摘要：研制一种结构小巧，方便携带，当列车接近时可进行语音和震动提醒，自动发出警示信号和语音，提醒施工人员撤离，保障施工人员与列车行车安全的设备。研制该产品的目的是对铁路线路上的施工作业人员，在列车接近时进行语音、灯闪和震动提醒，当列车进入施工人员所在区间时，该系统立即发出警示信号和语音，提醒施工人员撤离，保障施工人员与列车行车安全。
关键词：防护；震动；预警机；行车安全
1 问题的提出
国外在列车接近报警器方面的研究较早，其中具有代表性的是欧洲一些国家研究的一种列车接近报警器。该列车接近报警器是将列车自动控制、列车自动防护、机车信号技术、无线电通讯技术和计算机技术、GPS技术相结合的综合控制系统。列车通过无线通信的方式向铁路沿线作业人员或巡检人员发出列车接近安全防护报警信息。日本日立制作所也研究了一套利用GPS和无线发送装置构成的列车接近安全防护报警系统，尤其适用于沿线养路作业人员防护列车接近。这套装置在仙台至石卷区段进行了试验，取得了一定效果。
目前国外使用的各种列车接近报警器均采用GPS列车定位技术和列车通信技术、数字化通信技术等。设备在使用中也存在着一些问题，在国内，由于机车跨局运行、投资较大、跨专业管理等问题，暂时无法在铁路系统全面实施。
随着我国国民经济的快速增长，铁路运输事业也进入了一个高速发展的阶段，国家铁路总里程逐年增加，车辆运行速度也在飞速提高。在既有线上，铁路工务、电务、供电等部门进行施工作业时，为确保线上人身安全，必须设有驻站防护员、现场防护员。而目前的防护体系受环境、人员精神不集中等客观因素影响还不尽完善，存在着对来车信息迟报、误报、漏报等安全隐患，严重威胁现场作业人身安全。
2 研制目的
研制该产品的目的是对铁路线路上的施工作业人员在列车接近时进行语音和震动提醒，当列车进入施工人员所在区间时，该系统立即发出警示信号和语音，提醒施工人员撤离，保障施工人员与列车行车安全。该产品的设计初衷是补充防护员对讲电台和报警器设备，防止在施工过程中由于防护员无法照顾到个别人员和设备，从而造成事故。
该设备要求体积小巧，功能强大，安全便捷，携带方便；使用安全可靠，报警准确，成本低；便于每位施工作业人员随身携带。
该项目由单片机微处理器、RF接收模块、音频功率放大电路、语音、震动电路等组成。通过接收上下行方向车站TDCS2模拟信息，向施工人员进行预警。
3 确定方案
3.1 工作原理
报警器由控制电路、RF接收电路、音频放大电路、LED显示及喇叭、震动电机、锂电池等组成。控制电路采用一个低功耗单片机，负责调节接收频率、进行脉宽调制、控制各模块电路工作等。RF接收电路工作在450MHZ频率。通过对车站发出的相应电波信号进行调制解调、衰减放大、低通滤波等，将电波信号进行解调、滤波后传给音频放大器电路和单片机电路转换为数字信号。为了保持通讯信道的安静，采用了单向接收模式，音频放大器将电信号转换后驱动喇叭，播放语音信息。同时单片机驱动一个PNP三极管，带动震动电机工作。
3.2 方案制定
3.2.1 方案选择
针对目前北京局管内线路通讯实际状况，我们设计了三种方案，对方案通过两次会议进行论证比较，最终确定现有方案：
方案一：采用铁路800MHZ列尾信息进行列车接近预警。800MHZ频段是铁路列车列尾通讯使用频段，在该段频点内铁总加入了包括列车车号数字通讯信息。使用该频段信息可以知道列车车号、速度、位置等，但存在的问题是该信息必须是在所有机车都安装发射装置的前提下获取，而跨局运行机车、调车机、轨道车等可能没有安装该设备，从而造成漏报警而产生事故隐患。
方案二：在车辆和作业人员随身设备上安装GPS模块，实现定位。该方案智能化程度较高，定位准确，但缺点是投资成本过大，同样存在车辆没有全部覆盖安装造成漏报信息，存在事故隐患。
方案三：采用车站的TDCS2模拟列车出站信息进行来车预警。该信息在北京局管内全部覆盖，并且该方案是采用由车站发射列车出站信息，普速铁路每个区间距离大于在10公里左右，作业人员习惯该预警信息使用。
经过选择，项目组认为方案三可行性较强，在现阶段实用性大，符合现场应用需要。因此，选择方案三进行深入研究。
3.2.2 方案实施
微处理器、RF射频接收模块、音频放大器等关键器件进行选型。
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图1 微处理器 图2 音频功率放大器
微处理器，采用STC12C2052单片机（图1）。该单片机速度快，有较宽的操作电压范围，片上集成256字节的RAM和15个通用可编程IO，并且集成了RC振荡器、片内看门狗定时器。单片机内置有两路PWM脉宽调制控制器，能够实现对模拟信号电平的数字编码，并且结构简单紧凑。
RF接收模块，采用高集成度的AT1846S单芯片收发器（图1）。该收发器内部包含一颗强调的数字信号处理器，使之能够得到优秀的音质，较高的接收灵敏度和许多调节功能。其接收频段在400-500MHZ，灵敏度大于-126dBm。
音频功率放大器采用M4890S（图2）。该音频放大器是一款高效率、无滤波器单声道F类音频放大器，非常适用于便携设备。其单端输入架构和极高的PSRR有效的提高了对RF噪声的抑制能力，内置增益和调制大量减少了外部元件，具有低失真和低噪声等特性。可实现高精度、高稳定性的亚音频。
对单片机软件进行编写、测试。进行现场试验，在唐山工务段丰润线路车间管内唐山北至玉田等区间进行测试。
4 关键技术
采用集成化单芯片RF接收模块方案，体积小巧，功耗低。采用外放式语音提示及振动提示方案，对野外作业人员提示效果明显。采用内藏式天线设计，结构小巧、轻便，可以采用别在腰间、肩头、胸前等方式佩戴，不影响作业安全。
5 应用效果
吸收了先进的接收原理和设计理念，便携式防护震动预警机采用了高度集成化设计，产品外观尺寸80*50*20mm，接收灵敏度-126dbm，平原接收距离8-10千米以上，完全满足普速铁路需要。在唐山工务段多个车间试用半年，总体认为稳定性较好，语音清晰、语音外放功率较大。语音清晰，对线路施工安全保障有较大作用。
6 效益分析
便携式防护震动预警机通过接收TDCS2列车过站信息，实现了对线路作业人员进行来车预警。采用高度集成化设计，体积小巧，可以外放语音和震动方式对作业人员进行预警。该机的成本价格为300元/套，比防护员使用的预警装置能减少一半费用，从而节约成本。随着该机的推广应用，可实现每位作业人员及时、准确掌握列车进出站信息，进一步提高防护安全性，保障作业人员的人身及财产安全，最大限度地减少事故灾害损失及人员伤亡，必将产生巨大的社会效益和经济效益。
7 结语
总之，研制一种结构小巧，方便携带的便携式防护震动预警机可以及时的提醒施工人员撤离，保障施工人员与列车行车安全。
参考文献:
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