一种列车自动防护系统远程监测装置及方法与流程

本发明属于轨道交通领域，特别涉及一种列车自动防护系统远程监测装置及方法。

背景技术：

当前既有300t等atp系统的记录数据主要存在于各功能单元模块、司法记录单元中。每个功能单元模块内部有1片256kbeeprom循环存储记录，通过串口接收命令输出记录数据。司法记录单元通过u盘转存内部记录数据。发生故障待车回库后，需人工使用电脑通过串口下载各功能单元模块数据和使用u盘下载司法记录单元数据，分析判断故障原因。

当前，列车自动防护系统(atp)内各设备都是将各自运行日志文件保存在自己的记录模块中，每次都需要人工上车通过u盘或数据线下载，下载不方便、不及时、效率低。对于系统电源、输入输出接口，当前并无监测，无法确认由于这些接口受到干扰引起的设备故障。

因此，需要一种装置及方法来自动读取和下载列车自动防护系统(atp)内各设备各自运行记录数据。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明设计一种用于列车自动防护系统的远程监测装置，所述装置包括数据读取接口和数据采集接口，

所述数据读取接口包括串口读取接口和usb读取接口，其中，

所述串口读取接口，用于实现与atp功能单元模块之间的数据传输；

所述usb读取接口，用于实现与usb数据下载接口之间的数据传输；

所述数据采集接口，用于实现与供电电源采集电路、总线采集电路、输入输出信号采集电路和/或速传/雷达脉冲采集电路之间的数据传输。

优选的，所述串口读取接口包括数据接收接口和数据发送接口；

所述数据接收接口，用于将atp功能单元模块的记录数据通过第一接收芯片传输至所述数据读取接口；

所述数据发送接口，用于所述远程监测装置将下载命令通过发送芯片传输至所述atp功能单元模块。

优选的，所述数据读取接口包括第一串接电阻、第一防护电路、第一接收芯片和第一隔离电路；

所述第一串接电阻依次串联所述第一防护电路、所述第一接收芯片和所述第一隔离电路；

所述数据发送接口包括第二串接电阻、第二防护电路、发送芯片和第二隔离电路；

所述第二隔离电路依次串联所述发送芯片、所述第二防护电路和所述第二串接电阻。

优选的，所述数据发送接口还包括看门狗电路，所述看门狗电路输入端与第二隔离电路串联，所述看门狗电路输出端与所述发送芯片的发送使能控制引脚连接；

所述看门狗单元，用于通过频率判断远程监测装置的处理器是否工作正常；

若引脚频率在设置范围之内时，所述看门狗电路不禁止所述发送芯片输出；

若引脚频率不在设置范围之内时，所述看门狗电路关闭发送芯片输出。

优选的，所述usb读取接口，能够通过所述usb数据接收接口接收司法记录单元、应答器传输单元和/或轨道电路信息接收单元的记录数据；

所述usb数据下载接口与所述usb读取接口连接。

优选的，所述供电电源采集电路包括保险单元、第三防护电路、变压器和第一采集电路；

所述保险单元设置为保险丝、第三串接电阻中的一种或多种；

所述保险单元一端与第三防护电路输入端连接，所述第三防护电路输出端与所述变压器一次侧串联，所述变压器二次侧与所述第一采集电路串联。

优选的，所述总线采集电路，能够将所述总线数据单向发送处理器；

所述总线采集电路包括第三串接电阻、第四防护电路、第二接收芯片和第三隔离电路；

所述第三串接电阻一端与第四防护电路一端串联，所述第四防护电路另一端与所述第二接收芯片输入端串联，所述第二接收芯片输出端与所述第三隔离电路连接。

优选的，所述输入输出信号采集电路和速传/雷达脉冲采集电路，用于通过电流传感器检测工作线缆中的电流；

所述传感器输出端与第二采集电路连接。

本发明还提供一种利用上述远程监测装置进行监测的方法，包括以下步骤：

通过数据读取接口读取atp功能单元模块和usb读取接口的数据；

通过数据采集接口采集供电电源采集电路、总线采集电路、输入输出信号采集电路和速传/雷达脉冲采集电路的数据；

将读取和采集的数据发送至地面服务器。

优选的，远程监测装置通过串口发送下载命令后，所述atp功能单元模块输出记录数据；

所述处理器通过带有发送使能控制的发送芯片发送命令给atp功能单元模块，看门狗电路通过频率判断远程监测装置的处理器是否工作正常；

根据判断结果，执行以下步骤：

若引脚频率在设置范围之内时，所述看门狗电路不禁止所述发送芯片输出；

若引脚频率不在设置范围之内时，所述看门狗电路关闭发送芯片输出。

本发明的技术效果：本发明通过自动读取atp功能单元模块、司法记录单元、应答器传输单元以及轨道电路信息接收单元的记录数据，以及自动采集供电电源采集电路、总线采集电路、输入输出信息采集电路和速传/雷达脉冲信号采集电路的数据，将读取和采集的数据整合后，通过无线通信网络发送给地面服务器，实现对atp系统的数据自动下载，同时采集数据更全面。通过远程监测装置采集的数据，提供了工作效率，对列车运行状态进行实时监测，通过全面的数据分析，对系统故障诊断定位更准确、更智能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的整体数据传输流程图；

图2示出了本发明实施例的串口电路结构示意图；

图3示出了本发明实施例的看门狗电路使能控制的电路示意图；

图4示出了本发明实施例的供电电源采集电路示意图；

图5示出了本发明实施例的总线采集电路示意图；

图6示出了本发明实施例的采集电路的线缆检测示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1示出了本发明实施例的整体数据传输流程图。如图1所示，本发明提供一种用于列车自动防护系统远程监测装置，包括数据读取接口、数据采集接口和处理器；

数据读取接口和数据采集接口均处于处理器上，处理器通过数据读取接口外接atp功能单元模块、司法记录单元、应答器传输单元以及轨道电路信息接收单元，从而处理器能够通过数据读取接口读取atp功能单元模块、司法记录单元、应答器传输单元以及轨道电路信息接收单元的记录数据；处理器通过数据采集接口外接供电电源采集电路、总线采集电路、输入输出信号采集电路和速传/雷达脉冲采集电路，从而处理器能够通过数据采集接口采集工作线缆中的数据。处理器对接收和采集的数据进行综合整理，然后将整理后的数据传送至地面服务器。

处理器与外接设备连接时，可以通过线路连接的方式将外接设备连接在处理器上，进而处理器能够通过线路完全收集外接设备的数据。其中，处理器收集的数据进行适当分类，其中，包括atp功能单元模块的记录数据、通过usb接口连接的记录数据、atp供电电压的数据、总线采集电路的数据以及工作线缆测量的数据等。

处理器将接收的数据进行整合，将数据传输给地面服务器。其中，传输方式包括wifi、4g、5g通信网络和/或mit设备(铁路统一传输平台)，将数据发送至地面服务器。wifi、4g、5g通信网络或mit设备对整合的数据进行传输时，需要保证数据传输的持续性，即对整合的数据进行传输时，需要将整合的数据进行实时传输，避免因网络波动造成数据传输失败的状况，并且实时传输也能避免数据错误的状况。

atp功能单元模块、司法记录单元、应答器传输单元以及轨道电路信息接收单元通过数据读取接口与远程监测装置连接。其中，数据读取接口包括串口读取接口和usb读取接口。

远程监测装置与atp功能单元模块通过串口读取接口连接，方便处理器读取atp功能单元模块记录数据；

图2示出了本发明实施例的串口电路结构示意图。如图2所示，atp功能单元模块输出记录数据接口为串口，远程监测装置通过串口发送下载命令后，atp功能单元模块输出记录数据，此时atp功能单元模块内部的记录数据通过数据读取接口传输到远程监测装置的rx(接收端)。

串口读取接口包括数据接收接口和数据发送接口，其中，数据接收接口，用于将atp功能单元模块的记录数据通过第一接收芯片传输至所述数据读取接口；数据发送接口，用于远程监测装置将下载命令通过发送芯片传输至所述atp功能单元模块。

数据接收接口包括第一串接电阻、第一防护电路、第一接收芯片和第一隔离电路，第一串接电阻依次串联第一防护电路、第一接收芯片和第一隔离电路。atp功能单元模块输出端与第一串接电阻连接，第一隔离电路输出端与数据读取接口连接。

数据发送接口包括第二串接电阻、第二防护电路、发送芯片和第二隔离电路，第二隔离电路依次串联发送芯片、第二防护电路和第二串接电阻。第二串接电阻与atp功能单元模块输入端连接，第二隔离电路输入端与数据读取接口连接。

第一串接电阻和第二串接电阻的阻值能够避免工作线缆中的电流数据过大，第一串接电阻和第二串接电阻的高阻值保证后端电路短路故障后不会影响总线通信质量。

远程监测装置的tx(发射端)和tx_en(发送使能端)通过第二隔离电路，实现所述串口读取接口与atp功能单元模块之间的信号隔离，避免信号相互干扰。第二隔离电路输出端设置有发送芯片，并在发送使能端设置有看门狗电路对发送芯片引脚的信息传输进行限制，发送芯片的输出端设置有第二防护电路。使用看门狗电路对发送芯片的功能管脚进行控制，只有tx_en(发送使能)输出为一定频率信号时，才使能发送芯片发送数据，否则看门狗电路关闭发送芯片发送功能，以防止远程监测装置工作异常时，会向atp功能单元模块发送大量无用数据。

atp功能单元模块的第一串接电阻串联第一防护电路，第二串接电阻串联第二防护电路，第一防护电路和第二防护电路实现过压、过流防护，数据读取接口的记录数据依次通过第一串接电阻、第一防护电路、第一接收芯片、第一隔离电路，然后进入远程监测装置的rx(接收端)。

图3示出了本发明实施例的看门狗电路使能控制的电路示意图。如图3所示，看门狗电路能够根据信号频率来选择输入数据是否发送。

处理器发送的数据经过发送芯片输出，发送芯片具有输出使能控制引脚，当该引脚输入为高电平时，将输入数据发送出去；当该引脚为低电平时，将关闭输出，输出为高组态，从而不会将数据发送出去。

若引脚频率为高电平时，看门狗电路不限制所述记录数据；

若引脚频率为低电平时，看门狗电路关闭输出。

处理器发送数据：向看门狗电路发送满足频率范围的信号，使看门狗电路数据输出使能控制为高电平，从而发送芯片向处理器发送数据。

当处理器上运行的软件异常(比如程序跑飞)时，从而软件向发送芯片输出不可控数据，软件异常后，处理器不能向看门狗电路输入有规律的频率信号，看门狗输出低电平，关闭发送芯片输出，从而限制处理器发送杂乱数据给atp功能单元模块。

图1中，处理器与usb数据下载接口通过usb读取接口连接，方便处理器读取usb数据下载接口的记录数据；

usb数据下载接口为司法记录单元、应答器传输单元和轨道电路信息接收单元的数据接口，进而司法记录单元、应答器传输单元和轨道电路信息接收单元通过usb数据下载接口与数据读取接口连接，从而处理器通过数据读取接口与usb数据下载接口连接。远程监测装置设置为数据接收器时，即将数据接收器的插口与usb数据下载接口连接，对司法记录单元、应答器传输单元和轨道电路信息接收单元内部记录数据进行接收。

数据接收器usb接口工作在device模式，模拟为u盘存储器件。即当所述数据接收器与司法记录单元、应答器传输单元和轨道电路信息接收单元连接时，所述数据接收器将被司法记录单元、应答器传输单元和轨道电路信息接收单元识别为u盘，从而将司法记录单元、应答器传输单元和轨道电路信息接收单元内部记录数据发送给数据接收器。

供电电源输入端设置有保险单元，保险单元设置为保险丝、第三串接电阻中的一种或多种。图4示出了本发明实施例的供电电源采集电路示意图。如图4所示，供电电源采集电路包括保险单元、第三防护电路、变压器和第一采集电路。

供电电源采集电路采集atp系统供电电源电压，在供电电源输入端，采用保险单元对电路进行保护，第三串接电阻的阻值应足够大，以保证在后端电路短路故障后呈现高阻抗，当电路中电流过大时，保险丝会熔断，以防止后端电路短路故障影响。第三防护电路实现过压防护，采用变压器对输入电压进行隔离，减小供电电源与采集电路之间的相互影响。

处理器通过数据采集接口单向接收总线采集电路的总线数据，并对总线数据进行存储，对总线数据进行存储方式为：

(1)每种总线数据按时间片(比如每小时(数据量)或每十分钟(数据量)存储为一个文件)，每天的总线数据存储在一个文件夹内。

(2)当设备存储空间快满时，从时间最久的总线数据开始删除，直至可用存储空间满足阈值，阈值为一个文件夹的最大内存。

处理器通过数据采集接口单向接收总线采集电路的总线数据，若处理器通过数据采集接口向总线发送总线数据时，发送的总线数据会与接收的总线数据产生冲突，进而影响数据采集接口的正常运行。

图5示出了本发明实施例的总线采集电路示意图。如图5所示，数据采集接口单向接收总线采集电路的总线数据，通过带有接收功能的第二接收芯片或带有发送使能功能的第二接收芯片。

总线采集电路包括第三串接电阻、第四防护电路、第二接收芯片和第三隔离电路。在信号线输入端口串联第三串接电阻，利用第三串接电阻的高阻值对后端电路短路故障进行保护，从而保证总线的通信顺畅，第四防护电路实现过压防护，第二接收芯片输出端连接第三隔离电路，其中，第三隔离电路用于隔离所述采集电路的电流信息与所述总线数据信息，减小所述总线数据与所述电流信息的相互影响。

图6示出了本发明实施例的采集电路的线缆检测示意图。如图6所示，输入输出信号采集电路和速传/雷达脉冲采集电路采用非接触式电流传感器(霍尔传感器)对信号进行检测，并通过第二采集电路对检测信号进行采集，通过第二采集电路采集工作线缆上电流的大小以判断工作线缆的逻辑变化，进而计算出脉冲数量。比如，当工作线缆中的电流由小变大时，认为工作线缆中有一个脉冲过程。

其中，非接触式传感器采集工作线缆电流：当工作线缆上的信号为高电平时，工作线缆上通过的电流比较大，当工作线缆上的信号为低电平时，工作线缆上通过的电流比较小甚至为零。通过非接触式传感器采集工作线缆电流时，通过电流大小判断工作线缆上信号的逻辑状态(高电平或低电平)。

本发明还提供一种利用远程监测装置进行监测的方法，包括以下步骤：

通过数据读取接口读取atp功能单元模块和usb读取接口的数据；

通过数据采集接口采集供电电源采集电路、总线采集电路、输入输出信号采集电路和速传/雷达脉冲采集电路的数据；

将读取和采集的数据发送至地面服务器。

数据读取接口和数据采集接口均处于处理器上，处理器通过数据读取接口和数据采集接口外接atp设备，从而处理器能够通过数据读取接口和数据采集接口接收外接atp设备的数据。处理器对接收的数据进行综合整理，然后将整理后的数据传送至地面服务器。

远程监测装置通过串口发送下载命令后，所述atp功能单元模块输出记录数据；

所述处理器通过带有发送使能控制的发送芯片发送命令给atp功能单元模块，看门狗电路通过频率判断远程监测装置的处理器是否工作正常；

根据判断结果，执行以下步骤：

若引脚频率在设置范围之内时，所述看门狗电路不禁止所述发送芯片输出；

若引脚频率不在设置范围之内时，所述看门狗电路关闭发送芯片输出。

当处理器上运行的软件异常(比如程序跑飞)时，存在向发送芯片输出不可控数据的风险。此时，处理器不能向看门狗电路输入有规律的频率信号，看门狗输出低电平，关闭发送芯片输出，从而限制处理器发送杂乱数据给atp功能单元模块。

本发明通过自动读取atp功能单元模块、司法记录单元、应答器传输单元以及轨道电路信息接收单元的记录数据，以及自动采集供电电源采集电路、总线采集电路、输入输出信息采集电路和速传/雷达脉冲信号采集电路的数据，将读取和采集的数据整合后，通过无线通信网络发送给地面服务器，实现对atp系统的数据自动下载，同时采集数据更全面。通过远程监测装置采集的数据，提供了工作效率，对列车运行状态进行实时监测，通过全面的数据分析，对系统故障诊断定位更准确、更智能。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。