随着铁路信号技术的发展和广泛应用，铁路机车信号已成为提高铁路区间和车站通过能力，增加铁路运输经济效益、改善铁路职工劳动条件的一种现代化管理手段和发展前沿的科学技术。机车信号系统通过接收地面铁路信号设备发出的指令信息，经过处理，利用灯光设备显示给司机，从而实现列车的运行方向、运行速度、运行间隔等的控制。
本设计是基于无线通信的铁路机车信号接收系统，该接收系统主要采用了一片A/D转换器、一片CPLD和一片单片机组成。其中A/D转换器完成铁路机车信号的信号采集，将采集后的数字量送入CPLD中，CPLD将完成机车信号的译码和控制信号产生等功能，单片机作为系统的CPU，主要完成整机的控制和通信功能。
一、系统硬件结构设计
本机车信号接收系统由A/D转换电路、CPLD电路、单片机电路、LCD显示电路、电源电路以及串口通信电路组成。RS-232接收相应的数据转化成TTL平传送给单片机的串口缓冲数据寄存器SBUF，实现串口通信。A/D转换器采样机车发送系统发送来的机车信号，以数字量形式送入CPLD中，CPLD具有可编程的特点，在其内部可实现译码和控制信号产生等功能。单片机实现整机控制与通信，LCD显示器作为主要显示输出端由单片机实现控制。其机车信号接收系统硬件电路框图如图1所示。
1.A/D采样电路设计
本系统A/D采样为关键部分，对于整个系统的精度有着举足轻重的作用，A/D采样部分应采用8位或更高位的转换器，本系统选用了ADC0804，ADC0804为逐次逼近比较式全MOS型A/D转换器，它可以提供8位的转换精度和640kb/s的转换速度，片内有三态数据输出锁存器，与微处理器兼容。
2.CPLD电路设计
CPLD产生于20世纪80年代末期，内部至少含有：可编程逻辑宏单元、可编程I/O(输入/输出)单元、可编程内部连线。这种结构特点，也是高密度可编程逻辑器件的共同特点。本系统中CPLD采用了ALTERA公司的可编程逻辑器件EPM7128AETC100-10，作为MAX7000系列产品，该器件具有高阻抗、电可擦等特点，可用门单元为2500个，管脚间最大延迟为5ns，工作电压为+5V。
3.单片机电路设计
单片机是本系统的核心组成部分，本系统选用了Atmel公司的AT89C51，AT89系列单片机是Atmel公司的8位Flash单片机系列。它以8031为核心，片内含有Flash存储器，和8051系列单片机是兼容的系列。此外AT89系列单片机有以下明显的优点：内部含Flash存储器、与80C51引脚兼容、静态时钟方式、可反复进行试验、编程无废品产生。
4.LCD显示电路设计
本设计中采用了SHARP公司的8.4寸彩色显示屏LQ080V3DG01作为系统显示输出，该屏为TFT显示模式，需要单独的背光驱动，其为分辨率640x480。本设计中LCD屏采用了3.3V供电。
5.串口通信电路设计
串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。本系统在接口设计中选用了最常见的美信公司的串口电平转换芯片的MAX-232 ，MAX-232采用+5V供电，通过外加一些电容而构成最小系统电路，可以完成TTL电平标准到RS232电平标准的转换，转换时间短，速率快，这样一来既可以增大通信距离，也可以让该系统和微机通过标准串行口直接连接相连。
二、系统软件设计
本系统采用单片机实现主控，采用了用高级语言编程，具体的软件流程为：单片机初始化后等待机车信号信息，如果信息到达，启动A/D采样电路工作，同时CPLD中的译码功能和控制信号产生功能开始工作，单片机对LCD显示器进行驱动显示，同时处理后的数据可以进行存储并通过串口实现数据通信。具体软件流程如图3所示。
三、结论
本文介绍了一种基于无线通信的铁路机车信号接收系统，该系统作为铁路机车总体系统的一部分，在整体系统中占据着重要作用。地面发送设备发送的每一种信号制式的机车信号都需要通过该接收系统实现信号的接收、译码、点灯等工作，同时还要完成数据的通信等功能。它在保证司机运行，保障行车安全等方面起到重要作用。该无线通信的铁路机车信号接收系统由于采用了CPLD，实现了可编程的功能，可以较好地满足不同机车信号的需求。
（作者单位：贵州省贵阳职业技术学院）
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