本发明专利技术公开了一种城轨交通运营安全模拟沙盘的多功能解码控制器。该解码控制器中电源电路为整个解码控制器供电，DCC解码电路、模式选择与状态指示电路均接入单片机，单片机的PWM端口通过多路模拟开关接入舵机驱动接口，I/O端口通过功率放大电路接入信号灯与电磁道岔驱动接口；DCC解码电路首先将输入的DCC信号进行光电隔离，转换为单片机能识别的波形，单片机完成DCC信号的解码；获得控制信息后，单片机的PWM端口通过多路模拟开关向舵机驱动接口发送舵机控制信号，实现对道岔的转撤控制和对挡杆的控制，单片机I/O端口发送的电平信号经功率放大电路后实现对信号灯或电磁道岔搬道器的控制。本发明专利技术能完成对道岔、信号灯和挡杆等静态沙盘对象的控制，具有功能多、成本低、兼容性强的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种城轨交通运营安全模拟沙盘的多功能解码控制器
本专利技术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多功能解码控制器。
技术介绍
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。静态沙盘对象是指区别于列车模型之外的，布置在模拟沙盘确定位置的对象，如道岔、信号灯和档杆等。道岔转辙机可分为舵机转撤和电磁转撤两种。舵机转撤在轨道上安装小舵机，通过连杆机构实现道岔的转撤控制。电磁转撤在道岔附件上安装两个电磁线圈，通过线圈内部的卡簧实现锁闭功能，当需要进行转辙时，控制系统对应的驱动电路输出电流至电磁线圈，并克服卡簧的锁闭，从而带动叉芯位移实现道岔转辙。信号灯一般采用简单的发光二极管，采用开关量输出驱动显示。档杆是指汽车道与轨道切换处，有列车通过过程中汽车道禁止通行的一种装置，主要为了实现切换处列车通过时档杆放下，无列车时档杆伸起的仿真。档杆通常为一条长塑料直杆，尾部配有质量块以达到转动是的力矩匹配。通过舵机便可简便的实现档杆的控制。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(DigitalCommand Control, DCC)控制静态对象,使得系统兼容性差。且系统无法实现分布式控制，现场道岔信号灯均集成在一块控制板，导致场景内走线杂，系统可维护性较差。且该系统仅能完成电磁道岔转撤机，LED信号灯的控制，功能单一，无法完成城轨交通模拟沙盘控制的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种城轨交通运营安全模拟沙盘的多功能解码控制器，以完成对道岔、信号灯和档杆等静态沙盘对象的控制，具有功能多、成本低、兼容性强和满足分布式要求的特点。实现本专利技术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多功能解码控制器，包括电源电路、DCC解码电路、模式选择与状态指示电路、单片机、多路模拟开关、功率放大电路、舵机驱动接口、信号灯与电磁道岔驱动接口，其中电源电路为整个解码控制器供电，DCC解码电路、模式选择与状态指示电路均接入单片机，单片机的PWM输出端口通过多路模拟开关接入舵机驱动接口，单片机的I/O端口通过功率放大电路接入信号灯与电磁道岔驱动接口；电源电路将外部交流或直流电源整流成稳定的直流电源，并且电源电路兼容DCC信号整流供电；DCC信号给控制器供电时，DCC解码电路首先将输入的DCC信号进行光电隔离，转换为单片机能识别的波形，单片机通过电平变化中断和定时器完成DCC信号的解码；获得控制信息后，单片机的PWM输出端口通过多路模拟开关向舵机驱动接口发送舵机控制信号，实现对道岔的转撤控制和对挡杆的控制，单片机I/O端口发送的电平信号经功率放大电路后实现对信号灯或电磁道岔搬道器的控制。本专利技术与现有技术相比，其显著效果是:(1)功能多样，可以实现道岔、信号灯和档杆等现有的城市轨道交通模拟沙盘的静态对象控制；(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；(4)分布式，可实现在沙盘内不同位置布置，避免复杂的走线。【附图说明】图1为数字命令控制DCC信号时序示意图。图2为舵机道岔转撤机转撤原理示意图；图3为本专利技术城轨交通运营安全模拟沙盘的多功能解码控制器的结构示意图。图4为本专利技术城轨交通运营安全模拟沙盘的多功能解码控制器的电路原理图。图5为本专利技术舵机的标准控制信号波形图。图6为本专利技术解码控制器的外壳封装示意图，其中(a)为前面板，(b)为剖面视图。【具体实施方式】下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。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。解码器可对轨道数字电流进行整流后作为驱动电源，同时获取解码器地址，信号灯道岔等控制信号。图1表不出了 DCC信号时序不意图。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116 μ S，长波代表0，其周期为232 μ S，延伸O代表数据包结束，周期在95 μ s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I组成，数据字节不大于4且每个字节由O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倉泛。图2表示出了舵机型道岔转撤的典型应用方法。安装支架13由紧固螺钉14固定在模拟沙盘支撑板11上，舵机12由安装支架13安装在支撑板11下方，支撑板内有可以由金属导杆9通过的小孔。舵机转动，带动金属导杆9在轨道部分相应的转动，从而实现道岔的转撤。当需要进行转撤时，单片机控制舵机即可实现对道岔转撤的控制。结合图3，本专利技术城轨交通运营安全模拟沙盘的多功能解码控制器，包括电源电路1、DCC解码电路2、模式选择与状态指示电路3、单片机4、多路模拟开关5、功率放大电路7、舵机驱动接口 6、信号灯与电磁道岔驱动接口 8，其中电源电路I为整个控制器供电，DCC解码电路2、模式选择与状态指示电路3均接入单片机4，单片机4的PWM输出端口通过多路模拟开关5接入舵机驱动接口 6，单片机4的I/O端口通过功率放大电路7接入信号灯与电磁道岔驱动接口 8 ;电源电路I将外部交流或直流电源整流成稳定的直流电源，并且电源电路I兼容DCC信号整流供电；DCC信号给控制器供电时，DCC解码电路2首先将输入的DCC信号进行光电隔离，转换为单片机4能识别的波形，单片机4通过电平变化中断和定时器完成DCC信号的解码；获得控制信息后，单片机4的PWM输出端口通过多路模拟开关5向舵机驱动接口 6发送舵机控制信号，实现对道岔的转撤控制和对挡杆的控制，单片机4的I/O端口发送的电平信号经功率放大电路7后实现对信号灯或电磁道岔搬道器的控制。所述电源电路I包含交直流转换桥路、集成稳压芯片、模式选择开关和滤波电容，外部交流12?20V或直流12-20V电源，经过交直流转换桥路后输入至集成稳压芯片，得到直流电源，为解码器各部分电路供电；电源电路I同时兼容整流DCC信号直接供电功能，DCC信号接入另一交直流转换桥路，整流后接入集成稳压芯片的输入端，得到直流电源本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种城轨交通运营安全模拟沙盘的多功能解码控制器，其特征在于，包括电源电路、DCC解码电路、模式选择与状态指示电路、单片机、多路模拟开关、功率放大电路、舵机驱动接口、信号灯与电磁道岔驱动接口，其中电源电路为整个解码控制器供电，DCC解码电路、模式选择与状态指示电路均接入单片机，单片机的PWM输出端口通过多路模拟开关接入舵机驱动接口，单片机的I/O端口通过功率放大电路接入信号灯与电磁道岔驱动接口；电源电路将外部交流或直流电源整流成稳定的直流电源，并且电源电路兼容DCC信号整流供电；DCC信号给控制器供电时，DCC解码电路首先将输入的DCC信号进行光电隔离，转换为单片机能识别的波形，单片机通过电平变化中断和定时器完成DCC信号的解码；获得控制信息后，单片机的PWM输出端口通过多路模拟开关向舵机驱动接口发送舵机控制信号，实现对道岔的转撤控制和对挡杆的控制，单片机I/O端口发送的电平信号经功率放大电路后实现对信号灯或电磁道岔搬道器的控制。
【技术特征摘要】
1.一种城轨交通运营安全模拟沙盘的多功能解码控制器，其特征在于，包括电源电路、DCC解码电路、模式选择与状态指示电路、单片机、多路模拟开关、功率放大电路、舵机驱动接口、信号灯与电磁道岔驱动接口，其中电源电路为整个解码控制器供电，DCC解码电路、模式选择与状态指示电路均接入单片机，单片机的PWM输出端口通过多路模拟开关接入舵机驱动接口，单片机的I/O端口通过功率放大电路接入信号灯与电磁道岔驱动接口 ； 电源电路将外部交流或直流电源整流成稳定的直流电源，并且电源电路兼容DCC信号整流供电；DCC信号给控制器供电时，DCC解码电路首先将输入的DCC信号进行光电隔离，转换为单片机能识别的波形，单片机通过电平变化中断和定时器完成DCC信号的解码；获得控制信息后，单片机的PWM输出端口通过多路模拟开关向舵机驱动接口发送舵机控制信号，实现对道岔的转撤控制和对挡杆的控制，单片机I/O端口发送的电平信号经功率放大电路后实现对信号灯或电磁道岔搬道器的控制。2.根据权利要求1所述的城轨交通运营安全模拟沙盘的多功能解码控制器，其特征在于，所述电源电路包含交直流转换桥路、集成稳压芯片、模式选择开关和滤波电容，外部交流12?20V或直流12-20V电源，经过交直流转换桥路后输入至集成稳压芯片，得到直流电源，为解码器各部分电路供电；电源电路同时兼容整流DCC信号直接供电功能，DCC信号接入另一交直流转换桥路，整流后接入集成稳压芯片的输入端，得到直流电源；两个供电模式通过拨码选择开关切换。3.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢宗义，陈岳剑，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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