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摘 要：为了使铁路系统信号系统更加安全、可靠、稳定的运行，就必须保证铁路信号灯的安全运行。但现有的铁路信号灯点装置仍存在各式各样的问题，本设计是基于互联网的关于铁路信号点灯装置总机系统的设计，包括以太网数据传输的引入、报警通道的冗余设计、总机主令功能的开发等。同时，本系统还引入了CAN网络，与以太网共同构成本系统通信线路的冗余结构。
关键词：铁路信号点灯监控;监测总机;以太网;CAN总线
0.引言
近年来我国铁路事业的发展迅速，已处于世界领先的地位。与此同时，铁路信号系统的发展也必须紧跟铁路系统的发展。以前铁路信号灯的检测和维修工作大部分由人工操作完成，效率和容错率都比较低，因此如今必须实现铁路信号系统的自动化和智能化。因此本设计作为基于互联网的铁路信号点灯装置总机系统的设计，将从点灯装置总机设计方面解决当前存在的一些问题。
1.研究背景
近年国内已有许多关于铁路信号灯店等装置的产品，有代表性的诸如济南三鼎等公司的产品，但这些产品仍存在一些问题。如：
（1）报警通道可靠性较低：一些产品的报警通道单一且没有总线仲裁功能，当多个信号机同时出现故障时，容易造成数据混乱从而发生误报。
（2）主从机信息交互机制单一：主从机间的通信仅限于灯丝故障时报警信号的传输及显示，室内总机的主令功能有待开发。
针对这些问题，本设计引入了CAN网络和以太网，实现冗余设计;对报警通道模块的设计进行完善，使系统的自动化和智能化程度进一步提高，提高了维修的效率和容错率，也提高了系统的安全性。
2.监测总机单元设计
监测总机一般设置在室内，其主要功能为监测整个监控系统的运行状态、接收报警信号、将监测结果进行储存及显示等。监测总机是完成人机交互的终端设备，是整个系统信息传递的最后一步，因此其重要性不可忽视。由于总机面向的对象是相关的技术人员（或作业检修人员），因此，友好的人机交互性与人性化的主令操作机制便是监测总机设计的目标与宗旨。
监测总机主要由嵌入式主控板、存储器、显示器、操作按钮及通信控制器等部分组成，其原理结构图如图4-1所示。
其中，存储器将监测总机获得的监测信息进行存储，便于相关工作人员对历史工作记录情况的查看;显示器则将相应的监测信息显示出来，是人机交互的直接设备，完成了信息从系统到工作人员的传递;若灯丝或系统其他位置发生故障，故障信号将会通过报警通道传至总机，从而出现在显示屏上，使得工作人员接收到故障信息并安排后续的检修工作。
操作按钮是进一步实现人机交互和主令操作机制开发的重要设备。通常，操作按钮与系统软件共同完成一项特定的功能，系统软件决定了功能的内容，操作按钮则是运行某一项功能的终端接口。本设计功能如下：
（1）系统自检：按下“自检”按钮后，系统将会检查各个模块的工作状态，包括主副灯丝的电压和电流值是否正常、电源是否正常、报警分机是否正常应答、报警通道是否保持通畅等，并将这些工作状态投至显示屏供相关工作人员查看。
（2）查询工作记录：系统的每一次自检与每一次故障报警的信息都会被总机存储至本地，便于相关工作人员对历史工作记录情况的查看，因此本系统设计了“查询”按钮以完成此需求。按下“查询”按钮后，显示器会显示系统之前每一次的自检信息与收到的报警信息，按时间顺序从新到旧依次排列;相关工作人员可根据这些信息安排下一次自检的间隔时间，并且可根据历史报警信息来总结故障多发处的地点规律、时间规律等，方便工作人员对系统总体的了解与制定下一步完善系统的计划。
（3）报警清除：故障发生时，故障信息会于显示屏显示，以提醒工作人员安排人工检修。若工作人员已经收到报警信息，在安排好后续检修工作后即可按下“报警清除”按钮，显示器上的报警提示即会消失，方便为下一次系统自检或接收报警信息做好准备。
3.报警通道的设计
报警通道，即为监测总机与报警分机之间的通信机制，是报警信息与其他通信数据传递的载体。本设计同时引入了以太网和CAN网络，实现了报警通道的冗余设计;当其中某一报警通道发生故障时，另一通道也会对通信信息进行传输，使系统不至于发生大面积的通信瘫痪，大大提高了数据传递的可靠性;另外，以太网和CAN网络的通信通道没有直接的电气连接，当其中一个网络发生故障时，不会影响另一网络的正常工作。
CAN网络和以太网在系统中不采用主备形式工作，而采用双网并入，正常工作時，两个通道都会向总机发送数据，这时总机先以从以太网接收端获得的信息为准，再用从CAN网络接收端获得的数据来校验，校验一致则予以正常显示，不一致则总机端会收到报警信号，提醒工作人员对报警通道进行检修。
3.1以太网的引入
本设计引入基于CH9121的网络串口透传模块实现以太网。此模块支持10/100M、全双工/半双工自适应以太网接口，具有TCP CLEINT/SERVER和UDP CLEINT/SERVER 4种工作模式，串口波特率最高可支持到921600bps。其串口参数和网络参数可通过上位机软件轻松配置，方便快捷，整体上完全可以满足本设计对于数据传输性能的要求。
基于CH9121的网络串口透传模块主要以网络芯片CH9121为核心，通过网络转TTL电平串口，可实现网络数据和串口数据的双向透明传输。其原理图如图5-1所示。
在本设计中，每个报警分机都以以太网为媒介与监控主机进行连接，以实现报警信号从报警分机传输到监控主机。单个设备的数据传输框架图如图5-2所示。
在图5-2中，MCU/串口设备即为与每组信号机灯丝配套的报警分机，计算机/服务器设备即为室内监测总机。基于此模型可以构建出每个报警分机与监测总机之间基于以太网的主从式数据传输通道，其结构图如图5-3所示。
关键词：铁路信号点灯监控;监测总机;以太网;CAN总线
0.引言
近年来我国铁路事业的发展迅速，已处于世界领先的地位。与此同时，铁路信号系统的发展也必须紧跟铁路系统的发展。以前铁路信号灯的检测和维修工作大部分由人工操作完成，效率和容错率都比较低，因此如今必须实现铁路信号系统的自动化和智能化。因此本设计作为基于互联网的铁路信号点灯装置总机系统的设计，将从点灯装置总机设计方面解决当前存在的一些问题。
1.研究背景
近年国内已有许多关于铁路信号灯店等装置的产品，有代表性的诸如济南三鼎等公司的产品，但这些产品仍存在一些问题。如：
（1）报警通道可靠性较低：一些产品的报警通道单一且没有总线仲裁功能，当多个信号机同时出现故障时，容易造成数据混乱从而发生误报。
（2）主从机信息交互机制单一：主从机间的通信仅限于灯丝故障时报警信号的传输及显示，室内总机的主令功能有待开发。
针对这些问题，本设计引入了CAN网络和以太网，实现冗余设计;对报警通道模块的设计进行完善，使系统的自动化和智能化程度进一步提高，提高了维修的效率和容错率，也提高了系统的安全性。
2.监测总机单元设计
监测总机一般设置在室内，其主要功能为监测整个监控系统的运行状态、接收报警信号、将监测结果进行储存及显示等。监测总机是完成人机交互的终端设备，是整个系统信息传递的最后一步，因此其重要性不可忽视。由于总机面向的对象是相关的技术人员（或作业检修人员），因此，友好的人机交互性与人性化的主令操作机制便是监测总机设计的目标与宗旨。
监测总机主要由嵌入式主控板、存储器、显示器、操作按钮及通信控制器等部分组成，其原理结构图如图4-1所示。
其中，存储器将监测总机获得的监测信息进行存储，便于相关工作人员对历史工作记录情况的查看;显示器则将相应的监测信息显示出来，是人机交互的直接设备，完成了信息从系统到工作人员的传递;若灯丝或系统其他位置发生故障，故障信号将会通过报警通道传至总机，从而出现在显示屏上，使得工作人员接收到故障信息并安排后续的检修工作。
操作按钮是进一步实现人机交互和主令操作机制开发的重要设备。通常，操作按钮与系统软件共同完成一项特定的功能，系统软件决定了功能的内容，操作按钮则是运行某一项功能的终端接口。本设计功能如下：
（1）系统自检：按下“自检”按钮后，系统将会检查各个模块的工作状态，包括主副灯丝的电压和电流值是否正常、电源是否正常、报警分机是否正常应答、报警通道是否保持通畅等，并将这些工作状态投至显示屏供相关工作人员查看。
（2）查询工作记录：系统的每一次自检与每一次故障报警的信息都会被总机存储至本地，便于相关工作人员对历史工作记录情况的查看，因此本系统设计了“查询”按钮以完成此需求。按下“查询”按钮后，显示器会显示系统之前每一次的自检信息与收到的报警信息，按时间顺序从新到旧依次排列;相关工作人员可根据这些信息安排下一次自检的间隔时间，并且可根据历史报警信息来总结故障多发处的地点规律、时间规律等，方便工作人员对系统总体的了解与制定下一步完善系统的计划。
（3）报警清除：故障发生时，故障信息会于显示屏显示，以提醒工作人员安排人工检修。若工作人员已经收到报警信息，在安排好后续检修工作后即可按下“报警清除”按钮，显示器上的报警提示即会消失，方便为下一次系统自检或接收报警信息做好准备。
3.报警通道的设计
报警通道，即为监测总机与报警分机之间的通信机制，是报警信息与其他通信数据传递的载体。本设计同时引入了以太网和CAN网络，实现了报警通道的冗余设计;当其中某一报警通道发生故障时，另一通道也会对通信信息进行传输，使系统不至于发生大面积的通信瘫痪，大大提高了数据传递的可靠性;另外，以太网和CAN网络的通信通道没有直接的电气连接，当其中一个网络发生故障时，不会影响另一网络的正常工作。
CAN网络和以太网在系统中不采用主备形式工作，而采用双网并入，正常工作時，两个通道都会向总机发送数据，这时总机先以从以太网接收端获得的信息为准，再用从CAN网络接收端获得的数据来校验，校验一致则予以正常显示，不一致则总机端会收到报警信号，提醒工作人员对报警通道进行检修。
3.1以太网的引入
本设计引入基于CH9121的网络串口透传模块实现以太网。此模块支持10/100M、全双工/半双工自适应以太网接口，具有TCP CLEINT/SERVER和UDP CLEINT/SERVER 4种工作模式，串口波特率最高可支持到921600bps。其串口参数和网络参数可通过上位机软件轻松配置，方便快捷，整体上完全可以满足本设计对于数据传输性能的要求。
基于CH9121的网络串口透传模块主要以网络芯片CH9121为核心，通过网络转TTL电平串口，可实现网络数据和串口数据的双向透明传输。其原理图如图5-1所示。
在本设计中，每个报警分机都以以太网为媒介与监控主机进行连接，以实现报警信号从报警分机传输到监控主机。单个设备的数据传输框架图如图5-2所示。
在图5-2中，MCU/串口设备即为与每组信号机灯丝配套的报警分机，计算机/服务器设备即为室内监测总机。基于此模型可以构建出每个报警分机与监测总机之间基于以太网的主从式数据传输通道，其结构图如图5-3所示。