铁路道口灯光信号及告知牌“红灯停车，灭灯停用”的含义

铁路道口信号机有三种状态：红灯、白灯、灭灯（红灯白灯全部熄灭）。

红灯亮或两个红灯交替闪烁（或道口管理人员示意停止行进时），表示火车接近道口（在无人看护道口，设有红灯交替闪烁而且伴有钟声的设备，这样就说明火车（两面都可能来）距离道口已经只有800m了），警示行人不要穿行。，禁止车辆、行人通行；车辆和行人必须依次靠右停在停车线以外，没有停车线的，停在距最外的钢轨5米以外。

白灯亮时（红灯熄灭），表示道口开通，准许车辆、行人通行。白灯有两个含义：1、道口信号机是完好有效的。2、车辆行人可以按规定通过道口。

灭灯的含义： 信号机处于无效状态，不要作为没有火车接近道口而贸然通过道口。在没有其它禁止通行的防护，确认没有接近道口的火车时再通过道口。这种设置意义重大。因为任何设备都不能保证永远不出故障，总是处于有效的状态。如停电，传输电缆损坏等，信号机就不能正确反应铁路行车状况。这时行人车辆如果通过道口就会发生事故。

设置一个“红灯停车，灭灯停用”告知牌，告知车辆行人灭灯的含义，并应确保信号系统出故障时白灯自动熄灭。

* 但铁路道口灯光中开启一个和两个红灯有什么区别？（无人看守道口，报警设备都是两个红灯交替闪烁的）

第二篇：铁路道口

核心提示： 摘 要：本文介绍的嵌入式系统在铁路平交道口自动报警系统中应用，采用微软的WindowsCE操作系统,基于PC/104总线的PCM3350主机和PCM3724硬件平台，上位机采用组态软件MCGS所开发的嵌入版。

关键词：嵌入式系统; MCGS; 道口报警; 自动控制

一、 背景

铁路平交道口是铁路与公路的平面交叉，是铁路安全运营的重要设施，随着铁路的发展，道口密度加大，而随着铁路提速事故风险也在加大。而安全生产是铁路运输永恒的宗旨，道口安全是铁路行车安全的重要环节。嵌

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摘 要：本文介绍的嵌入式系统在铁路平交道口自动报警系统中应用，采用微软的WindowsCE操作系统,基于PC/104总线的PCM3350主机和PCM3724硬件平台，上位机采用组态软件MCGS所开发的嵌入版。

关键词：嵌入式系统; MCGS; 道口报警; 自动控制

一、 背景

铁路平交道口是铁路与公路的平面交叉，是铁路安全运营的重要设施，随着铁路的发展，道口密度加大，而随着铁路提速事故风险也在加大。而安全生产是铁路运输永恒的宗旨，道口安全是铁路行车安全的重要环节。嵌入式系统是一种工业控制领域用途广泛的系统软件，有着大家熟悉和友好的用户界面、统一的编程界面、强大的通讯功能而成为道口自动报警系统改型中首选的操作系统。

道口自动报警系统具有友好的交互式用户界面，安全性能高，工作人员在室内即可通过计算机显示屏幕看到道口的状态，当有车接近道口时，行人可以通过道口的信号机、语音音箱得到列车通过的信息，工作人员通过显示器看到列车报警信息以及外面设备出现故障时会自动报警的功能。

二、 工作原理及性能指标

1.工作原理：在有平交道口的铁道线路上、下行方向各设置四个磁性踏板开关，以上行方向为例，四个踏板设置方法如下：在列车接近道口800-1000米的位置设置三个接近磁性踏板开关（T1、T2、T3），离开道口100-200米的位置设置一个出清磁性踏板开关（T7）。下行方向设置方法与上行方法相同位置相反。当铁路工人作业或穿越铁路的行人无意触动踏板开关产生动作时有可能产生误报;当磁性踏板开关发生故障而未得到及时更换时有可能产生漏报，这些在道口报警系统中都是不可忽视的问题。因而在接近道口方向设置三个踏板开关并采用冗余技术（三取二），当列车通过三个接近踏板开关时，只有当两个或两个以上踏板开关同时动作时才确认列车到达，从而尽可能地减少误报和漏报的产生。当列车接近道口通过三个踏板开关时系统开始计轴统计进入道口的列车的轴对数，同时当列车通过出清踏板开关时系统同样统计列车的轴对数，当列车出清计轴停止并与进入道口计轴数相符时，表明列车出清。当列车到达时，道口信号机白灯熄灭、红灯闪烁、鸣响喇叭（或语音报警），同时室内显示器上动画显示列车运行状态，当列车出清后，解除报警，红灯灭白灯亮。各个踏板开关和信号灯灯丝以及嗽叭的状态都显示在屏幕上，当出现踏板故障、灯丝断线、扬声器断线等故障时，报警系统自动给出故障提示;同时记录每次报警的开始时间、结束时间以及故障的发生时间和恢复时间等。（用户界面以及踏板开关的布置[T1至T8为踏板开关]见图1）

图1单线道口报警控制系统用户界面及踏板开关布置图

2.道口报警控制系统性能指标

● 主机工作环境：温度0℃-40℃;相对湿度75%以下;AC220±30V。

● 列车接近区段距离≤1200M。

● 适应列车运行速度：2Km/h-160Km/h。

● 列车进入接近区段3秒钟（±1秒）报警开始（用踏板的位置确定）。

● 道口信号机在非报警状态，点亮白灯，熄灭红灯。

● 列车进入报警范围，道口信号机开始报警，熄灭白灯，两红灯交替闪烁，扬声器发出报警声音。

● 红灯闪烁频率为60±5Hz。

● 扬声器发出的声音，可以设定为语言报警或钟声报警，可以支持广播功能。 ● 磁性探头及道口信号机工作环境：温度-40℃-70℃;相对湿度95%以下。

三、 系统设计

1. 硬件设计：

道口报警系统主板采用的是PC/104总线模块化嵌入式计算机，PC104总线是专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，其信号定义和ISA总线一致，但电气规范和机械规范却完全不同，是一种优化的小型、堆栈式结构的嵌入式总线标准。PC104具有的主要功能有：

（1）小尺寸结构，标准PC104模块的机械尺寸是3.6英寸×3.8英寸，即96mm×90m。（2）堆栈式连接去掉总线底板和插板滑道，总线以“针”和“孔”形式层叠连接，即PC104总线模块之间总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬合相连，这种层叠封装有极好的抗震性。（3）降低总线驱动电流，减少元件数量和电源消耗，4mA总线驱动 即可使模块正常工作，每个模块的功耗大约1～2W。该模块上还有CPU芯片、DRAM内存、并口、串口、在板支持可读写的固态盘、看门狗和实时时钟等,另外还有I/O模块、A/D模块、液晶显示模块、键盘输入模块和打印输出模块等。PC104标准模块在一块尺寸很小的单板机上几乎集成了普通PC的所有功能。标准的PC兼容体系结构减少了软件开发工作量，模块化、通用化的系统更易于维护、扩展和升级，减少重复开发的成本。

道口报警系统中采用研华公司的嵌入式主板PCM3350其CPU选择的是无需散热片和风扇的pentium-233嵌入式低功耗芯片。输入、输出采用的是PCM3724板，A口和B口为输入口，C口为输出口。嵌入式系统体现了以应用为中心，其软硬件可根据实际情况进行裁减，能适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。PC/104与普通PC机是完全兼容的，只是PC/104比普通PC机的集成度要高，在90x96mm大小的PCB板上，就集成了CPU、DRAM、显示、IDE、COM、LPT、Network等驱动接口，PC/104嵌入式计算机体积只有一个肥皂盒大小。PC/104的可靠性，稳定性、抗干扰性也比普通的PC机好得多，适合用于道口报警控制系统中。

2. 软件设计：

下位机采用的是Microsoft Windows CE操作系统，Microsoft Windows CE是模块式实时嵌入式操作系统，服务于空间占有量小、移动的32位智能连接设备，可以满足多种设备需要。Microsoft Windows CE提供了更好的兼容性，并支持硬件实时处理功能，且具有以下若干新的内核服务：（1）支持嵌套的中断：这可以让高优先级的中断立即被响应，而不是等待低优先级的中断服务例程（interrupt service routine，简称ISR）执行完成。（1）更好的线程响应：高优先级的中断服务线程（interrupt service threads，简称IST）调度延迟的上限更加紧了。线程响应的这个改进可以让开发人员知道线程调度转换什么时候发生，通过提高监视和控制硬件的能力开发新的嵌入式应用程序。（3）更多的优先级别：256个优先级别（在早期的版本中只有8个）给予开发人员更大的灵活性控制嵌入式系统的调度。（4）更好的控制：对线程时间片级的控制可以支持对调度机制更大的控制。这些服务使操作系统可以在中断发生之后立即进行响应。Microsoft Windows CE操作系统可以小至200KB，是一个适合下一代互连工业自动化设备的理想小体积嵌入平台，能从闪存磁盘中启动，也就避免了暴露在灰尘、高温、和震动环境下，从而使它可以适应甚至是最恶劣的生产环境,这些功能使Windows CE

成为测试和测量设备以及可编程逻辑控制器等设备理想的操作系统。

上位机采用的是昆仑通态的MCGS嵌入板软件以实现道口报警控制系统的清晰的可视化界面、动画模拟、报警记录、故障诊断并提示等功能。MCGS（Monitor and Control Generated System）嵌入版组态软件是一套基于Windows CE操作系统，可用来快速构造和生成监控系统的组态软件包，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。MCGS嵌入版组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC++编程，提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件,用户可随时方便地扩充系统的功能。MCGS嵌入版组态软件是近年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发技术，开发人员通常不需再编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态（硬件配置）、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作，它具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。在道口报警控制系统中引入组态软件技术，可以避开复杂的计算机软件代码编制问题。研发人员可以根据系统的具体要求，组态配置出界面清晰直观、使用便利、维护量小、可靠性高等高性能和高度专业化的监控软件系统。MCGS嵌入版组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分，MCGS嵌入版组态软件的组态环境由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。MCGS的运行环境是一个独立的运行系统，能按照“组态结果数据库”中的组态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。当上位机完成主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库以及相应的运行策略的组织与调试后下传到下位机，在下位机上调试成功后即可。（组态结构见图2）

程序流程采用导向安全机制，将道口从空闲到列车通过到出清分成几个状态，在相应的运行策略实现道口自动报警的功能。步骤如下：（1）组织MCGS的用户窗口实现简单清晰的可视化界面。（2）利用强大的报表功能记录道口的报警情况并保存在系统中。（3）使用MCGS的运行策略能方便的控制流程并进行故障诊断。（4）使用MCGS的实时数据库保证道口报警控制系统的可靠性和稳定性。（程序流程见图2）

图2 程序流程图

四、结束语

研发成果证明在道口报警控制系统中引入嵌入式系统是可行的，它除使用便利、维护量小、可靠性高等优点外，还具有其它很多明显的优势。如系统配置灵活、开发周期短、通用性强等。此系统除单线以外还开发有双线和站场的道口自动报警并且已经通过系统调试，将在铁路平交道口中得到广泛应用，以减少事故发生，保护国家和人民的生命财产安全。随着网络技术的普及和应用还可能继续开发以实现远程监测和网络传输。

该信息出自 中国智能交通网| 链接：/solution/show-3055.html

采用DSP的铁路道口图像监控系统设计 (1)

2010-01-20 17:31:03 来源:《电子技术》

关键字：铁路道口 DSP 图像监控系统

目前，铁路道口基本有这样3种类型：有人看管、有人监护和无人看守监护。长期以来，铁路部门对有人看管道口和有人监护道口投入了人量的人力、物力，采取了安全措施，特别

是有人看管道口，以道口自动报警信号为主要设施的技术装备已基本完善，为道口自身的安全管理创造了较好条件。但是，道口自动报警装置仅考虑到了加强道口自身监管、防止道口肇事的问题，而未兼顾到移动的列车存道口出现异常情况时，如何及时防止道口冲突的问题。为了使道口安全得到进一步控制，设计了一套基于DSP铁路道口图像监控系统，使列车在通过道口前的适当距离内，司机能及时通过GSM-R接收到系统对道口判断的最终结果。这对确保列车和通过道口的车辆、行人的安全具有重要意义。

系统整体框架

系统基本组成

从图1可知，该系统主要由工业摄像机、数据缓存器、DSP处理器、CPLD芯片、道口发送设备和机车接收设备组成。两台工业摄像机分别安装在道口两端，用于摄录道口两端行人和车辆运行情况。数据缓存器是将摄像头采集到的图像数据，经过USB接口电路的转换作临时缓存，以备图像处理部分调用。CPLD芯片和DSP处理器是整个硬件系统的核心，它主要负责对铁路道口的数据进行实时处理和分析，从而判断该道口是否有故障。移动硬盘用于存储道口发生故障时的照片。

系统工作原理

该系统的工作原理为：在列车驶近道口1500m～2000m时，安装在道口两侧的摄像头开始实时拍摄道口周围的情况，将采集到的视频图像通过A／D采样，得到动态序列图像帧，并将图像帧送入数据缓存区。在CPLD的控制协助下，将数据缓存区的数据读入DSP中。根据系统设计的算法，进行道口图像数据的处理，判定道口是否存在故障。如道口存在故障，则将相关的图像存入移动硬盘中；同时将系统分析的的结果代码的方式通过铁路无线通信系统GSM-R传给火车机车的特定接收设备，机车司机根据接收到的信号代码便知道前方道口的情况，采取相应的应急措施，从而避免道口事故的发生。

系统设计方案件

系统核心部件介绍

TMS320C6202足美国TI公司生产的作为处理该模块的核心处理器，它属于定点数字处理器，主频最高可为250MHz，最大处理能力可达2000MIPS；具有八级流水线，每指令周期可执行8条32位的指令；超长指令字结构，支持32位、16位、8位数据；有四个主DMA通道和一个DMA辅助通道，通过32位的EMIF接口允许外接不同的设备， 包括SBSRAM、SDRAM、ASRAM、FLASH以及FIFO等。EPM7128SQC100的内部具有逻辑阵列块(LAB)、宏单元、扩展乘积项(共享和并联)、可编程连线阵列(PIA)及I／O控制块。它提供低功耗工作模式，可使用户定义的信号路径或整个器件工作在低功耗状态。内部包含一个可编程保密位，用于控制器件内部配置数据的读出。此芯片可以快速而有效地重新编程，并保证可编程和擦写超过100次。FN74V245是美国TI的生产的同步高速缓冲器器件。它具有高速、低功耗CMOS和时钟驱动的同步等特点。作为同步器件，意味着FIFO的两端(读／写)，每一端使用一个独立的时钟驱动信号，这两端的时钟信号之间可以是异步的也可以是协作的，这就可以使FIFO器件两端运行存两个不同的速度下，完成两个不同频率器件的速度匹配。Y7C 1339-166AC是美国半导体Cypress公司生产的作为DSP扩充RAM，数据传输频率最高可为166MHz，存储空间为128k×

系统硬件设计

图像的数据量很大，算法复杂程度高，提出了基于DSP的铁路道口图像监控系统的设计方案。同时利用现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)很强的灵活性特点，来完成系统的时序逻辑控制。按照信号流程，该系统的硬件设计大致可分为六大模块：图像捕获、时序控制、DSP图像处理和图像外部存储、发送信号代码和机车接收信号代码。系统的硬件结构如图2所示，其中DSP选用TMS320C6202，CPLD选用EPM7512BQC208-5，数据发送模块选用西门子公司的MC55芯片。考虑到目前国内外生产的工业摄像机能直接输出数字化图像且带有USB接口，通过USB接口电路直接和FIFO相连。系统选用

CY7C1339B作为系统的数据存储器来存储数字视频信号，用SS39VF400A作为系统的程序存储器；通过DSP的外部接口EMIF，将DSP与这两个存储器相连。SN74V245作为一种高速缓存器，较好地解快了视频采集图像速度和DSP处理图像端速度的巨大差异。它的前端与摄像头的USB接口相连，采集到的视频数据在同步时钟驱动下写入缓存器中；它的后端与主处理器DSP的32位XBUS连接。PEPM7512BQC208-5芯片负责DSP之间的协同、复杂外设的控制和一些通信工作，外部接口分别与SN74V245、TMS320C6202、SS39VF400A和移动硬盘相连.

系统软件设计

采用模块化的软件设计，将软件分成若干相对的独立的功能模块，并为各模块安排适当的入口和出口参数，使得模块之间的相互连接，组合灵活方便。该系统的软件主要由：图像采集模块、图像处理模块、数据发送模块和机车接收模块这四大部分组成。本系统是基于DSP的实时图像处理系统，DSP的主程序贯穿了整个系统的运行，包括对采集图像的搬移以及处理、与外部存储器SDRAM和Flash、移动硬盘和道口发送设备接口等等。为了程序实现方便，主框架用C实现，具体的算法实现中，对于一些关键代码，用嵌入汇编来实现，并作相应的软件优化，以提高程序运行效率。在C6202完成上电启动或复位以后，DSP程序加载与启动，完成系统的初始化以及各个参数的设置，即系统自举，随后开始等待外部中断。当触发采集图像外部中断工NT 1产生后，DSP启动摄像机内部采集芯片，图像采集模块开始运行。当FIFO半满的时候产生工 NT 3中断，通过编写的中断服务子程序，DSP开始搬移图像数据。当采集完一幅图像以后产生工NT 2中断，通过编写的中断服务子程序，DSP开始图像处理。当图像处理完成后，需要将处理结果通过McBSP接口发送到给道门发送设备接口，同时也通过EDMA接口将道口故障图像发送给移动硬盘。限于篇幅，本文只给出 DSP的主程序流程图，如图3所示。

结束语

基于DSP的铁路道口图像监控系统是数字图像处理技术和无线网络通信技术相结合的结果，它真正实现了铁路道口安全管理的自动化和信息化。该系统设计方案抛开了传统图像监控系统中摄像机一监视器的模式，将计算机对数字图像的处理和控制全部用硬件芯片(如DSP、CPLD)等器件来完成。系统的最终结果不足将视频图像显示出来，而是对视频图像中的目标进行识别和分类；判断铁路道口是否有故障，

将判断结果用代码的方式通过GSM-R网络传送给驶近道口的列车。该系统能及时将道口信息反馈给正在行驶的列车，有效解决道口交义路口的事故隐患，为确保铁路道口行车安全提供保障。