[发明专利]一种城轨交通运营安全模拟沙盘的命令编码控制器

说明书

技术领域

本发明涉及城轨交通安全运营模拟沙盘的静态沙盘对象控制领域，特别是一种城轨交通运营安全模拟沙盘的命令编码控制器。

背景技术

搭建城市轨道交通运营安全模拟沙盘，可以模拟不同类型的事故或危险环境，并可进行不允许实际发生的仿真实验，从而为城轨交通安全运营提供经验积累和技术支持，在实际中减少或避免安全事故，降低财物损失及旅客生命危险。城市轨道交通运营安全模拟沙盘的核心是列车模型控制系统，列车模型控制系统的基本要求是对列车模型、道岔和信号灯等的控制以及列车位置的反馈。

列车模型控制可分为直接直流控制(Direct Current，DC)和数字命令控制(Digital Command Control，DCC)。早期的DC控制属于模拟控制，通过加载电流的大小和极性实现列车的速度和方向控制，但在同一区间内DC无法实现不同列车的独立控制，且存在低速时列车运行不平稳等缺点，因此DC控制只能用于简单的展示沙盘等场景。在DC基础上发展完善的DCC控制，采用在轨道上加载数字电流信号的方式实现了列车模型的控制。

邸鹏(城市轨道交通的ATC模拟系统设计，南京，南京理工大学硕士论文，2010)开发的城市轨道交通ATC模拟系统采用MSP430单片机控制道岔、信号灯，PC直接通过串口发送指令给单片机实现各个被控对象的模拟控制。该系统未应用数字电流控制技术(Digital Command Control，DCC)控制沙盘对象，使得系统兼容性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城轨交通运营安全模拟沙盘的命令编码控制器，以完成对上位机命令传输、编码和功率放大的控制，具有效率高、成本低、兼容性强的特点。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种城轨交通运营安全模拟沙盘的命令编码控制器，其特征在于，包括电源电路、USB通讯接口电路、第一单片机、RS485通讯接口电路、第二单片机和功率放大电路，其中电源电路为整个命令编码控制器供电，所述USB通讯接口电路的输出端接入第一单片机的I/O端口，第一单片机的串口通过RS485通讯接口电路接入第二单片机，第二单片机的I/O端口通过功率放大电路接入轨道、信号灯及道岔控制器；

所述电源电路将外部交流或直流电源整流成稳定的直流电源，为整个命令编码控制器供电；上位机通过USB通讯接口电路与第一单片机相连，实现上位机与第一单片机之间的信息交互；RS485通讯接口电路将第一单片机接收的上位机控制命令传递给第二单片机，第二单片机根据接收到的控制命令对第二单片机内部产生的0和1数据包进行时序调制形成标准的DCC信号；形成DCC信号后，第二单片机通过功率放大电路，对DCC信号进行功率放大，并将DCC信号加载到轨道上，实现对火车、信号灯及道岔的控制。

本发明与现有技术相比，其显著效果是：(1)将上位机发送的控制命令信号转化成DCC标准信号；(2)采用单片机完成控制，成本低；(3)兼容性强，采用DCC信号，可以满足大部分轨道交通模拟沙盘的需求。

附图说明

图1为数字命令控制DCC信号时序示意图。

图2为本发明城轨交通运营安全模拟沙盘的命令编码控制器的结构示意图。

图3为DCC信号产生原理示意图。

图4为本发明城轨交通运营安全模拟沙盘的命令编码控制器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

多功能命令编码器可将上位机发出的信号转化成DCC标准信号，实现模型的后续控制。

图1表示出了DCC信号时序示意图。DCC的电流信号由方波信号调制而成，方波幅值根据不同比例的列车模型确定，如HO比例的列车模型对应的方波幅值为14.5V。在方波电流信号中，短波代表1，其周期为116μs，长波代表0，其周期为232μs，延伸0代表数据包结束，周期在95μs至9.9ms之间。数字命令控制DCC数据包由引导位、地址字节、数据字节、校验字节组成，其中引导位由大于14位的1组成，数据字节不大于4且每个字节由0间隔。DCC信号可实现信号灯道岔解码操作，还可以针对地址字节实现解码变量配置等功能。