一种应用于轨道电路室外监测的宽带电力载波通信系统的制作方法

本实用新型属于轨道交通领域，特别涉及一种应用于轨道电路室外监测的宽带电力载波通信系统。

背景技术：

随着铁路运营里程的不断增加，移频轨道电路作为铁路信号系统中的关键设备，面临着巨大的系统运维管理问题，因此轨道电路室外监测系统应运而生。现有的轨道电路室外监测系统所采用的窄带高速低压电力线载波通信技术，将要传输数据等信息转变成在电力线路上传输的高频信号，通过电力线传输具有少布线等优点。

目前轨道电路室外检测基本采用窄带高速或窄带低速电力线载波通信技术，该技术物理层通信速率较低，检测终端数据上报的实时性不高。而且窄带载波的频带范围比较窄，抗干扰性能较弱。当前轨道室外检测系统对数据实时性、多业务需求较高，窄带载波技术仍然无法满足。

因此，亟需一种传输速率高、满足轨道电路监测数据传输实时性要求的通信系统。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种应用于轨道电路室外监测的宽带电力载波通信系统，包括：

主端控制主机、多个主端载波装置、多个从端控制主机和与从端控制主相应的多个从端载波装置；

主端控制主机通过can总线分别与主端载波装置相连接；

每个主端载波装置通过各自对应的电力线通道分别与一组或多组从端载波装置和从端控制主机相连接。

进一步地，主端控制主机电源线分别连接多个隔离变压器输入侧，每个隔离变压器输出侧对应一个电力线通道。

进一步地，每个从端控制主机分别相应的从端载波装置通过uart接口相连接。

进一步地，主端载波装置的处理器芯片与can通信芯片间的通信总线之间设置有数字隔离芯片。

进一步地，从端控制主机选用arm32位处理器stm32f4xx系列作为主控芯片；

主端载波装置和从端载波装置均选用电力线载波通信芯片xc6300作为主控芯片。

进一步地，从端控制主机的处理器包含i2c接口、spi接口1、spi接口2，i2c接口与温度装置相连接，spi接口1通过ad采样电路1与电压装置相连接，spi接口2通过ad采样电路2与电流装置相连接。

进一步地，距离主端载波装置位置较近的从端载波装置直接与主端载波装置通过电力线相连接，作为一级节点，距离主端载波装置稍远的一个或多个从端载波装置作为二级节点，与一级节点的从端载波装置通过电力线连接，如此循环，形成多级网络树。

进一步地，主端载波装置设置有多路拨码开关。

进一步地，主端控制主机与主端载波装置安装于机箱内部，所述机箱放置于室内的轨道监测柜机中，从室内柜机引出电力线到室外的轨道线路中，在室内和室外的线路接头处使用防雷装置进行转接。

进一步地，从端载波装置安装于从端控制主机的外壳内部，连接接口通过焊接、灌胶处理，从端控制主机外壳整体安装于室外监测箱体内部。

本实用新型针对当前轨道室外检测系统的需求提出的应用于轨道电路室外监测的电力线载波通信系统，电力线采用了高速率高带宽的载波通信技术，主端采用多通道方式连接多个载波通信装置，相对于窄带电力线载波通信技术和微功率无线通信技术，本实用新型的宽带电力载波通信系统具有通信速率高、实时性强、抗干扰能力强、传输可靠性高、安装维护方便等优势。该系统能够满足轨道电路室外检测系统数据上报实时性、运行可靠稳定性、多业务支持等需求。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本实用新型实施例的应用于轨道电路室外监测的宽带电力载波通信系统结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例的从端控制主机与温度装置、电压装置和电流装置的连接关系示意图；

图3示出了根据本实用新型实施例的宽带电力载波通信系统的主端和从端连接关系示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种应用于轨道电路室外监测的宽带电力载波通信系统，主要由主端和从端组成，主端包含主端载波装置、主端控制主机，从端包含从端载波装置、从端控制主机。如图1所示，宽带电力载波通信系统包括主端控制主机、多个主端载波装置、多个从端控制主机和多个与从端控制主相应的从端载波装置。其中，主端载波装置与主端控制主机通过can总线连接，每个主端载波装置通过各自对应的电力线通道分别与一组或多组从端载波装置和从端控制主机相连接。

具体地，主端载波装置的处理器芯片与can通信芯片间的通信总线采用增加数字隔离芯片的方式进行隔离，以防止can通信总线的异常对处理器造成影响。

主端载波装置设置有多路拨码开关。具体地，多路拨码开关是焊接到主端载波装置上，通过多路拨码开关来配置不同的can通信id。具体地，每个主端载波装置与主端控制主机都接在一路can总线上，在can总线上通信时，通过can通信id标识来识别不同的主端载波装置，每个主端载波装置具有不同的id标识，主机通过不同的id标识区分数据来自于哪个主端载波装置。本实用新型实施例中，使用多路拨码开关的方式，主端载波装置的芯片通过读取多路拨码开关的组合形式，来设置自身的id标识，在主端载波装置发送数据时，根据can通信协议，填写自身id标识码字节。

主端载波装置和从端载波装置均选用电力线载波通信芯片xc6300作为主控芯片，该芯片具备电力线载波通信功能，兼顾功耗和性能设计，满足工业级要求。从端载波装置与从端控制主机通过uart串口连接，支持1200bps-921600bps通信速率，波特率自适应，采用偶校验，满足高速率的数据交互，软件上采用应答和异常重传机制，避免由于环境等其他因素影响导致的数据包丢失情况。

从端控制主机选用高性能的arm32位处理器stm32f4xx系列作为主控芯片，从端控制主机内置ad采样电路，从端控制主机与温度装置、电压装置、电流装置相连接，数据交互实时性高，能够在毫秒级延迟时间内获取到轨道的当前状态。从端控制主机采集到轨道状态数据后，每秒向从端载波装置发送一帧数据，其中包含了轨道的温度、电压、电流等信息，从端载波装置接收到数据后，将数据上报至主端载波装置，主端载波装置接收到数据后，将数据上报至主端控制主机。

如图2所示，从端控制主机的处理器包含i2c接口、spi接口1、spi接口2，i2c接口与温度装置相连接，spi接口1通过ad采样电路1与电压装置相连接，spi接口2通过ad采样电路2与电流装置相连接。温度装置部署在轨道侧，用于监测轨道环境温度；电流装置用于监测轨道电路的短路电流、开路电流；电压装置用于监测轨道电路的电压。

如图3所示，主端载波装置与主端控制主机通过can接口连接，从端载波装置与从端控制主机通过uart接口连接。从端载波装置通过电力线，依据宽带载波通信协议与主端载波装置建立链接，加入主端载波装置组建的网络，通过uart接收从端控制主机的业务数据，然后按宽带载波通信协议打包数据，将数据通过电力线发送给主端载波装置。

宽带电力载波通信系统通过主端和多个从端构成网络树，多个从端布设在沿轨道线路的不通位置上。具体地，距离主端载波装置位置较近的从端载波装置直接与主端载波装置通过电力线相连接，作为一级节点，距离主端载波装置稍远的一个或多个从端载波装置作为二级节点，与一级节点的从端载波装置通过电力线连接，如此循环，形成多级网络树。网络树最大层级为15级。

本系统主端和从端采用多通道电力线设计，每个主端控制主机提供多个电力线通道，示例性的，主端控制主机可接入4个电力线通道，每个通道可接入多个从端载波装置和从端控制主机，目的是能够满足间隔1秒的数据实时上传间隔要求。具体地，主端控制主机电源线分别连接多个隔离变压器输入侧，每个隔离变压器输出侧就对应一个电力线通道，该电力线通道通过主机的开关后，引出到室外连接从端载波装置和从端控制主机。从端载波装置、从端控制主机、主端载波装置、主端控制主机都是连接到电力线上的，载波装置利用电力线来通信，控制主机利用电力线来供电。因为在轨道电路室外检测系统的应用中，总电力线距离达到20km，需要部署几十个监测节点，传统的监测电路采用单通道设计，会导致节点上传实时数据的延时高，达不到1秒实时上传的实时性要求。

主端载波装置通过航空插头与主端控制主机连接，主端控制主机与主端载波装置安装于机箱内部，机箱放置于室内的轨道监测柜机中，机箱设置电源总开关，还设置有主端载波装置的多路拨码开关，能够对每一通道的主端载波装置进行开断点控制，从而控制主机与每一通道对应的从端的连接开断。从室内柜机引出电力线到室外的轨道线路中，其中在室内和室外的线路接头处使用防雷装置进行转接，做防雷处理，提高安全性和可靠性。从端载波装置安装于从端控制主机的外壳内部，连接接口通过焊接、灌胶处理，从端控制主机外壳整体安装于室外监测箱体内部，与室外轨道监测箱体通过航空插头插接的方式连接，箱体整体做防水处理。

本实用新型应用于轨道室外检测的电力线载波通信系统，采用电力线载波通信、多通道载波通信装置连接方式，提高了轨道电路监测的数据传输能力，能够达到实时性的要求。电力线载波通信系统的宽带电力载波通信线路，利用覆盖范围在0.5mhz-12mhz范围广泛电力线作为数据通信的载体，在通信频段范围内采用信道自适应的ofdm调制技术，在通信速率及数据通信安全等性能上都要比窄带电力载波好，且相对于窄带载波通信，宽带载波通信成本并未增加多少，性价比高。并采用多层级网络树组网结构，能够满足布设在较长轨道多个监测点的需求。本实用新型实施例的电力线载波通信系统，频率范围在0.5mhz-12mhz，支持信道自适应的ofdm调制技术，因为频率范围是可调整的，轨道电路布设的电力线上的低频干扰小，因此，频率会调整到低频段，低频段信号在线路上传输时损耗小，传输距离更远，从而能够适应轨道电路的阻抗特性，点对点通信距离可达5km。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。