基于STC单片机的铁路信号半自动闭塞光缆传输器

摘要：文中介绍了以宏晶公司的STC12C5A60S2单片机为控制单元的用于铁路通信信号领域中的半自动闭塞光缆传输器的设计，并重点介绍了涉及铁路安全的交叉备份电路、安全与门电路以及软件结构。该系统解决了我国铁路现阶段存在的半自动闭塞区间电缆与光缆备份使用的问题，有效的提高了我国半自动闭塞区间铁路的行车效率。
关键词：铁路信号；STC单片机；半自动闭塞；光缆传输器

半自动闭塞铁路线在我国大量存在，而用于两个车站之间接一发列车的闭塞信息有正负脉冲2种信息来完成，传输闭塞信息的传输介质为架空明线或光缆。由于明线或者电缆故障而导致铁路运输中断的现象时有发生，并且一旦明线或者电缆故障后恢复起来较为复杂，通常情况下，恢复的时间在6～10 h左右，这也大大降低了区间半自动闭塞的单线铁路的运输能力。并且随着技术进步及新科技的广泛应用，光缆的应用越来越普遍，大多数铁路车站之间的传输通道已经实现了光纤传输。
信号半自动闭塞光缆传输器用于64D单线半自动闭塞的区间信号传输，其作用是代替原有的电缆或者明线传输，将原有的模拟信号转变为数字信号进行传输，可以实现传输通道的冗余备份，对传输通道进行实时监测，如果主通道发生故障，切换至备用通道，并且可发出报警，亦可将设备的工作状态上传给微机监测等上位工作站。

1 系统功能要求及结构
由于两个车站之间的距离不同，发送电压也不同，其电压范围从40～120 V不等，个别车站可能更高。OCGB信号半自动闭塞光缆传输器的主要功能就是将发送端(甲站)的电压采集后，转换为相应的数字信号通过光缆通道传输至接收端(乙站)，并复原为电压信号。根据功能要求及安全性要求，光缆传输器主要由以下几个功能模块构成：输入输出接口单元、电源单元、控制单元、通信单元。基于铁路信号的安全性和可靠性方面的考虑，系统需要完成以下几个方面的特殊功能：
1)控制模块和通信模块均采用“1+1”的备用模式，且控制单元与通信单元之间采用交叉备用的方式进行配置；
2)控制单元采用双CPU进行信号采集；
3)传输通道需冗余备份；
4)输出采用安全与门电路，符合故障导向安全原则；
5)可将本机的工作状态及报警信息上传给上位机进行显示。
根据以上功能，系统组成框图如图1所示。

2 系统硬件设计
在系统的硬件设计中，电源部分采用AC／DC模块电源完成单片机及逆变电路所需的DC12V、DC5V电源及通讯所需的DC5V隔离电源。通信单元采用北京公司生产的双RS232串口转E1通道的通信模块，但是2路RS232通道为切换式工作。在控制单元中，考虑到要用到双串口实现2路传输通道的冗余备份和逆变输出驱动电源，因此选用STC12C5A60S2单片机作为主控单元的控制芯片。