周瑩 聶富春 李容
摘 要:隨著我國高速鐵路的發(fā)展,應答器系統(tǒng)已在鐵路線路上得到了廣泛應用,極大地提高了我國軌道交通運輸?shù)陌踩院瓦\輸效率。但在日常教育教學過程中,由于實驗場地的限制,無法實際接觸并且操作設備,學習者只通過理論知識的學習,無法熟練掌握設備的原理,也不能很好地對設備進行維護維修。因此,文章通過對應答器工作原理的綜合分析,同時利用安卓手機NFC功能模擬實際設備的信息接收,設計出無源應答器仿真系統(tǒng),并將此系統(tǒng)運用于日常教學中,旨在讓學習者更好地學習應答器相關知識,掌握應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。
關鍵詞:無源應答器;NFC;仿真系統(tǒng)
1 應答器的發(fā)展趨勢
我國鐵路專用應答器標準參照歐洲應答器技術標準。隨著我國高速鐵路的發(fā)展和進步,應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)技術的普及,應答器的內(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答器的發(fā)展,對應答器的相關研究也勢在必行。
2 針對目前教育教學要求
隨著應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,掌握應答器的工作原理與參數(shù),能很好地完成應答器設備的維護與檢修,這是對鐵路信號工作人員業(yè)務的考驗,更是對鐵路院校教育教學的考驗。由于應答器在實際應用中,對場地條件有著一定要求,但在人才培養(yǎng)過程中,學校資源、環(huán)境有限,無法向學習者提供相應的應答器設備,造成了學習者對相關知識理解困難,比如:應答器工作原理;標準的維護方法和檢測等內(nèi)容[2]。因此,設計應答器仿真系統(tǒng),模擬實際應答器工作狀態(tài),為學習者提供了模擬實驗設備,同時解決了學院場地受限的狀況,經(jīng)濟實用,性能可靠。
3 無源應答器仿真設計
3.1 無源應答器的工作原理
無源應答器又稱固定應答器,本身不具有電源,只有當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答器,使應答器中預先存儲的信息被發(fā)送出來。無源應答器存儲固定信息,當列車經(jīng)過無源應答器上方時,無源應答器接收到車載天線發(fā)射的電磁能量后,將其轉換成電能,使地面應答器中的電子電路工作,把存儲在地面應答器中的數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送出去,直至電能消失。無源應答器平時處于休眠狀態(tài),主要設于閉塞分區(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]。應答器結構及工作原理分別如圖1和圖2所示。
3.2 無源應答器仿真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
無源應答器系統(tǒng)主要包括地面設備和車載設備兩部分。在實際教學中,學院實驗條件有限,學習者無法動手操作相關設備,通過對無源應答器仿真設備的操作練習,讓學習者能了解無源應答器的內(nèi)部數(shù)據(jù)信息組成;掌握無源應答器工作原理,完成無源應答器數(shù)據(jù)信息讀寫。
3.2.1 車載設備仿真系統(tǒng)的設計與實現(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備。NFC是由非接觸式射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)及互聯(lián)互通技術整合演變而來,在單一芯片上結合感應式讀卡器與感應式卡片點對點的功能,能在短距離內(nèi)與兼容設備進行識別和數(shù)據(jù)交換。由于NFC技術的工作原理與應答器工作原理相似,所以作為本項目的主要技術手段。運用Android studio軟件編寫所需功能的應用程序,內(nèi)容包括:報文信息的設置;報文信息的編寫;報文信息的寫入與讀取等,模擬車載設備的信息處理[4]。
3.2.2 地面設備仿真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
選擇空白MIFAREL芯卡作為地面設備仿真系統(tǒng)的主體設備,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。模擬無源應答器相關數(shù)據(jù)信息預先存儲的。應答器仿真如圖3所示。
3.2.3 系統(tǒng)功能界面
包括4個部分:應答器功能簡介、報文代碼、無源應答器輸入練習及無源應答器輸出練習(見圖4)。
學習者打開應答器仿真系統(tǒng),可在首頁了解學習鐵路應答器的基本概念,掌握應答器的工作原理以及分類。當進入模擬狀態(tài)時,可練習無源應答器報文輸入和相關信息查詢,并且可以通過NFC功能,將輸入的報文寫入MIFAREL芯卡。當手機在MIFAREL芯卡上方通過NFC功能感應時,可將寫入的報文信息讀取出來。通過簡潔的設計和完整的功能實現(xiàn),充分滿足了教育教學要求[5]。
4 結語
基于真實無源應答器所模擬設計的仿真系統(tǒng),能極大程度上緩解鐵路學院在教育教學方面設備使用困難的狀況。也為學習鐵路信號應答器相關專業(yè)的學者提供了簡便的實驗模擬設備。隨著互聯(lián)網(wǎng)社會的快速發(fā)展,模擬設備的使用能使我們更好地掌握實際設備的工作原理與參數(shù),便于我們更好地對設備進行維護維修。
[參考文獻]
[1]崔志寧,陳波,江偉.城市軌道交通通信與信號系統(tǒng)[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2012.
[2]張喜.城市軌道交通信號與通信概論[M].北京:北京交通大學出版社,2012.
[3]付兵,廖理明.城市軌道交通CBTC信號系統(tǒng)[M].成都:西南交通大學出版社,2016.
[4]林瑜筠.城市軌道交通信號[M].北京:中國鐵道出版社,2008.
[5]佟立本.鐵道概論[M].北京:中國鐵道出版社,2012.