便携式应答器报文读写器的设计与应用

便携式应答器报文读写器的设计与应用

杜运峰 李永善

摘要：随着高铁建设的快速发展，点式应答器在列控系统中被广泛使用。结合应答器设备现场维护需求，详细说明了对应答器报文读写操作的设计过程，完成便携式应答器报文读写器的设计。

关键词：欧洲应答器；读写器；应答器编程

随着我国高速铁路的迅速发展，应答器系统已在越来越多的高铁线路上运行。应答器是一种用于地面向列车传输信息的点式设备，分为有源和无源２种。应答器可以给车载设备传送线路基本参数、临时限速、车站进路等固定和可变信息。由于应答器设备分布在铁路沿线，应答器（组）之间间隔较远，为了便于电务人员维护和检测应答器，开发了便携式应答器报文读写设备，满足现场维护人员的使用要求。

与站台墙靠钢轨侧预留的接地端子连接起来。

５ 给排水专业接地方式

在有客车上水栓及卸污管沟的车站，设置客栓

及卸污单元接地干线，采用４０　ｍｍ　ｘ４　ｍｍ的镀锌

扁钢沿管沟敷设，与站台综合接地端子可靠连接。

６结束语

目前，高速铁路车站均配置了综合接地系统。

车站范围内的综合接地系统设计涉及的专业较多，

为使各专业的综合接地技术要求能在同一张图上体

现出来，就需要做好事前规划，按专业顺序依次开

展规划设计，减少各专业间不必要的工作。

车站的综合接地设计方案应体现的是各专业的

电气连接技术要求，在现场施工时，还应配套车站

范围接触网支柱布置图、站场综合管线图、站台墙

结构设计图等共同使用，做好与站前工程同步实施

的贯通地线敷设、接地端子预留等工作。

１设备构成

应答器报文读写器由电源单元、显示单元、数字处理单元、信号解析单元、信号调理单元、应答器编程单元等组成，如图１所示。读写器采用大容量锂电池，工作电压１２　Ｖ。为了保证读写器的长时间工作，设备电路使用控制开关控制各个电源模块的通断，只有在用户读取和写入应答器时才打开功放和解析电路，其他时间只打开显示单元，确保设备最大程度省电。

２设计原理

２．１ 电源单元

设备输入电压为１２　Ｖ，输出电压有ＳＶ、３．３　Ｖ、１．２　Ｖ、１５　Ｖ、－１０　Ｖ不等。使用低功耗、高效率电源芯片，实现１２Ｖ转ＳＶ电路，供信号调理单元、应答器编程单元使用；产生３．３　Ｖ和１．２　Ｖ供ＦＰＧＡ芯片和ＣＰＵ处理单元使用。由于液晶屏需要使用１５　Ｖ和－１０　Ｖ偏压工作，选用专用ＳＶ电压芯片产生液晶屏需要的偏压电源。２．２数字处理单元

数字处理单元实现人机界面操作、报文存储、报文导入导出功能，由存储器和接口单元构成，如图２所示。数字处理单元硬件使用带ＬＩＮＵＸ操作系统的ＡＲＭ核心板，配有ＵＳＢ２．０主接口、ＬＣＤ接口、电阻触摸屏接口及多个串口，外围只需搭接少量器件即可。ＣＰＵ处理单元通过触摸屏和显示屏接收用户指令，经过翻译后通过ＲＳ－２３２接口发送给ＦＰＧＡ，ＦＰＧＡ控制信号解析单元和应答器编程单元工作，并将结果存储在内存ＦＬＡＳＨ，用户可以通过ＵＳＢ接口，将ＦＬＡＳＨ中的数据导人Ｕ盘，或者将写报文信息从Ｕ盘导人到读写器ＦＬＡＳＨ中。

２．３信号调理单元

在读取应答器报文时，读写器通过晶振产生频率为２７　ＭＨｚ的激励信号传送给天线，激活应答器，应答器输出３．９　ＭＨｚ／４．５　ＭＨｚ的ＦＳＫ信号，接收天线接收到信号后，送人信号调理单元进行滤波，将２７　ＭＨｚ滤除，然后将ＦＳＫ信号进行带阻滤波，并通过积分与比较电路调理整形，得到１０２３位报文的方波。

２．４信号解析单元

信号调理单元将采集到的连续１０２３位数据流接人信号解析单元的ＦＰＧＡ芯片ＩＯ管脚，由ＦＰＧＡ对ＩＯ数字波形进行解析，按照欧洲应答器报文编码解码协议ＦＦＦＳ进行分步解析，然后通过ＲＳ－２３２接口将结果发送给报文显示单元。

信号解析单元由ＩＯ接口、协议解析、命令处理和ＲＳ－２３２组成。信号调理单元通过ＩＯ接口控制本单元的关机、休眠、写报文电路，同时将调理单元采集的读报文数据流送人协议解析部分进行解析，解析步骤参考了Ｆｏｒｍ　Ｆｉｔ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｄｉｎｇ　Ｓｔｒａｔｅｇｙ文档；命令处理部分是ＦＰＧＡ

与报文显示单元之间的通信，采用ＲＳ－２３２

连接，报文显示单元会通过串口命令将读取

报文、写入报文、关机、休眠等信息发送给

信号解析单元，信号解析单元收到对应命令

后执行相应操作。信号解析单元框图如图３

所示。

２．５报文显示单元

报文显示单元由５时ＴＦＴ液晶屏和电阻式触摸屏组成，对采集到的报文信息进行解析后显示，完成和用户的人机操作。液晶屏分辨率为６４０×４８０，高亮度显示，可在－２５℃～５００Ｃ范围内工作。触摸屏采用电阻式接口，可以在高低温、油污、粉尘等恶劣环境下可靠工作。

２．６应答器编程单元

应答器报文的编程操作：数字处理单元将用户选择的报文文件内容解析后，转换成１２８字节加入ＣＲＣ校验，通过ＲＳ－２３２接口发送给ＦＧＰＡ，ＦＧＰＡ产生报文信号通过功放控制电路送给发送天线，命令应答器写报文操作，写报文数据格式采用ＡＳＫ调制方式，调制速率为５６４　ｋＨｚ，载波信号为２７　ＭＨｚ正弦信号。

ＦＰＧＡ产生９　ＭＨｚ方波经过功放电路滤波放大后转成正弦波，当开始写报文时，首先启动９　ＭＨｚ功放，给应答器电源供电；９　ＭＨｚ信号需大于１０　ｍｓ，以保证应答器电源已经打开，接着启动２７　ＭＨｚ功放电路，将写入的报文按照ＡＳＫ调制方式发送给应答器，待报文传送完毕，关闭９　ＭＨｚ功放，２７　ＭＨｚ功放输入信号改为２７　ＭＨｚ　ＣＷ信号，用于向应答器无源部分提供能量。

读写器完成应答器上行链路报文接收、译码后，关闭所有功放，结果显示在报文显示单元。读写器用到９　ＭＨｚ、２７　ＭＨｚ正弦波，其功放电路设

计框图如图４所示。

图４中，有源晶振输出２７　ＭＨｚ或９　ＭＨｚ方波

信号，首先进行信号的前级处理，即信号的方波转正弦波、电流放大、滤波等。在经过滤波处理之后进行前级放大。将放大后的信号进行再次滤波处理，所得到的信号送人功放。功放输出前通过功率开关电路控制输出信号到天线，功率开关电路接收ＦＰＧＡ输出的方波信号控制功率开关的开和关，从而控制天线输出的开与关。

３技术特点

１．读写报文时间短，≤１０　ｓ。

２．报文存储量大，≥５０００条。

３．数据接口方便，ＵＳＢ接口导人、导出。

４．工作时间长，待机大于８ｈ，不间断工作 ．大于３ｈ。

５．设备轻巧，便于携带，整机尺寸２３０　ｍｍ×２００　ｍｍ×５０　ｍｍ，２　ｋｇ。

４结束语

便携式应答器报文读写器满足了电务工作人员对于应答器设备的日常维护和检测，可有效提高工作效率，减轻维护人员的负重，已经在哈大、京沪、宁杭等线路应答器设备维护列控系统联调联试工程中应用，工作稳定可靠，用户反映良好，未来可向其他国铁线路以及地铁线路推广使用。