ZPW2000A型轨道电路模拟系统的设计与实现

【摘 要】对目前国内铁路广泛应用的ZPW2000A型无绝缘移频轨道电路进行了模拟设计与实验，通过设计与实验，在移频信号的产生、接收与解调实验成功的基础上，初步完成了该轨道电路系统。这为进一步设计和改进移频轨道电路系统提供了设计基础。结果表明，该系统能真实模拟实际移频轨道电路系统，为学生实验实训提供保证。

【关键词】ZPW2000A 移频轨道电路 模拟系统

【中图分类号】G【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2012）12C-0191-02

随着铁路的不断发展，对专门培养铁路人才的院校来说，要使学生在学习理论知识的同时，又能够在接近真实的环境下对移频轨道电路系统进行操作，就必须有相应的移频轨道电路系统设备。

铁道信号的主要功能是保证行车安全，提高运输效率，实现运输管理自动化和列车运行自动控制，改善铁路职工的劳动条件。铁道信号实训基地作为培养学生基本技能和专业技能的重要场所，对于提高学生的专业素质起着不可替代的作用。基于此，我们利用学院现有人力与物力，在原有沙盘轨道基础上，加入ZPW-2000轨道移频电路，在发送端向轨道发送移频信息，在接收端进行解调得到低频信息，由低频信息去控制地面信号机点灯，形成ZPW-2000轨道电路的模拟系统。

把单片机及CPLD两种技术结合在一起，研究和设计了ZPW-2000系列轨道电路模拟系统，主要功能有：轨道的占用与空闲及完整性检查、区间信号点灯控制、抗电化干扰等。系统设计使各项参数尽可能接近现场实际，可测量的参数有：移频信号的电压、载频、上边频及下边频、低频信息等。该系统可以供学生学习、测量使用，具有一定的推广价值。

一、系统结构

（一）发送器

移频信号产生器由CPLD作为处理器，晶振50MHz，用于产生高精度移频信号，包括8种载频和18种低频信息。低频信息、载频编码条件通过并行输入/输出接口送到处理器，首先判断编码值，由CPU通过查表得到该编码条件所对应的上下边频数值，控制移频发生器，产生相应FSK信号。波形变换器是把移频信号产生器产生的方波信号转换成正弦波。

实际设计中，移频信号在钢轨线路上传输，由于钢轨线路呈感性，当移频信号流过时，信号衰减比较大，常用的方法是在钢轨线路上并联电容，使传输距离增加。而在沙盘上不存在此问题，但为下一步模拟列控系统设计考虑，如果信号能量太小，列车线圈无法感应到信号，因此必须对信号进行功率放大。

功率放大选用LM1875音频功率放大专用芯片，输出功率最大达到20W，已能满足设计要求，最后经隔离变压器把信号送到钢轨上。

（二）接收器

信号经滤波限幅后，排除干扰，让一定通带的有用信息通过，对工频干扰及其他信号干扰起抑制作用。然后经鉴频检波，解调出移频信息中的低频信息。再经低频放大及波形转换器，把正弦信号转成方波信号，送CPU处理，鉴别低频信息，来控制地面信号机点灯。

为了防止信号幅度大小不均对鉴频电路有影响，加入限幅器。限幅器用四个二极管构成强信号双向限幅，每个二极管饱和压降约0.6V，则输出信号上下幅值在±1.2V，完成强信号对称限幅。

鉴频器选用选频放大电路，由运算放大器与LC滤波网络构成。因移频信号的频差太小，用两个谐振槽路很难区分，同时这样的精确电子谐振也很难实现，因此我们使用选频放大器帧频特性曲线的线性段实现。检出低频信息后，进入低频放大电路，该电路采用运算放大器与RC网络构成。

CPU选用STC单片机，用于鉴别低频信息，从而控制地面信号点灯，同时向后一闭塞分区传送编码信息。

二、软件设计

三、实验测量

该系统在轨道电路调整状态时，分别对发送器输出信号及接收器解调后信号进行了实验测量。

（一）发送器移频信号频率的测量

（二）接收器输出低频测量及点灯情况

把单片机及CPLD两种技术结合在一起，研究和设计了ZPW-2000系列轨道电路模拟系统。在调整状态下，对发送器输出信号及接收器解调后信号进行了实验测量，主要有上边频及下边频、低频信息。结果表明，该系统能真实模拟现场设备，可以供学生学习、测量使用，具有一定的推广价值。

【参考文献】

[1]罗海涛.移频自动闭塞[M].北京：中国铁道出版社，1992

[2]林瑜筠.区间信号自动控制[M].北京：中国铁道出版社，2008

[3]王静霞.FPGA/CPLD应用技术（Verilog 语言版）[M].北京：电子工业出版社，2011

【作者简介】黄 斌（1983- ），男，柳州铁道职业技术学院教师，硕士研究生，研究方向：铁道信号及轨道交通信号。

（责编 丁 梦）