周瑩 聶富春 李容
摘 要:隨著我國高速鐵路的發(fā)展,應(yīng)答器系統(tǒng)已在鐵路線路上得到了廣泛應(yīng)用,極大地提高了我國軌道交通運輸?shù)陌踩院瓦\輸效率。但在日常教育教學(xué)過程中,由于實驗場地的限制,無法實際接觸并且操作設(shè)備,學(xué)習(xí)者只通過理論知識的學(xué)習(xí),無法熟練掌握設(shè)備的原理,也不能很好地對設(shè)備進行維護維修。因此,文章通過對應(yīng)答器工作原理的綜合分析,同時利用安卓手機NFC功能模擬實際設(shè)備的信息接收,設(shè)計出無源應(yīng)答器仿真系統(tǒng),并將此系統(tǒng)運用于日常教學(xué)中,旨在讓學(xué)習(xí)者更好地學(xué)習(xí)應(yīng)答器相關(guān)知識,掌握應(yīng)答器的工作原理和基本參數(shù),為鐵路行業(yè)輸出更多專業(yè)性人才。
關(guān)鍵詞:無源應(yīng)答器;NFC;仿真系統(tǒng)
1 應(yīng)答器的發(fā)展趨勢
我國鐵路專用應(yīng)答器標(biāo)準參照歐洲應(yīng)答器技術(shù)標(biāo)準。隨著我國高速鐵路的發(fā)展和進步,應(yīng)答器在鐵路運行控制系統(tǒng)中的運用越來越普遍,需求也不斷地增加。目前,由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及,應(yīng)答器的內(nèi)部程序經(jīng)多次改良和編譯后,不僅優(yōu)化了報文編碼,還具有讀寫功能,性能也更加智能化,為鐵路運營的安全可靠提供了極大的保障[1]。因此,鐵路信號系統(tǒng)的自動化控制離不開應(yīng)答器的發(fā)展,對應(yīng)答器的相關(guān)研究也勢在必行。
2 針對目前教育教學(xué)要求
隨著應(yīng)答器在我國高速鐵路運行中的使用越來越頻繁,作為鐵路信號工作人員而言,掌握應(yīng)答器的工作原理與參數(shù),能很好地完成應(yīng)答器設(shè)備的維護與檢修,這是對鐵路信號工作人員業(yè)務(wù)的考驗,更是對鐵路院校教育教學(xué)的考驗。由于應(yīng)答器在實際應(yīng)用中,對場地條件有著一定要求,但在人才培養(yǎng)過程中,學(xué)校資源、環(huán)境有限,無法向?qū)W習(xí)者提供相應(yīng)的應(yīng)答器設(shè)備,造成了學(xué)習(xí)者對相關(guān)知識理解困難,比如:應(yīng)答器工作原理;標(biāo)準的維護方法和檢測等內(nèi)容[2]。因此,設(shè)計應(yīng)答器仿真系統(tǒng),模擬實際應(yīng)答器工作狀態(tài),為學(xué)習(xí)者提供了模擬實驗設(shè)備,同時解決了學(xué)院場地受限的狀況,經(jīng)濟實用,性能可靠。
3 無源應(yīng)答器仿真設(shè)計
3.1 無源應(yīng)答器的工作原理
無源應(yīng)答器又稱固定應(yīng)答器,本身不具有電源,只有當(dāng)查詢其位于耦合諧振位置時,從查詢器送出的高頻信號作為電源給應(yīng)答器,使應(yīng)答器中預(yù)先存儲的信息被發(fā)送出來。無源應(yīng)答器存儲固定信息,當(dāng)列車經(jīng)過無源應(yīng)答器上方時,無源應(yīng)答器接收到車載天線發(fā)射的電磁能量后,將其轉(zhuǎn)換成電能,使地面應(yīng)答器中的電子電路工作,把存儲在地面應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送出去,直至電能消失。無源應(yīng)答器平時處于休眠狀態(tài),主要設(shè)于閉塞分區(qū)、入站口和車站進、出站端處,用于向列控車載設(shè)備傳輸閉塞分區(qū)長度、線路速度、線路坡度、列車定位等信息[3]。應(yīng)答器結(jié)構(gòu)及工作原理分別如圖1和圖2所示。
3.2 無源應(yīng)答器仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
無源應(yīng)答器系統(tǒng)主要包括地面設(shè)備和車載設(shè)備兩部分。在實際教學(xué)中,學(xué)院實驗條件有限,學(xué)習(xí)者無法動手操作相關(guān)設(shè)備,通過對無源應(yīng)答器仿真設(shè)備的操作練習(xí),讓學(xué)習(xí)者能了解無源應(yīng)答器的內(nèi)部數(shù)據(jù)信息組成;掌握無源應(yīng)答器工作原理,完成無源應(yīng)答器數(shù)據(jù)信息讀寫。
3.2.1 車載設(shè)備仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
選用帶有近距離無線通信(Near Field Communication,NFC)功能的安卓手機作為主體設(shè)備。NFC是由非接觸式射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來,在單一芯片上結(jié)合感應(yīng)式讀卡器與感應(yīng)式卡片點對點的功能,能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進行識別和數(shù)據(jù)交換。由于NFC技術(shù)的工作原理與應(yīng)答器工作原理相似,所以作為本項目的主要技術(shù)手段。運用Android studio軟件編寫所需功能的應(yīng)用程序,內(nèi)容包括:報文信息的設(shè)置;報文信息的編寫;報文信息的寫入與讀取等,模擬車載設(shè)備的信息處理[4]。
3.2.2 地面設(shè)備仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
選擇空白MIFAREL芯卡作為地面設(shè)備仿真系統(tǒng)的主體設(shè)備,運用手機NFC功能將固定信息通過系統(tǒng)功能寫入MIFAREL芯卡內(nèi),進行儲存。模擬無源應(yīng)答器相關(guān)數(shù)據(jù)信息預(yù)先存儲的。應(yīng)答器仿真如圖3所示。
3.2.3 系統(tǒng)功能界面
包括4個部分:應(yīng)答器功能簡介、報文代碼、無源應(yīng)答器輸入練習(xí)及無源應(yīng)答器輸出練習(xí)(見圖4)。
學(xué)習(xí)者打開應(yīng)答器仿真系統(tǒng),可在首頁了解學(xué)習(xí)鐵路應(yīng)答器的基本概念,掌握應(yīng)答器的工作原理以及分類。當(dāng)進入模擬狀態(tài)時,可練習(xí)無源應(yīng)答器報文輸入和相關(guān)信息查詢,并且可以通過NFC功能,將輸入的報文寫入MIFAREL芯卡。當(dāng)手機在MIFAREL芯卡上方通過NFC功能感應(yīng)時,可將寫入的報文信息讀取出來。通過簡潔的設(shè)計和完整的功能實現(xiàn),充分滿足了教育教學(xué)要求[5]。
4 結(jié)語
基于真實無源應(yīng)答器所模擬設(shè)計的仿真系統(tǒng),能極大程度上緩解鐵路學(xué)院在教育教學(xué)方面設(shè)備使用困難的狀況。也為學(xué)習(xí)鐵路信號應(yīng)答器相關(guān)專業(yè)的學(xué)者提供了簡便的實驗?zāi)M設(shè)備。隨著互聯(lián)網(wǎng)社會的快速發(fā)展,模擬設(shè)備的使用能使我們更好地掌握實際設(shè)備的工作原理與參數(shù),便于我們更好地對設(shè)備進行維護維修。
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