铁路无人值守道口自动安全报警系统的设计

湖南华菱涟源钢铁有限公司 刘 源

【摘要】我国铁路系统经过逐步大提速以及大调图，列车运营速度得到了大幅度提高。同时，我国铁路系统具备错综复杂的线路网络，且与公路交叉口存在较多的交叉点，这就大量增加了铁路无人值守道口的状况。铁路无人值守道口，极易导致交通事故的发生，不仅会造成经济损失，且会引起人员伤亡。因此，有必要针对铁路无人值守道口，对自动安全报警系统进行科学设计。本文基于实践经验，探究了免布线无人值守道口自动声光报警装置的设计，以期为铁路无人值守道口自动安全报警系统设计提供借鉴。【关键词】铁路；无人值守；自动安全报警系统

0 前言

当前，我国日益重视铁路运输安全。在铁路无人值守道口，有必要借助自动安全报警系统对一定距离范围内行进火车实施有效探测和及时报警，对铁路无人值守道口交叉公路上的车辆和行人进行及时报警通知，提醒车辆和行人对行进中的火车进行避让，实现对车辆和行人安全的有效保障，确保火车对平交道口安全顺利通过。因此，有必要充分利用先进技术，并借鉴实践经验，对铁路无人值守道口自动安全报警系统进行科学设计。

1 自动安全报警系统的设计意义

当前，我国诸多铁路线路对城郊以及村庄进行经过，铁路沿线存在大量的无人值守道口。同时，道路交通车辆和行人数量日益增多。在铁路无人值守道口，仅凭铁路机车发出鸣笛示警，已经难以有效提醒沿线道路交通车辆和行人避让行进的机车，难以有效保障铁路沿线道路交通车辆以及行人安全，极易引发交通安全事故，造成较大的经济损失和人员伤亡。因此，为有效保障铁路无人值守道口附近交通车辆和行人的安全，有效避免交通安全事故的发生，有必要对自动安全报警系统进行科学设计，为铁路无人值守道口附近的车辆和行人发出有效的警报和醒目的安全提示[1]。在城郊环境下，对传统的声光报警器进行安装，要充分考虑取电以及地面布线防盗等问题。受各类限制性因素的影响，难以实现对传统声光报警器的有效安装。因此，有必要基于实践经验，对免布线无人值守道口自动声光报警装置进行设计和应用推广。

2 系统组成以及工作原理

当行进的火车接近铁路无人值守道口时，行进机车上相应的副司机实施鸣笛操作，同时相应电路实现自动接通，并对报警器相应的无线信号进行控制开启，报警装置在完成对无线信号以及汽笛声音的有效接收后，设置于铁路无人值守道口的相应警示灯发亮，同时，将报警声音有效打开，对道路交通车辆以及行人发出警示，当行进的机车停止鸣笛操作，或者机车对铁路无人值守道口远离时，停止发出警报[2]。该系统主要采用如下技术指标：

（1）对太阳能电池板以及蓄电池进行选用，将之作为该系统的供电装置。

（2）采用低功耗的电路设计，有效保障蓄电池在不充电状态

下，能实现三天以上的正常使用。

（3）在控制方法上，对机车无线控制进行采用，并借助机车发出的汽笛声音对报警进行触发，实现行进过程中的机车对报警器的有效控制和开启，并实现对误报的有效减少。

（4）该系统安装相对简便，且日常维护具有较强的便捷性，耗费的维护成本相对较低。在整个铁路无人值守道口，仅需对一个机箱、两对警示器以及高音扬声器进行设置，并将之在铁路无人值守道口相应的线杆上进行固定[3]。

3 系统硬件及软件设计

3.1 系统硬件设计

该系统要选用适宜的单片机、无线接发模块、分贝传感器、A/D转换器以及电源等。其中，要选用太阳能电池板以及蓄电池作为该系统的供电来源，无需对供电线路进行采用，同时具有较强的环保节能优势，能实现对系统运行成本的有效降低，呈现出较强的经济性和实用性，具有极高的推广应用价值。采用型号为SM-5P的太阳能极板对12V/7.5AH蓄电池进行充电，其饱和充电电流为0.1A，实现对蓄电池充电要求的有效满足，但要避免过度充电。采用低功耗电路设计，在待机状态下，仅无线接收器保持工作状态，实测整机待机电流为7mA。采用高亮度的LED发光管对警示灯进行制作，在警示灯全亮状态下，其电流为0.2A，该警示灯具有闪烁发光效果，能增强报警提醒的醒目性，其实测平均电流为0.1A。音频发生器会产生0.8s锯齿波调制的750HZ音频，并形成钟声。在音频功率放大器的有效推动下，高音扬声器将报警音发出，实测音频功放电路在工作状态下，其平均电流为1.1A[4]。3.2 系统软件设计

该系统主要包括以下三部分程序：（1）总监视器运行程序。总监视器运行程序流程如下：在初始化状态下，总监视器与控制器进行通信联系，若通信正常，则通信子程序启动，当检测时间到来后，若存在故障，则对故障类型及位置进行显示，并停机；若不存在故障，则发送启动信号进入正常工作状态，有效发送启动信号。（2）控制器运行程序。控制器运行程序流程如下：在初始化状态下，各控制器与总监视器进行通信联络，若通信正常，则启动通信子程序；若通信不正常，则向总监视器报通信故障。若初检正常，则启动进入列车接近报警子程序；若初检不正常，则将电路初检故障向总监视器报告。（3）机车接近报警程序。机车接近报警程序运行流程如下：若机车接近，则判定报警方式并报警，同时进行声

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ELECTRONICS WORLD・技术交流幅值-495kV，各参数设计在误差范围内，满足本文设计目标。

4 Tesla变压器电气参数设计

5 总结

根据上一章节研究分析可知，特斯拉变压器输出电压幅值在T=1、耦合系数为0.6时，在第二峰值处电压达到最大值，更符合实际设计。本文在输入电压为2kV情况下，为得到500kV的输出电压，初级和次级线圈参数如下表所示：

表1 500kV输出电压电气参数

L1(μH)2.8

L2(mH)192

C1(μF)4

C2(pF)60

k0.6

R1(Ω)0.03

R2(Ω)5.2

本文对Tesla变压器工作原理做了简要介绍，分析了在不同耦合系数下，输出电压增益随着失谐系数的变化而变化，并且当T=1时，电压增益效果最好，采用matlab仿真工具绘出不同耦合系数下的电压输出波形，并且当k=0.6时最佳，最后设计出500kV输出电压的电气参数。参考文献

[1]张自成.紧凑重频Tesla变压器型吉瓦脉冲发生器[D].国防科学技术大学,2008.

[2]吴红光,王晓,李玺钦.300kV高压脉冲发生器[J].强激光与粒子束,2012,177(3):217-220.

[3]姜立秋,王之江,俞斌,等.Tesla变压器型重复频率纳秒脉冲源的研制[J].强激光与粒子束,2015,211(1):183-187.

[4]刘云龙.Tesla变压器型脉冲源及其应用研究[D].华中科技大学,2015.

[5]熊洋志.基于特斯拉线圈的高压发生器技术研究[D].华中科技大学,2014.

忽略初级和次级绕组中的漏感，根据matlab仿真可得出输出电压波形为：

图4 次级输出电压U2

作者简介：

许强唯（1994—），女，硕士研究生，研究方向为电力系统及其自动化。

与理想情况不同（图3所示），由于电路中初次级包含回路电阻，因此图4的电压整体呈衰减振荡趋势，此时次级电压输出最大

（上接第161页）

光自检，机车通过后，传感器检测子程序启动，关闭正常信号并向总监视器报停机[5]。3.3 抗干扰处理

报警装置的启用：当铁路机车对铁路无人值守道口进行靠近时，机车配置的副司机将鸣笛按钮按下，同时，对无线发射模块按钮进行接通，将信号发送至道口报警装置，道口无线接收模块对信号进行接收并实施解码确认，驱动控制器进行工作，并使警示灯开启闪烁，同时对音频发生器和音响进行控制，将声光报警信号有效发出。同时，司乘人员对铁路无人值守道口设置的警示灯实际工作情况进行观察，对报警器是否实现正常开启进行确认。报警装置的停止：当行进的铁路机车完成对铁路无人值守道口的顺利通过后，该报警装置即停止工作。

济效益，还能及时有效地向车辆和行人发出报警通知，提醒车辆和行人对行进中的火车进行避让，能有效保障车辆和行人安全，实现对意外事故的有效避免，能有效缓解铁路机车经过铁路无人值守道口时的运行压力。

5 结语

综上所述，免布线无人值守道口自动声光报警装置，对太阳能电池板以及蓄电池采用，并采用低功耗的电路设计，采用机车无线控制，并借助汽笛声音对警报进行触发，及时有效地向车辆和行人发出报警通知，具有显著的有效性和可靠性，且具有显著的经济效益和社会效益，具有极高的应用推广价值。

参考文献

[1]唐建国.企业专用铁路计轴式无人值守道口报警系统的应用[J].铁道科学与工程学报,2013,10(6):125-128.

[2]王辉.无人值守铁路道口自动化系统[D].苏州大学,2013.[3]范宇,乔莉.铁路专用线无人值守道口调车作业安全警示装置的开发与应用[J].中国新技术新产品,2014(5):183-184.

[4]王进阁.基于电力系统自动化的铁路平交道口报警器设计[D].吉林大学,2013.

[5]张志钢,李学峰,甘言礼.基于PLC的铁路道口智能安全报警系统设计[C]//中国控制与决策会议,2014.

4 系统综合效益

4.1 系统经济效益

该声光自动报警装置设计简单小巧，且安装极为便捷，具有较强的实用性，同时，所需的日常维护费用相对较低，对单个铁路无人值守道口而言，对该装置进行安装，所需费用在2000元以下，相比于同类型的其他报警装置，能节省5万元左右的费用，呈现出极高的应用推广价值。4.2 系统社会效益

在铁路无人值守道口对该装置进行安装，不仅能带来显著的经

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