石 瓊

（中國人民解放軍理工大學(xué) 理學(xué)院，南京 211101）

鐵路無人值守中間站通信機房是安裝鐵路運輸通信設(shè)備和鐵通骨干傳輸中繼設(shè)備的重要場所。該機房安裝的紅外線軸溫探測系統(tǒng)，能自動檢測各類運行列車車輛的熱軸故障，自動測量軸數(shù)、車輛數(shù)和車速。該系統(tǒng)的正常運行，對鐵路運行安全性的保障至關(guān)重要[1]。

通過對廣鐵懷化車務(wù)段中間站通信機房進行實地考察發(fā)現(xiàn)，該鐵路局段目前配置的紅外線軸溫探測系統(tǒng)一般分為“國產(chǎn)機”和“美國機”。其中“國產(chǎn)機”在雷雨天氣，機房遭受雷擊時，系統(tǒng)會出現(xiàn)死機現(xiàn)象，需要工作人員趕赴野外機房站點進行人工重新啟動，系統(tǒng)才能正常工作。由于該鐵路局段地處湘西山區(qū)，野外地形復(fù)雜，交通非常不便，系統(tǒng)重新啟動極為不便，且耗時較長，將給鐵路運行安全帶來隱患。

針對以上問題，廣鐵懷化車務(wù)段提出了設(shè)計通信機房紅外線軸溫探測系統(tǒng)遠程復(fù)位系統(tǒng)的需求，系統(tǒng)要求具有遠程復(fù)位功能、語音提示功能、一路小信號和機房電壓檢測功能、機房停電來電處理功能等。

1 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

來電處理模塊是一個小型電話系統(tǒng)，它負責(zé)整個系統(tǒng)與機務(wù)中心的聯(lián)系，完成振鈴檢測、自動摘掛機、控制命令解碼和操作提示語音的傳輸?shù)裙δ?。停電處理模塊保證機房停電時，該模塊從電話線取電，自動獨立完成振鈴檢測、自動摘掛機功能，并產(chǎn)生、回傳特定頻率信號告知工作人員機房為停電狀態(tài)。語音處理模塊存儲預(yù)先錄制的語音信號，用于提醒工作人員操作步驟。信號檢測完成一路75 mv、1 kHz～4 kHz的調(diào)頻信號的檢測，以及檢測機房兩路電壓：直流48 V和交流220 V?？刂破魍瓿杉t外軸溫探測系統(tǒng)的重啟工作?？刂浦行膮f(xié)調(diào)和控制各部分順利工作。由于系統(tǒng)在野外機房工作，環(huán)境因素比較復(fù)雜，其中停電處理模塊、信號檢測模塊采用離散元件構(gòu)建，對抗干擾的要求將比較高，因此是本設(shè)計中需要反復(fù)調(diào)試和測試的部分，也是硬件設(shè)計的重點和難點。

2 硬件設(shè)計

根據(jù)機房供電正常與否，系統(tǒng)的硬件設(shè)計從機房供電正常時遠程復(fù)位與檢測部分和機房停電時來電處理部分兩部分討論。

2.1 遠程復(fù)位與檢測

遠程復(fù)位與檢測部分硬件連接如圖2。處理器采用AT89C51，協(xié)調(diào)各部分工作。

圖2 遠程復(fù)位與檢測硬件連接圖

由于系統(tǒng)工作于野外，工作環(huán)境惡劣，噪聲和干擾比較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的離散的模擬電路的設(shè)計往往不可靠，因此采用模擬電話接口模塊PH8810負責(zé)系統(tǒng)的振鈴檢測、摘掛機等工作，該模塊采用電子耦合技術(shù)，沒有使用繼電器及音頻耦合變壓器器件，且采用屏蔽封裝，對外界的噪聲和干擾有較理想的抵抗能力[2]。提示車務(wù)段工作人員操作系統(tǒng)的提示語音采用單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路ISD1700來實現(xiàn)，通過SPI協(xié)議模式與單片機AT89C51接口，電路簡單，錄放操作靈活，音質(zhì)失真極小[3]。為了確保機房紅外線工作的安全性，系統(tǒng)采用了2套密碼保護設(shè)計：電話撥入摘機時，下一步操作的密碼確認和復(fù)位紅外線軸溫探測系統(tǒng)操作前的密碼確認。同時，為確保系統(tǒng)復(fù)位操作順利完成，控制的復(fù)位繼電器采用并行的雙繼電器方式設(shè)計。對75 mv、1 kHz～4 kHz的調(diào)頻信號的檢測電路如圖3，經(jīng)過現(xiàn)場多次調(diào)試，選擇元件合適參數(shù)，采用抗干擾技術(shù)合理布置PCB板，并安裝長時間運行檢測，該電路能實時檢測出該信號是否存在，且工作穩(wěn)定。

2.2 停電處理模塊

當(dāng)機房停電而車務(wù)段撥入電話時，要求系統(tǒng)能自動接掛電話，并以一定的方式通知操作人員機房目前處于停電狀況，這就要求設(shè)計一個獨立工作的自供電的電話模塊。

基于具有超低功耗（10 μW）、寬壓（3 V-15 V）工作和高的噪聲抑制能力（0.45 VDD）等特點的10進制計數(shù)器CMOS芯片CD4017，設(shè)計了一個數(shù)字式自供電電話模塊，電路如圖4。該模塊由電話線取電供電，能自動摘掛機，并能向電話線發(fā)出一特定語音信號。

當(dāng)有電話呼入時，由U1、U2、D1、D2等組成的振鈴檢測、波形整形電路把一次完整的振鈴信號整成CD4017能識別的計數(shù)脈沖[4~5]，等計數(shù)達到預(yù)置振鈴次數(shù)（8次）后，CD4017引腳11輸出高電平，Q2、Q1導(dǎo)通，完成摘機，并使CD40106構(gòu)成的單穩(wěn)電路工作，同時從CD40106產(chǎn)生一頻率信號通過Q3、Q1送到電話線，在單穩(wěn)脈沖信號的下降沿觸發(fā)計數(shù)器CD4017復(fù)位，CD4017引腳11輸出低電平，Q2、Q1截止，完成掛機。

在電話線接口到電話機連線為2 m的條件下使用，發(fā)現(xiàn)在不接入該模塊前，電話線電壓分別為：掛機狀態(tài) 50 V，摘機狀態(tài)9 V；模塊接入后，電話線電壓分別為：掛機狀態(tài)47 V，摘機狀態(tài)6.8 V，且模塊工作穩(wěn)定，可靠。模塊符合使用要求。

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要由ISD1700讀/寫、CAT24C02讀/寫、系統(tǒng)控制等部分組成，程序流程如圖5。

圖5 程序流程圖

系統(tǒng)初始化后在等待檢測電話振鈴并計數(shù)的過程中，完成對小信號的狀態(tài)定時更新，確保該信息最新。當(dāng)計數(shù)到預(yù)置振鈴次數(shù)后，響應(yīng)中斷，如果密碼輸入正確，設(shè)置有電話撥入標志，出中斷，并根據(jù)PH8810解碼的操作數(shù)進行復(fù)位、回傳信號狀態(tài)信息等操作；如果密碼輸入錯誤，直接掛機。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)的應(yīng)用將縮短機房紅外線軸溫探測系統(tǒng)因雷電死機到恢復(fù)正常工作的時間，從一定程度上將減輕技術(shù)工程師的勞動量，并能及時發(fā)現(xiàn)機房供電故障、通訊信號故障來源，取得主動的維修時間，從而提高維護工作效率，減輕勞動強度，更好地保障了列車行車安全，從安全中獲得效益。

[1]陳 巖. 紅外線機房設(shè)備狀態(tài)與環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[J]. 哈爾濱鐵道科技，2005（8）：5-7.

[2]王 勇，林 林. 電話接口模塊PH8810在電話遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（5）：119-120.

[3]張常年，王振紅，李 洋. ISD-4004語音芯片的工作原理及在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 國外電子元器件，2002（2）：20-23.

[4]張一哲，楊曉晴，李曉娟. 基于公眾電話網(wǎng)的住宅遠程智能報警和遙控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 低壓電器，2007，6（2）：14-15.