CN108566214A - 一种基于双频段组合通信制式的通用式机车电台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双频段组合通信制式的通用式机车电台，所述通用式机车电台中天馈线单元分别与450MHz数字通信单元、400KHz数字通信单元和卫星接收单元连接；450MHz无线通信单元、400KHz无线通信单元和卫星接收单元与主控单元连接；主控单元分别与GIS数据库单元、记录单元、接口单元和操作终端连接；操作终端与打印单元连接。本发明的通用式机车电台采用450MHz频段和400KH频段的双频段组合通信制式，提高了通信的有效覆盖率；基于智能GIS系统应用技术，实现通用式机车电台自适应不同线路不同工作模式的通信需求。

Description

一种基于双频段组合通信制式的通用式机车电台

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，具体地说，涉及一种基于双频段组合通信制式的通用式机车电台。

背景技术

目前我国铁路还有很多线路分布在山区和丘陵地带，受地形的影响，传统的450MHz无线通信系统对全线的通信进行有效的覆盖，需要大量的中继设备和漏泄电缆，设备成本高昂，中继设备安装地点的选址、供电和维护等问题，在一些山区、丘陵等复杂的环境下更难得到完美的解决方案。

随着我国铁路运行速度越来越快，铁路机车运输量越来越大，对无线列调通信的要求越来越高，通信覆盖率、可靠性要求越来越高，铁路无线列调通信系统数字化改造已势在必行。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于双频段组合通信制式的通用式机车电台，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于双频段组合通信制式的通用式机车电台，所述通用式机车电台包括主机和操作终端；其中，所述主机包括450MHz无线通信单元、400KHz无线通信单元、卫星接收单元、主控单元、GIS数据库单元、记录单元、接口单元和电源单元；其中，天馈线单元分别与450MHz数字通信单元、400KHz数字通信单元和卫星接收单元连接；450MHz无线通信单元、400KHz无线通信单元和卫星接收单元与主控单元连接；主控单元分别与GIS数据库单元、记录单元、接口单元和操作终端连接；操作终端与打印单元连接。

作为对本发明所述的通用式机车电台的进一步说明，优选地，操作终端包括第一CPU，第一CPU分别与USB接口、RS232接口、第一RS422接口、第一CAN接口、DSP芯片和GPIO接口连接；其中，USB接口与计算机连接，用于实现计算机高速数据下载功能；RS232接口与控制台连接，用于实现Linux控制台功能；第一RS422接口与打印机连接，用于实现图文的打印功能；第一CAN接口与所述主机连接，用于实现与主机的语音、数据信息的交互；DSP芯片通过IIS接口与喇叭和话筒连接，用于实现话筒语音编码和喇叭语音解码功能；GPIO接口，用于实现语音通道、按键背光及液晶背光的控制功能以及实现8×8按键扫描功能。

作为对本发明所述的通用式机车电台的进一步说明，优选地，第一CPU由ARMCortex-A8内核微处理器构建的，且操作终端具有512M字节的RAM、1G字节的FLASH以及320×240的TFT液晶显示。

作为对本发明所述的通用式机车电台的进一步说明，优选地，450MHz数字通信单元采用450MHz数模兼容数字信道机且采用B、C制式通信，400KHz数字通信单元采用400KHz数字信道机且采用感应制式通信，所述450MHz数模兼容数字信道机和400KHz数字信道机通过UART接口与主控单元连接，用于实现与主控单元的语音、信令、FFSK数据的数字通信。

作为对本发明所述的通用式机车电台的进一步说明，优选地，卫星接收单元通过UART接口与主控单元连接，以使卫星接收单元向主控单元输出卫星定位信息，主控单元向操作终端、记录单元和智能GIS数据库单元输出卫星定位信息。

作为对本发明所述的通用式机车电台的进一步说明，优选地，GIS数据库单元通过CAN接口与主控单元连接，用于实现主控单元与GIS数据库单元的数据通信。

作为对本发明所述的通用式机车电台的进一步说明，优选地，记录单元通过CAN接口与主控单元连接，用于实现主控单元与记录单元的数据通信。

作为对本发明所述的通用式机车电台的进一步说明，优选地，接口单元包括450MHz天线接口、400KHz天线接口、卫星天线接口、主机USB接口、第二RS422接口和第二CAN接口；其中，450MHz无线通信单元通过450MHz天线接口与450MHz天线连接，400KHz无线通信单元通过400KHz天线接口与400MHz天线连接，卫星接收单元通过卫星天线接口与卫星天线连接；主机USB接口通过UART接口与主控单元连接，且主机USB接口与计算机连接，用于实现计算机数据下载；第二RS422接口通过UART接口与主控单元连接，且第二RS422接口与车次号编码器连接，用于发送车次号信息；第二CAN接口与操作终端连接。

作为对本发明所述的通用式机车电台的进一步说明，优选地，电源单元包括直流电源DC110V转DC13.8V电源模块和DC12V电池，所述直流电源DC110V转DC13.8V电源模块与外部输入电源连接，外部输入电源停止供电时，由所述DC12V电池提供供电电源。

本发明的通用式机车电台采用450MHz频段和400KH频段的双频段组合通信制式，提高了通信的有效覆盖率；基于智能GIS系统应用技术，实现通用式机车电台自适应不同线路不同工作模式的通信需求。

附图说明

图1为本发明的通用式机车电台的总体架构图；

图2为本发明的通用式机车电台的操作终端的原理框图；

图3为本发明的通用式机车电台的主机的原理框图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

如图1所示，图1为本发明的通用式机车电台的总体架构图；所述通用式机车电台包括主机和操作终端1；其中，所述主机包括450MHz无线通信单元2、400KHz无线通信单元3、卫星接收单元4、主控单元5、GIS数据库单元6、记录单元7、接口单元8和电源单元9；其中，天馈线单元10分别与450MHz数字通信单元2、400KHz数字通信单元3和卫星接收单元4连接；450MHz无线通信单元2、400KHz无线通信单元3和卫星接收单元4与主控单元5连接；主控单元5分别与GIS数据库单元6、记录单元7、接口单元8和操作终端1连接；操作终端1与打印单元11连接。

请参看图2，图2为本发明的通用式机车电台的操作终端的原理框图；操作终端1包括第一CPU101，第一CPU101分别与USB接口102、RS232接口103、第一RS422接口104、第一CAN接口105、DSP芯片106和GPIO接口107连接；其中，USB接口102与计算机连接，用于实现计算机高速数据下载功能；RS232接口103与控制台连接，用于实现Linux控制台功能；第一RS422接口104与打印机连接，用于实现图文的打印功能；第一CAN接口105与所述主机连接，用于实现与主机的语音、数据等信息的交互；DSP芯片106通过IIS接口与喇叭和话筒连接，采用DSP语音数字编解码技术，用于实现话筒语音编码和喇叭语音解码功能；GPIO接口107，用于实现语音通道、按键背光及液晶背光等控制功能以及实现8×8按键扫描功能。

第一CPU101由ARM Cortex-A8内核微处理器构建的，在该硬件平台上实现Linux操作系统，且操作终端1具有512M字节的RAM108、1G字节的FLASH109以及320×240的TFT液晶显示110。

请参看图3，图3为本发明的通用式机车电台的主机的原理框图；接口单元8包括450MHz天线接口、400KHz天线接口、卫星天线接口、主机USB接口801、第二RS422接口802和第二CAN接口803；其中，450MHz无线通信单元2通过450MHz天线接口与450MHz天线连接，400KHz无线通信单元3通过400KHz天线接口与400MHz天线连接，卫星接收单元4通过卫星天线接口与卫星天线连接；主机USB接口801通过UART接口与主控单元5连接，且主机USB接口801与计算机连接，用于实现计算机数据下载；第二RS422接口802通过UART接口与主控单元5连接，且第二RS422接口802与车次号编码器连接，用于实现接收车次号编码器定时发送的车次号信息功能；第二CAN接口803与操作终端1和主控单元5连接，用于实现操作终端的语音、数字等数据信息的通信；GIS数据库单元6通过CAN接口与主控单元5连接，用于实现GIS数据库单元数据信息的通信；记录单元7通过CAN接口与主控单元5连接，用于实现主控单元5与记录单元7的数据通信。主控单元5与电源单元9采用AD采样技术，实现实时监测电源电压和整机工作电流的功能。

主控单元

主控单元5基于ARM Cortex-M3内核微处理器进行构建，微处理器采用哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，运行主频最高可达200MHz，集成了CAN总线控制器、IIC控制器、UART控制器、USB控制器、定时器等多种功能，并具有大容量片内FLASH，实现高效率、低功耗的微处理器性能，特别适合要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用场景。

主控单元是机车电台的中心枢纽，负责连接设备的各个组成单元，根据规定的接口协议与各个组成单元进行通信；分析与处理通信链路传输的语音、数据信息，按设定功能进行存储、转发；对操作终端的操作指令进行响应等。

450MHz数字通信单元和400KHz数字通信单元

450MHz数字通信单元2采用450MHz数模兼容数字信道机且采用B、C制式通信，400KHz数字通信单元3采用400KHz数字信道机且采用感应制式通信，所述450MHz数模兼容数字信道机和400KHz数字信道机通过UART接口与主控单元5连接，用于实现接收、发送呼叫请求数字信令、亚音频呼叫信令、通话语音、列尾FFSK数据、调度命令等数字信息的功能，实现无线转发车次号数据信息的功能。

450MHz数模兼容数字信道机，采用TDMA数字无线通信技术，在25KHz载波上，支持2个并行的逻辑信道，提高了频谱的利用率，提高了通信效率。数模兼容通信方式，实现了通用式机车电台由模拟通信到数字通信的平滑过渡。采用数字信道和模拟信道的方式，实现通过信道选择控制信道机工作于数字工作模式或模拟工作模式。

400KHz数字信道机内采用CPU软件数据处理技术，实现亚音频、FFSK数据的数字调制解调。基于FPGA数据处理技术，实现400KHz射频信号数字调制解调。

卫星接收单元

卫星接收单元4通过UART接口与主控单元5连接，以使卫星接收单元4向主控单元5输出卫星定位信息，主控单元5向操作终端1、记录单元7和智能GIS数据库单元6输出卫星定位信息。卫星信息接收单元可兼容接收北斗卫星和GPS卫星的地理位置信息和标准时钟信息，其卫星选择，以北斗优先，GPS辅助。

记录单元

记录单元具有时钟校正模块，时钟校正模块根据卫星定位单元输出的卫星定位信息自动进行时钟校正，校正误差不大于5s。也可手动校正记录单元时钟。记录单元主要存储语音通话记录、行车日志记录、调度命令信息、车次号信息、列尾数据信息等。用户可通过记录单元的USB接口，采用专用计算机软件读取记录单元内容，并进行播放、删除、存储、打印等功能。通用式机车电台预留语音时间记录仪接口，可外接录音设备，实现语音记录功能。

GIS数据库单元

GIS数据库单元用于存储铁路各线路的主要信息，包括线路名称、区段名称、地理位置数据、上行、下行、工作模式、沿线车站、调度联系人电话号码等相关信息及各种司机操作提示信息。

GIS数据库单元采用计算机数据库维护软件，可以通过USB接口可下载铁路运行数据信息；也可以通过无线通信方式向调度中心请求下载铁路运行数据信息。

GIS数据库单元具有自动学习更新数据库功能，当机车运行到新的调度区段时，可以向调度中心请求下载相应区段的铁路运行数据,进行GIS数据库数据更新；也可以根据卫星定位信息、车次号信息和机车司机操作，自动生成相应区段的铁路运行数据以及确定机车当前位置和运行状态，实现列车启动时，自动识别列车正处于上行或下行线路至主控单元，主控单元进行相应的数据处理后，将提示信息发送至操作终端，操作终端将提示信息进行显示，并发出相应的语音提示提醒司机进行相应的操作，实现自动识别所处站段信息，实现机车运行至不同区段自动模式切换功能，实现司机操作语音提示功能。

本发明的通用式机车电台基于智能GIS系统应用技术，实现通用式机车电台自适应不同线路不同工作模式的通信需求，根据列车运行轨迹自动对GIS数据库中信息进行更新，并在特定时间、特定位置对司机应做操作进行相应的语音提示，极大降低通用式机车电台铁路运行数据库的维护工作，增加通用式机车电台工作的可靠性，提高铁路运输的安全性。

接口单元

基于USB接口，实现各单元软件升级功能，实现主机参数查询与设置，实现对记录单元数据的读取、删除等操作，实现对GIS数据库的写入、读取、删除、修改等操作。主机参数包括450MHz数字电台发射功率和接收门限、400KHz数字电台发射功率和接收门限、天线驻波比、工作模式、通信频率、通信频组、本机ID、电话本联系人列表、系统时间等。基于RS422接口，主控单元每隔200ms获取一帧车次号信息，通过450MHz数字信道机和400KHz数字信道机发送至车次号地面接收设备，并将车次号信息发送至GIS数据库。

电源单元

电源单元9包括直流电源DC110V转DC13.8V电源模块和DC12V电池，为主机各单元提供稳定可靠的工作电压。所述直流电源DC110V转DC13.8V电源模块与外部输入电源连接，外部输入电源停止供电时，由所述DC12V电池提供供电电源。电源单元能在外界直流供电切断后为通用式机车电台提供不小于2个小时的供电。电源单元给通用式机车电台供电时，通用式机车电台主控板电池过放保护电路可实现电池的过放保护功能。

本发明的通用式机车电台采用400KHz感应制式通信和450MHz数模兼容B、C制式通信组成的无线列调数字移动集群通信系统。450MHz B通信制式实现异频双工通信，C通信制式实现异频单工或同频单工通信，因此兼容现有铁路不同线路多种通信方式的需求。工作模式切换有自动切换和手动切换两种方式。用户可通过接收的卫星定位信息与GIS数据库数据进行比对，实现自动切换工作模式功能。在卫星定位功能失效或用户强制进入手动切换模式时，通过对操作终端按键操作，实现手动切换工作模式功能。通用式机车电台支持工作模式记忆功能，即设备开机后，工作在关机前所记忆的工作模式。

本发明的通用式机车电台在数字通信状态下，系统采用全网统一编号的方式，实现网内用户身份识别和权限管理，实现基于号码的无线列调通信设备间有线、无线通信。通用机车电台数字通信模式下，支持基于号码的个呼、组呼、广播、紧急呼叫、多方通话等功能。模拟工作模式下，通用式机车电台采用亚音频作为呼叫信令的方式，实现通信设备的设备类型识别功能。

语音通信功能

通用机车电台工作于数字模式下时，450MHz数字信道机和400KHz数字信道机接收的无线语音数字信息，经过主控单元一路送至操作终端，操作终端DSP语音信号处理将数字信号转化为模拟语音信号，送至喇叭进行播放；另一路送至记录单元进行录音存储。操作终端话筒语音信号经过DSP语音信号处理将模拟语音信号转化为数字语音信号送至主机，主机主控单元将语音信号一路送至450MHz数字信道机和400KHz数字信道机进行无线发送，另一路送至记录单元进行录音存储。通用式机车电台采用DSP语音处理技术，有效解决环境噪声的抑制问题。

通用式机车电台工作于模拟模式下时，450MHz数模兼容数字信道机接收模拟无线语音信号，经过主控单元音频通道，一路送至操作终端喇叭进行播放；另一路送至记录单元进行录音存储。400KHz数字信道机接收的语音信号经过DSP语音信号处理后将数字信号转化为模拟信号，经过主控单元音频通道，一路送至操作终端喇叭进行播放；另一路送至记录单元进行录音存储。操作终端话筒语音信号送至主机，主机主控单元控制语音通道，将语音信号一路送至450MHz数模兼容数字信道机进行无线发送；一路送至400KHz数字信道机进行DSP语音数字处理后，进行无线发送；一路送至记录单元进行录音存储。

数字通信功能

数字工作模式下，450MHz数字信道机和400KHz数字信道机无线接收的数据信号，发送至主控单元，主控单元一路发送至操作终端进行相应的显示和声光提示；一路发送至记录单元进行存储，一路发送至GIS数据库进行调度命令识别。操作终端需发送的数字信息和编码器接口接收的车次号信息，送至主控单元CPU进行数据处理后，一路送至450MHz数字信道机和400KHz数字信道机进行无线发送，一路送至记录单元进行存储。

模拟工作模式下，450MHz数字信道机和400KHz数字信道机无线接收的FFSK数据信号，经450MHz数字信道机和400KHz数字信道机的FFSK调制解调电路解调后，一路发送至主控单元，主控单元发送至操作终端进行相应的显示和声光提示，一路送至记录单元进行存储。操作终端需发送的FFSK数据信息和编码器接口接收的车次号信息，送至主控单元CPU进行数据处理后，一路送至450MHz数字信道机和400KHz数字信道机进行FFSK调制后，进行无线发送，一路送至记录单元进行存储。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，可当作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种基于双频段组合通信制式的通用式机车电台，其特征在于，所述通用式机车电台包括主机和操作终端(1)；其中，

所述主机包括450MHz无线通信单元(2)、400KHz无线通信单元(3)、卫星接收单元(4)、主控单元(5)、GIS数据库单元(6)、记录单元(7)、接口单元(8)和电源单元(9)；其中，

天馈线单元(10)分别与450MHz数字通信单元(2)、400KHz数字通信单元(3)和卫星接收单元(4)连接；450MHz无线通信单元(2)、400KHz无线通信单元(3)和卫星接收单元(4)与主控单元(5)连接；主控单元(5)分别与GIS数据库单元(6)、记录单元(7)、接口单元(8)和操作终端(1)连接；操作终端(1)与打印单元(11)连接。

2.如权利要求1所述的通用式机车电台，其特征在于，操作终端(1)包括第一CPU(101)，第一CPU(101)分别与USB接口(102)、RS232接口(103)、第一RS422接口(104)、第一CAN接口(105)、DSP芯片(106)和GPIO接口(107)连接；其中，USB接口(102)与计算机连接，用于实现计算机高速数据下载功能；RS232接口(103)与控制台连接，用于实现Linux控制台功能；第一RS422接口(104)与打印机连接，用于实现图文的打印功能；第一CAN接口(105)与所述主机连接，用于实现与主机的语音、数据信息的交互；DSP芯片(106)通过IIS接口与喇叭和话筒连接，用于实现话筒语音编码和喇叭语音解码功能；GPIO接口(107)，用于实现语音通道、按键背光及液晶背光的控制功能以及实现8×8按键扫描功能。

3.如权利要求2所述的通用式机车电台，其特征在于，第一CPU(101)由ARM Cortex-A8内核微处理器构建的，且操作终端(1)具有512M字节的RAM(108)、1G字节的FLASH(109)以及320×240的TFT液晶显示(110)。

4.如权利要求1所述的通用式机车电台，其特征在于，450MHz数字通信单元(2)采用450MHz数模兼容数字信道机且采用B、C制式通信，400KHz数字通信单元(3)采用400KHz数字信道机且采用感应制式通信，所述450MHz数模兼容数字信道机和400KHz数字信道机通过UART接口与主控单元(5)连接，用于实现与主控单元的语音、信令、FFSK数据的数字通信。

5.如权利要求1所述的通用式机车电台，其特征在于，卫星接收单元(4)通过UART接口与主控单元(5)连接，以使卫星接收单元(4)向主控单元(5)输出卫星定位信息，主控单元(5)向操作终端(1)、记录单元(7)和智能GIS数据库单元(6)输出卫星定位信息。

6.如权利要求1所述的通用式机车电台，其特征在于，GIS数据库单元(6)通过CAN接口与主控单元(5)连接，用于实现主控单元与GIS数据库单元的数据通信。

7.如权利要求1所述的通用式机车电台，其特征在于，记录单元(7)通过CAN接口与主控单元(5)连接，用于实现主控单元(5)与记录单元(7)的数据通信。

8.如权利要求1所述的通用式机车电台，其特征在于，接口单元(8)包括450MHz天线接口、400KHz天线接口、卫星天线接口、主机USB接口(801)、第二RS422接口(802)和第二CAN接口(803)；其中，450MHz无线通信单元(2)通过450MHz天线接口与450MHz天线连接，400KHz无线通信单元(3)通过400KHz天线接口与400MHz天线连接，卫星接收单元(4)通过卫星天线接口与卫星天线连接；主机USB接口(801)通过UART接口与主控单元(5)连接，且主机USB接口(801)与计算机连接，用于实现计算机数据下载；第二RS422接口(802)通过UART接口与主控单元(5)连接，且第二RS422接口(802)与车次号编码器连接，用于发送车次号信息；第二CAN接口(803)与操作终端(1)连接。

9.如权利要求1所述的通用式机车电台，其特征在于，电源单元(9)包括直流电源DC110V转DC13.8V电源模块和DC12V电池，所述直流电源DC110V转DC13.8V电源模块与外部输入电源连接，外部输入电源停止供电时，由所述DC12V电池提供供电电源。