第３３卷第３期
桂林理工大學學報
年８月ａｕｇ．
２０１３
文章編號
基於ｃａｎ匯流排的鐵路道口控制系統
肖洪祥 ，賴峻灝
（桂林理工大學ａ．資訊科學與工程學院；ｂ．機械與控制工程學院，廣西桂林
５４１００４）
摘要：針對現有鐵路道口訊號控制系統「定點報警」方式對快速列車和慢速列車的速度不能識別，
造成道口關閉時機不合理、影響道口通過效率等問題，提出了一種基於ｃａｎ匯流排技術的單線鐵路區段道口控制系統解決方案：使用「定時報警」方式，並模組化設計單線鐵路區段道口訊號控制系統。道口訊號控制系統在列車接近道口感測器時，採集列車的速度並適時啟動報警。
實驗表明，該系統能
實現設計要求，提高道口通過效率。
關鍵詞：ｃａｎ匯流排；定時報警；道口控制中心
中圖分類號：ｔｐ２７３．５
文獻標誌碼：ａ
隨著我國交通運輸事業的快速發展，現有的道口電路參照鐵路區間道口訊號裝置技術條件進
鐵路裝置已經不能滿足鐵路和公路交通運輸的需行設計，使用電纜傳輸訊號。適用於列車執行速度求。我國絕大多數既有鐵路仍舊是客貨運混合運在１６０ ｋｍｈ 及以下的鐵路區段的區間道口 。
輸狀態，列車的時速相差很大。現行的道口訊號
系統主要由控制中心模組、測速模組、ｃａｎ
裝置一般都採用定點報**式，由於車流密度和匯流排通訊模組、欄木控制模組、聲光報警模組組速度的不確定性，導致道口關閉時機和時間不合成（圖１）。各個模組中都設計有ｃａｎ匯流排通訊模理，極大地影響了道口機動車輛和行人通過的效塊，系統通過ｃａｎ匯流排來實現現場各個模組之間率，鐵路道**通擁堵和交通事故時有發生。本的通訊和分布式控制。
測速模組採集列車的行駛
文設計了基於ｃａｎ匯流排的鐵路道口控制系統，將速度，並將列車的速度資訊發給控制中 ｆｌ，。控制定點報**式改為定時報**式，實驗證明本系中心根據列車的速度確定道口聲光報警和欄木關統有效解決了慢速列車導致道口關閉時間過長、閉的時間，並在保證道口防護安全的前提下適時影響道路交通流量與通過效率的問題。
啟動聲光報警，自動關閉道口欄木。列車通過道１系統設計
口後，道口訊號裝置自動復原。
上行上行接近區段
下行接近區段
行方向本系統的主要特點是將「定點報警」改為「定時報警」。「定時報警」能測定各種接近道口機．
．ｌ墮叄廠
的列車的執行速度，其報警時間能準確控制在所ｌ道口ｉ
。：７。
需的接近時間…（區間道口國標）內，這樣就不
ｌ彗 ｈ０ｉｉｉｌ列車接近資訊採集
會延誤道口開放時間，提高了道口的通過效率。
音柏仉ｌ
ｌ本系統為單線鐵路區段道口訊號控制系統，採
圖１系統總體結構
用點式檢測控制方式，為有人看守道口防護裝置。
收稿日期
**專案：廣西教育廳科研專案
作者簡介：肖洪祥（１９６５一），男，碩士，教授，研究方向：計算機測控技術
引文格式：肖洪祥，賴峻灝．基於ｃａｎ匯流排的鐵路道口控制系統［ｊ］．桂林理工大學學報
５３８桂林理工大學學報２０１３鉦
道口感測器採用閉路式軌道電路，其檢查軌ｐ１．３、ｐ１．４分另０連至弓ｉ腳道占用或出清的繼電器經常處於吸起狀態。當軌的分別連線至ｌｃｄ１２８６４的ｅ、ｒｗ、道電路發生故障時，軌道繼電器落下。這種設計ｄｉ控制引腳。
３個引腳控制顯示屏的關閉或開啟。符合「故障一安全」的原則。
液晶顯示模組電路如圖４所示。
２硬體設計
主亍為了提高硬體設計的靈活性、簡化硬體設計的複雜性，按照功能性的劃分，將系統硬體設計噬
唔分為道口控制中心核心電路、道口控制中心外圍蜓
ｐｏ電路、ｃａｎ匯流排模組、測速模組、欄木控制模組、
。。ｓｉ聲光報警模組，從而降低了各模組的相關性，使ｒｃｋｓｃｋ
系統硬體設計得到簡化，提高了系統硬體設計效＿＿１ｑｈ
率。系統各模組間連線如圖２所示。
電動機ｌｌ道１３感測器麥
欄木控制模組ｌ
ｌ測速模組
ｖｃｃ麗
簇圖４液晶顯示模組電路加＂
線蜷ｈｌ聲光¨ ９ ７報警ｉ：６ ４ ２●
焉２．２ ｃａｎ匯流排模組
圖２硬體連線示意圖
ｃａｎ匯流排模組的電路如圖５所示。ｓｊａｌｏ００的位址／資料復用匯流排與微控制器的ｐ０口相連，２．１道口控制中心設計
ｃｓ連線到微控制器的ｐ２．７。ｃｐｕ通過這些位址可
道口控制中心電路由ｓｔｃ８９ｃ５１６微控制器、液對ｓｊａ１０００執行相應的讀／寫操作。ｉ
ｎｔ引腳接微晶顯示模組、控制盤、蜂鳴器、復位電路、電源
控制器的ｉｎｔ０，微控制器通過中斷方式訪問
模組、ｃａｎ匯流排模組等組成。主要功能是顯示速
引腳接高電平時選擇ｉｎｔｅｌ模式。
度和距離等相關資訊、提供控制室的室內報警。
ｔｊａ１０５０是ｃａｎ匯流排控制器和物理匯流排之間
道口控制中心電路如圖３所示。
的介面。ｔｊａ１０５０可以為匯流排提供差動傳送效能，
２．１．１液晶顯示模組
ｓｔｃ８９ｃ５１６通過７４ｈｃ５９５八
位移位暫存器連線到ｌｃｄ１２８６４上。ｐ１口的ｐ１．２、
ｉ翟５《
ｚ《ｕ圖３道口控制中心電路
圖５ ｃａｎ匯流排控制電路
第３期肖洪祥等：基於ｃａｎ匯流排的鐵路道口控制系統５３９
為ｃａｎ控制器提供差動接收效能 。ｔｊａ１０５０的ｃａｎｈ和ｃａｎｌ之間連線乙個１２０ ｑ的阻抗匹配電
阻。２．３測速模組
設列車在本區段上、下行執行的最高速度為１６０ ｋｍｈ～，按最不利的條件計算，列車接近通知時間為
式中：為列車接近通知時間；￡為最不利條件下，清除道口行人車輛的時間為道口欄目
關閉動作時間，以１０ ｓ計；ｔ為道口欄目關閉後列車圖７微控制器測量電路
到達道口的時間，也以１０ ｓ計。接近長度應為
１ｎｌ＝
ｊｏ測速模組包括道口感測器和微控制器控制電路。在道口接近區段的最遠端設定兩段２５ ｍ的閥式軌道電路。以下行方向為例，道口控制中心與遠端軌道電路連線的電路如圖６所示。
將２４ ｖ電源送至接近軌道電路，利用ｇｊ和ｇｊ的吸起和落下結點控制設在道口控制中心的ｊｇｊ，並將＋５ ｖ電源通過ｊｇｊ的吸起結點接至微控制器的ｐ１．１口。列車上下行、到達軌道電路分別連線到ｐ１．０、ｐ１．１和ｐ１．２口。
由於下拉電阻的作用，ｐ１．１口平時為低電平。當列車壓上ｇｊ時，ｇｊ首先被旁路掉下，ｊｇｊ吸起，
ｐ１．１口為高電平；然後列車壓上ｇｊ：時，ｊｇｊ掉下，圖８ ｈ橋電路
ｐ１．１口又回到低電平。利用微控制器定時器測量這
個脈衝的寬度，就可以計算出列車的速度。微控制器測量電路如圖７所示。根據列車的當前速度到達ｐ１．１～ｐ１．７口連線到ｈ橋驅動電路的三極體道口剩下５０ ｓ時，系統報警，值班員出清道口。
的相應引腳，通過對ｐ１口的控制實現對ｈ橋驅動２．４欄木控制模組
電路的控制。根據不同三極體對的導通情況，電欄木控制的核心就是控制電機的動作，要求
流有不同的流通方向，從而控制電機的工作狀態。電機可以完成正轉、反轉、剎車等動作。本系統ｈ橋的工作真值如表１所示。
選擇使用單電源方式的橋式驅動電路控制電機表１ｈ橋電路工作真值
的執行（圖８）。
ｔ ｖ．
ｉ，奉。———。二一一
ｌｖ＾廠、
電纜例＋５ｖｏ——
ｊｇｊ ／＋．＿
ｕ。ｔｐ１．１
道口控制中心
遠端軌道電路
２．５聲光報警模組
圖６道口感測器布置
光報警採用發光二極體實現：１個白色發光二極
管和２個紅色發光二極體。聲音報警使用模擬鐘聲，
桂林理工大學學報２０１３鉦
模擬鐘聲採用語音儲存的方式**。聲光報警分 。ｃａｎ控制器初始化設定在復位模式下進時，２個紅色ｌｅｄ交替閃爍，閃爍頻率為６０次行。
ｍｉｎ～，揚聲器發出模擬鐘聲，頻率為１２０次ｍｉｎ～。
ｓｊａ１０００的模式設定為ｂａｓｉｃ ｃａｎ模式，遮蔽
３軟體設計
３．１系統主控程式
暫存器定義為０ｘ００。識別符號的定義如表２所示。
表２識別符號的定義
本系統的主控程式流程如圖９所示。首先是程式初始化，然後測速程式等待測速電路發出脈衝，以確認列車是否進入接近區段。列車進入接近區段後，測速程式根據傳送過來的脈衝計算出列車的速度、列車到達道口的時間以及距離道口的路程。
測速模組將上述資訊傳送到主控中心，主控中心將資訊顯示在液晶屏上。主控程式啟動計時器，開始倒計時。倒計時時間到之後，主控程式啟動室內揚聲器報警和室外聲光報警。
操作人員在控制盤確認後，室內報警關閉，電動欄木自動關閉。列車通過道口後，聲光報警停止，欄木自動開啟。系統復位。
程式初始化
主控模組測速模組
０ｘ２２０ｘｌ１
欄木控制模組聲光報警模組
ｏ）【３３
０ｘ４４
傳送程式把資料儲存區中資料幀的資料場取出，組成資料幀，並將主機的ｉｄ位址填人幀頭，然後將資料幀傳送到ｃａｎ控制器的傳送緩衝區，其中ｄｌｃ＝３。在接收到主機的傳送請求後，傳送程式啟動傳送命令。通過ｃａｎ驅動器，資訊從ｃａｎ控制器傳送到匯流排和ｃａｎ匯流排傳送到ｃａｎ
控制器的接收緩衝區都由ｃａｎ控制器獨立完成。接收程式只需從接收緩衝區讀取資訊，並將其儲存在資料儲存區。通訊資訊如表３所示。
表３通訊資訊
ｎ＼列車通過道口 ＞過／
車進入接近區＼／
土聲光報警停止ｌ
測速，並將相應信
息傳送給控制中心控制中心計算出距離和報警時間，並開始倒計時
二］開啟欄木ｉ
資訊名稱關閉／開啟欄木列車通過道口緊急開啟欄木緊急關閉欄木
資訊編碼
ｏｘｆｆ０ｘ０２
二二系統復位ｉ
０ｘ０３
列車到達測速點
ｙ列車到達接近區
ｉ控制中心發ｌｉ
出報警命令ｉ苧：
室內報警關閉ｌ
４實驗驗證
室內揚聲器報警ｌ
二］＝啟動聲光報警ｌ
關閉欄木
—］一廠
單線鐵路區段道口控制實驗系統見圖ｌ０。以上行方向為例，實驗系統模擬列車從上行方向到達接近區段。系統檢測列車速度之後，將相關資訊傳送到主控模組（表４）。
主控模組顯示列車的當前速度和距離道口的路程並開始倒計時。倒計
圖９主程式流程圖
時結束後，實驗系統進行室內報警和室外聲光報警。按下控制盤的確認按鍵，室內報警關閉。同時室內電動欄木（圖１０中的小車模擬電動欄木）
３．２ ｃａｎ通訊節點軟體設計
ｃａｎ匯流排通訊程式主要包括ｃａｎ匯流排控制器自動關閉。實驗系統模擬列車通過道口後，實驗ｓｊａ１０００的初始化、報文傳送和報文接收３個部系統復位。
第３期肖洪祥等：基於ｃａｎ匯流排的鐵路道口控制系統５４１
５結束語
該系統根據鐵路區間道口訊號裝置技術條件，
設計了基於ｃａｎ匯流排的單線區段鐵路道口訊號控制系統。軟硬體設計採用模組化設計思想，提高
了系統的可靠性和可維護性。實驗驗證表明，該系統能識別列車速度，並自動通知主控中心以實
現「定時報警」功能。解決了傳統鐵路道口訊號
裝置因報**式引起的道口關閉時間過長的問題，提高了道口的通過效率。
圖１０實驗驗證
參考文獻：
鐵路區間道口訊號裝置技術條件［ｓ］．［２］秦滎英．ｄｘ３型道口訊號裝置［ｍ］．北京：中國鐵道出
版社吳繁紅．基於ａｔ９８ｃ５１和ｓｊａ１０００控制器實現ｃａｎ匯流排
介面［ｊ］．電子技術應用廣州周立功微控制器發展****高速收發器應用指南
表４實驗對比資料
［５］求是科技．微控制器典型模組設計例項導航［ｍ］．北京：人民郵電出版社
對比傳統道口定點報**式，本系統採用定等待時間。
［６］李偉光，陳剛．基於ｓｊａ１０００的ｃａｎ系統節點設計［ｊ］．
機電工程技術
ａ１０００的ｃａｎ匯流排通訊模組［ｊ］．時報**式縮短了報警時間，相應地縮短了道口［７］張偉，霍建振．基於ｓｊ
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