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.