当前报警线上是否有非自身发出的报警信号占用，若有占用则等待空闲，若是空闲的，则MCU控制开关管关闭输入端，输出端开始按二进制码值从高至低顺序逐位发送。
[0046] 如图7所示是报警信号码的数据0与数据1的电平表示方式。要发送1时，输出端持续5ms低电平后持续5ms高电平；要发送0时，输出持续10ms低电平后持续5ms高电平。报警信号全部发完后，MCU控制开关管打开输入端，等待接收报警线上有中控室模块发送的反馈信号，若3秒内未收到反馈信号，则MCU认为发送失败重新运行一次发码过程。若成功收到反馈信号，则MCU再根据故障类型决定等待工人前来处理或继续正常工作并重新监测，一般情况下，当故障类型为过压、过热、过冷时，MCU控制点灯单元继续工作；当故障类型为欠压、短路、LED损坏时，MCU控制点灯单元切断输入电源。
[0047] 如图8所示是中控室用模块中的MCU程序流程图。中控室用模块平时处于正常线路监测状态，当报警线上出现低电平时，表示有报警信号出现，MCU开始监测低电平持续时间，直至变为高电平为此二进制位结束，MCU将低电平持续时间与8ms阈值进行比较，若高于阈值则存储为数据0，低于阈值则存储为数据1。MCU持续存储接收数据，直至数据长度达到协议固定值，然后将完整数据分离为点灯单元ID码值和故障代码值，并将故障点灯单元位置及其故障原因显示给中控室。最后MCU控制开关管关闭接收端，并向报警线发送反馈码，回归正常线路监测状态。
[0048] 如图9所示是报警信号与反馈信号的数据包结构示意图。报警信号数据包含了8位数据包头、8位数据包尾、两串CRC-4校验码、8位的点灯单元ID号，4位故障代码。反馈信号数据包结构包括8位数据包头、8位数据包尾、4位ACK数据、4位校验码，报警信号和反馈信号数据包均结构符合基本通信协议规范。
[0049] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
