专利名称：通用式机车信号数据记录器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据记录器，特别是指一种通用式机车信号数据记录器。
通用式机车信号是铁路内占主导地位的机车信号产品，在当前机车运行安全保障体系中是关键的基础设备。为适应近年铁路运输的快速发展，中华人民共和国铁道部2000年5月1日发布的<铁路技术管理规程>第91条明确规定，作为行车凭证的机车信号为主体机车信号应具有运行数据记录的功能。记录器作为通用式机车信号系统的功能组件，对通用式机车信号运行状态的相关数据进行了全面完整的记录与处理，为进一步完善通用式机车信号功能，提高运用机车信号管理维护的水平提供条件。
背景技术：
目前已出现的关于机车信号数据记录器为机车信号检测记录分析系统，公开号为1354111，其专利权利要求为一种机车信号检测记录分析系统，其特征在于该系统包括机车感应器、机车信号机、机车信号接线盒、通用式机车信号主机、机车信号检测记录仪、机车信号检测单元，其中，机车感应器是安装在机车底部且紧挨着钢轨上方的导线绕组，感应器的调频编码感应信号输出端与机车信号接线盒一端子相连接，该感应信号通过机车信号接线盒被送到机车信号检测记录仪；机车信号接线盒是一个安装在机车上的公共接线转接和供电电源盒，该接线盒包括二个机车信号机端子、一个机车自停装置端子、一个监控器端子、一个感应器端子、一个电源端子、一个通用式机车信号主机端子，还包括一个机车信号检测记录仪端子；通用式机车信号主机对机车感应器输出的调频编码感应信号进行译码处理，并将译码结果送至机车信号检测记录仪和反馈给接线盒；机车信号检测单元对机车的运行信息进行监测并将机车当前车次、时间、机车号码、正副司机工号、机车运行速度、机车运行限制速度、地面信号机编号、机车经过的地面线路公里标及车站代码送到机车信号检测记录仪；机车信号检测记录仪对机车司机的操作状态、对通用式机车信号主机输出状态、轨道电路状态、机车速度、位置进行记录分析。其不足之处是已有的各记录器设计中，对接收线圈信号的处理均采取提取处理(频谱提取或其他方式)的方式缩小其数据量，一般做法是提取特定制式的部分谱线特征，记录已有标准信号制式中谱线及幅度(如移频和UM71)，忽略如工频谐波干扰频谱、泄漏频谱等因素进行存储。这种处理方法通常应用在信号测量中，但如果应用于机车信号记录器产品上则存在重大缺陷，对于接收线圈信号进行提取，并忽略那些认为所谓无用的信息，将丧失记录数据最起码的客观和真实性；已有记录器在信息记录方面均不检测记录机车信号运用环境信息类信息；已有的记录器在机车信号运用过程中出现异常时，无法将信息及时传输给维护人员，只能等机车完成运行回库后才能通过转录手段完成信息的读取，而机车运行到回库的过程可能是几天，因此维护人员无法及时了解异常情况，可能导致机车信号长时间带故障运行。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提出一种通用式机车信号数据记录器，达到如下目的1.客观真实地记录接收线圈信号接收线圈信号是通过机车接收感应线圈对轨道电路的传输电流信号的感应而得到的信号，机车信号主机正是通过对接收线圈信号的接收译码处理形成输出，它是机车信号系统各项信息中最重要的信息。本发明将采用新的数据记录方式和数据记录介质，确保数据记录的真实性。
2.记录信息的全面性有关机车信号系统工作状态的信息总体上有四类，即机车信号的各类输入信息、各类输出信息、运用环境信息(运行温度及供电电源检测)及运行辅助信息(列车运行定位及状态)。本发明则将全面记录涉及机车信号工作的所有信息。
3.提供多种工作模式供用户选择根据维护目的和要求的不同，在不同情况下，机车信号维护人员需要了解的信息是有区别的。本发明在系统设计中，提供了多种工作模式的选择，便于现场使用。
4.异常信息数据的及时传递本发明将提供通过无线公用通信网实现机车信号状态信息中异常信息实时传递的手段。
本发明的目的可以通过以下措施来达到一种通用式机车信号数据记录器，由记录器和无线通信模块构成，其记录器构成如下中央处理模块由中央处理器、数据存储器、温度传感器、总线驱动器构成，其外围连接有①输入的接受线圈信号采集部分；②接收机车运行辅助信息的串行接口；③光藕隔离的电平开关量的隔离输入部分；④时钟芯片；⑤保存关键信息的数据保存部分；⑥存储信息的存储CF卡；⑦传送异常信息的无线通信功能模块；⑧存储卡接口及无线通信接口；⑨监督复位电路；⑩设定工作模式的模式选择电路。
该记录器的车载记录板设有插拔CF卡的插座。
本发明相比现有技术具有如下优点通用式机车信号数据记录器实现了对机车信号运行数据全面、客观、真实的记录，提供方便快捷的数据查询和分析手段，为机车信号技术维护人员提供透彻了解机车信号运行状态、及时准确查找机车信号异常与故障原因的技术手段。发明的效果体现在以下几点1.提供了多达8种数据记录模式所谓模式选择指记录器的车载部分可根据用户的需要设置成不同的工作模式，通过调整电路板上的设置端子，记录器的车载部分程序的波形记录部分可以工作在设定的工作模式，以满足使用者不同的使用目的。
2.应用大容量CF(Compact Flash Card)卡作为信息存储介质，解决了大容量数据存储与传输问题，保证了数据记录的全面性、真实性和可靠性在本记录器设计中，记录信息有四类机车信号的各类输入信息、各类输出信息、运用环境信息(运行温度及供电电源检测)及运行辅助信息输入信息，在四类信息中最难处理的是机车信号的各类输入信息类中的接收线圈信号，目前，接收线圈接收的有效信号的最高频率为2.7KHZ，如果需要采样记录则采样率至少5.4KHZ，实际工程应用时则应考虑更高的采样率，如8KHZ的采样率，一秒的采样数据就达到8000点，占用16000个字节的数据空间，则一小时的数据量就已经达到57.6M个字节，。如果记录器车载部分的数据空间采用一般非移动数据芯片组，那么不仅硬件开销十分庞大，而且这些芯片组因无法任意移动至地面处理系统读取，因此必须设计数据转储器。而数据的转储必须依赖数据的通信。由于受数据载体的数据读取速度所限，加上考虑数据搜索的程序指令周期的花费，目前能实现的数据转储速率较低，对于大数据量采用转储操作会消耗相当长的时间，产生工作效率低下的问题。另外，在铁路现场机车上的恶劣应用环境条件下，长时间的转储工作将对操作人员的身心产生危害。而采用CF卡作数据存储介质不仅低成本地解决了大数据量的存储问题，而且CF卡是为移动类的电子产品作外扩存储介质设计的，体积小巧，易于插拔。记录器车载部分采用CF卡作数据存储介质后，使用者需要取得数据时，只需拔卡送至地面处理系统就实现了所有信息数据的转移，这种操作方式整个过程消耗的时间可以短至数秒。应用大容量CF卡作为信息存储介质，解决大容量数据存储的问题，是通用式机车信号数据记录及处理技术领域的首创。
3.应用公共无线通信网络(GSM)进行机车信号动态信息数据传输的技术实现了机车信号运行状态异常信息的及时传输通过公用GSM网络将机车信号运行状态的关键信息及时传输给地面监控中心，不必等机车完成运行回库维护人员就能及时了解异常情况并尽快采取措施，避免机车信号长时间带故障运行。应用公共无线通信网络进行机车信号动态信息数据传输的技术在通用式机车信号数据记录及处理技术领域是首创。
4.运用温度传感器对机车信号主机内部工作温度记录的技术机车信号主机的内工作温度是重要的指标，它与机车信号系统的可靠性预测，判断主机软故障密切相关。在本设计中采用在记录器车载电路板上表贴温度传感器芯片的设计测量主机内温度，通过试验测量与环境温度的经验差值，还可以间接得到机车信号主机的运用的环境温度的估计值。
图1.通用式机车信号数据记录器原理框图；图2.机车信号数据记录器与外部设备的连接的方框图。
具体实施例请参考图1通用式机车信号数据记录器原理框图，该通用式机车信号数据记录器由记录器和无线通信模块构成，其记录器构成如下(1)中央处理模块由中央处理器、数据存储器、温度传感器、总线驱动器构成。为测量车信号主机的内工作温度采用在中央处理模块贴装温度传感器测量主机内温度，通过试验测量与环境温度的经验差值，还可间接得到机车信号主机的运用的环境温度；为保证总线驱动能力，提高总线的可靠性，中央处理器的数据地址总线都经过驱动器驱动。
(2)信号采集完成对接收线圈信号波形的采集和模数变换，它由光电隔离输入接口，信号适配及模数转换电路组成。接收的波形首先通过光电隔离输入(线性光藕)，经过信号适配电路后由模数转换进行高速采样后通过同步串口送到中央处理模块读取。
(3)串行接口目前机车的运行定位信息的发布均来自机车配装的信息发布装置(TAX2箱)，数据传输的接口是串行RS485，记录器车载记录板设计了相应的串行485，接收记录了机车运行辅助信息，包括机车当前车次、时间、机车号码、正副司机工号、机车运行速度、机车经过的地面线路公里标及车站代码等，串行接口数据直接送到中央处理模块进行接收处理。
(4)隔离输入为避免信号采集对机车信号的原电气特性的影响，记录器车载记录板的采集接口设计成高阻光藕隔离电路。采集的信号有灯位输出、速度等级、绝缘节、制式、上下行及备用等共计24路电平开关量信号。这些信号经高阻光藕隔离电路后送到数据总线上，由中央处理模块进行读取处理。
(5)时钟芯片记录数据提供时间坐标。由中央处理模块进行读取并与采集信号共同形成数据帧。
(6)数据保存中央处理模块为保存记录板断电上电时间、故障代码、非法的拔卡标记、记录文件地址索引等关键数据，采用非易失性存储芯片存储这些数据，它具有掉电不失的特性。这些数据在进行拔卡操作的时刻被中央处理模块记入CF卡的特定区域，为CF卡在地面处理系统的读取操作提供索引，为记录板的运行故障提供维修依据，还可以在异常情况下，特别是运行过程中发生非法的操作(如被盗)提供必要的线索。
(7)存储卡记录器应用大容量CF卡作为实时信息大容量存储介质的技术，记录数据采用磁盘格式文件系统，使地面处理系统对记录数据文件的读取非常容易，并具有良好的系统兼容性。记录器的车载记录板焊接卡座，卡座的设计具有为实现CF卡插拔而设计的机械结构。采用CF卡作数据存储介质低成本地解决了大数据量的存储问题，且CF卡是为移动类的电子产品作外扩存储介质设计的，使用者需要取得数据时，只需拔卡送至地面处理系统就实现了所有信息数据的转移。
(8)无线通信功能模块机车信号运行关键信息数据传输是通过设计无线通信功能模块(GSM模块)插接在记录器车载电路板上实现的。当记录板检测到掉灯、灭灯等关键信息时，可以利用无线通信功能模块(GSM模块)通过GSM网发送到地面监控工作站。
(9)存储卡接口及无线通信接口存储卡接口无线通信接口和存储卡接口控制器使用可编程逻辑器件。主要完成构建中央处理模块与无线通信功能模块的通信数据交换的端口地址，实现中央处理模块对存储卡读写操作的硬件连接。
(10)监督复位为了解决系统软件运行异常、死机时的复位。记录器设计了监督复位电路。中央处理模块在正常工作时向监督复位电路提供脉冲，如果动态信号出现大于1.6秒的固零固一时监督复位产生对主芯片的复位信号，这样可防止系统程序运行的飞逸或死机。
(11)模式选择所谓模式选择指记录板可根据用户的需要，通过调整电路板上的设置端子，记录器的车载部分程序的波形记录部分可以工作在设定的工作模式，设置端子的电平组合通过连中央处理模块数据总线读入。
(12)电源转换记录器板电源输入设置单独的电源保险，电源转换模块设计使用隔离变换模块输出5V给主机板供电，由第二级隔离模块变换±5V供接收线圈采集的光电隔离输入接口及模数转换电路使用。
本记录器使用时与外部设备连接如下请参考图2机车信号数据记录器与外部设备的连接的方框图，该记录器外连接有信息发布装置(TAX2箱)、机车信号接收线圈、机车信号显示器、TAX2箱及GSM天线。记录器以插件形式插入机车信号主机内，记录接收线圈接收信号和机车信号显示器输出信号，通过TAX2箱接收机车运行辅助信息，进行数据记录，通过记录器上的无线通信功能模块和GSM天线连接，实现异常数据的发送和与地面系统的信息交换。
下面以数字量信号的“灯位输出”说明该记录器数字量信号的“灯位输出”采集和存储过程关于数字量信号的“灯位输出”采集和存储过程，以如下流程说明。记录器在数字量信号的“灯位输出”采集和存储过程中首先从“信号采集”接口对灯位信号进行两次采样(中央处理模块流程和信号采集部分)，并把采集数据送入中央处理模块进行比较，如不一致则重新通过“信号采集”接口对灯位信号进行数据采集，两次数据一致则中央处理模块确认数据是正确的(串行接口部分)。下一步从“时钟芯片”读取此刻的年、月、日、时、分、秒数据信息(隔离输入部分)。下一步从”串行接口”读取机车号码、正副司机工号、机车运行速度、机车经过的地面线路公里标及车站代码等数据(时钟芯片部分)。经过上述流程形成的数据送在中央处理模块进行接收处理，形成一定格式的数据帧存入“数据保存”区进行缓存(数据保存部分)。判断CF卡是否允许进行数据的写入操作(存储卡部分)，如允许则将“数据保存”区数据帧写入CF卡(无线通信功能模块部分)。数据帧写入CF卡后，需进行地址计算，写入“数据保存”区进行保存(储卡接口及无线通信接口部分)。
该通用式机车信号数据记录器能够全面、客观、真实地记录与通用式机车信号运行相关的接收线圈信号、机车信号输出信息、环境信息以及列车位置和运行状况等数据，为机车信号技术维护人员透彻了解机车信号运行状态、及时准确查找机车信号异常与故障原因提供了方便快捷的技术手段。
权利要求
1.一种通用式机车信号数据记录器，由记录器和无线通信模块构成，其特征在于其记录器构成如下中央处理模块由中央处理器、数据存储器、温度传感器、总线驱动器构成，其外围连接有①输入的接受线圈信号采集部分；②接收机车运行辅助信息的串行接口；③光藕隔离的电平开关量的隔离输入部分；④时钟芯片；⑤保存关键信息的数据保存部分；⑥存储信息的存储CF卡；⑦传送异常信息的无线通信功能模块；⑧存储卡接口及无线通信接口；⑨监督复位电路；⑩设定工作模式的模式选择电路。
2.如权利要求1所述的通用式机车信号数据记录器，其特征在于该记录器的车载记录板设有插拔CF卡的插座。
全文摘要
本发明涉及一种通用式机车信号数据记录器，该记录器由中央处理模块，外围连接有信号采集部分、串行接口、隔离输入部分、时钟芯片、数据保存部分、存储卡、无线通信功能模块、存储卡接口及无线通信接口、复位电路、模式选择部分构成。信号采集部分、串行接口、隔离输入分别输入接收线圈信号、辅助信息、数字量信号，经中央处理模块处理后，储存并将异常信息通过无线通信功能模块发送至地面监控工作站。该记录器可真实地记录与通用式机车信号运行相关的接收线圈信号、机车信号输出信息、环境信息以及列车位置和运行状况等数据，为机车信号技术维护人员透彻了解机车信号运行状态、及时准确查找机车信号异常与故障原因提供了方便快捷的技术手段。
文档编号B61L23/04GK1491843SQ03157460
公开日2004年4月28日 申请日期2003年9月22日 优先权日2003年9月22日
发明者徐迅, 赵林海, 赵明, 赵胜凯, 赵明 赵胜凯, 徐 迅 申请人:北京交大思诺科技有限公司