一个技术公开的项目 —— 智能往复轨的实现（传感器）

杨永年

在前面的讲解中已经说过了，本往复轨系统的行车控制是由中央控制器来自动产生并加以控制的。那中央控制器是如何知道当前哪条路轨被占用，哪条路轨空闲着呢？中央控制器又是如何控制模型机车在什么时候启动并加速，什么时候减速，什么时候停车呢？所有这一切的控制，中央控制器要依靠另一套系统的帮助，那就是传感器系统，传感器系统就像人的眼睛，它们时刻监控着机车的位置与方向，并将监控到的位置及方向信号及时的告知中央控制器，中央控制器就是根据分散在系统中各传感器的监控数据来协调机车运行的。

作为一个智能控制系统，传感器的设计和分布是会有很种多方案的，在本往复轨系统中我自己也用很多时间和精力来探讨过很多方案，最终敲定下来了，其方案如下图所示：

一  在六条分路轨（1，2，3，4，A，B）接近尽头路阻的地方分别放置一个能采集点位置的磁感应传感器，该传感器具有机车运行方向的辨识功能。当机车向某条分路轨尽头运行并压过该传感器时，该传感器便会立即向中央控制器发出一信号。中央控制器一旦被该信号触发，它就会命令正在运行的机车停止下来。所以我们也给它命名为“停车传感器”。若机车反方向运行压过该传感器，那该传感器是不会理会的。由于该传感器所监控的位置信号在一个固定点上，而且具有方向性的选择，所以也可称它为单向的点位置传感器。

二  在 X 路轨段设计的是一个电流传感器。该传感器监控着整个 X 段路轨的情况。当 X 段路轨没有机车进入时，由于两根路轨之间的电路是断开的，所以是没有电流流过的，一旦机车运行进入 X 段路轨后，两条路轨间就会和机车的电机形成一个电流通路，这时电流传感器就会感应到电流而向中央控制器发出信号。也就是说，当中央控制器接收到电流传感器传来的信号时，表明当前机车正运行在 x 路段，若接收不到电流传感器传来的信号时，就表明机车还未进入或已经驶离了 X 段路轨。该电流传感器也能辨别机车的运行方向，当机车在 X 段路轨以不同方向运行时，传感器传出的电信号是不同的，这点对中央控制器控制机车的正常运行是非常重要的。由于该电流传感器只能监控到机车是否在或不在 X 段内运行，它并不能像上面的磁传感器能感知到某一点的具体位置，所以它是一个双向的面传感器。

根据本往复轨系统的设计和运行方案要求，整个往复轨系统只需以上 6 个分路轨的停车传感器和一个 X 段的电流传感器就可以满足需要了。下面通过一个例子来详细的说明中央控制器是如何通过上述这些传感器来控制一个进路的完整操作的。

1  假设中央控制器随机的选择了由 1 号分路轨上的机车运行到 B 号分路轨的进路操作。当然，在选择这个进路操作前，中央控制器已经确认过 1 号路轨上有机车存在，且 B 号路轨是空闲的。操作开始后，中央控制器首先会开通相关的道岔和信号机，关于道岔和信号机将在以后做专门的介绍。随后，中央控制器就会接通 1 号分路轨和 B 号分路轨的电源，在接通路轨电源的同时，中央控制器会调制出一个启动电源加载到路轨上，这样，1 号路轨上的机车便开始启动运行，它向着 X 段路轨驶去……

2  此后中央控制器将不断调制路轨电源，使机车处于匀加速状态。这里需要说明的是，本往复轨系统基本是模拟机务段内调车的情景，所以总体上机车的速度都是低调的，不会太快的。中央控制器在给机车加速的同时，会等待 X 段路轨上电流传感器检测数据的到来，一旦接到该传感器的有效数据，就证明机车已经离开了 1 号路轨而进入到 X 段路轨了。以下有两点需要特别注意：
* 您可能地方宽裕，或会将分路轨做的较长，这样当机车启动并加速一段时间后还没收到 X 路轨段电流传感器传来的信号，这时若中央控制器已经将机车加速到程序既定的最高速度了，那它就不会再给机车加速了，它一边让机车以程序预定的最高速度匀速运行，一边仍等待 X 路段电流传感器数据的到来。若中央控制器在接到电流传感器传来的数据时还未加速到程序既定的最高速度，那它也不会再加速了，就以接到传感器数据时刻的速度在 X 段路轨内匀速运行。
** 若中央控制器超长时间等不到 X 路轨段电流传感器的数据到来，那表明系统可能出了问题，此时它会中断系统的运行而报警。

3  在机车顺利进入 X 段路轨运行后，除了保持机车以匀速运行外，中央控制器还要关闭刚才开启的 1 号路轨的出站信号机，并确认 1 号分路轨已清空。在继续控制机车在 X 路段匀速运行的同时，还等待着电流传感器失去电流数据的到来。因为电流传感器若发出失去电流的数据，则表明机车已经驶离了 X 段路轨。
* 若中央控制器超长时间等不到  X 路段电流传感器发出的失去电流数据的到来，那表明系统可能出了问题，此时它会中断系统的运行而报警。

4  当中央控制器接收到电流传感器传来的失去电流数据时，表明机车已经驶离了 X 段路轨了。此时中央控制器开始对路轨加载匀减速的调制电源，使机车逐渐减速，并等待着 B 号路轨尽头磁传感器传来的停车感应信号。一旦收到磁传感器传来的停车信号，不管当前机车处在什么速度，都必须无条件将速度降到零。机车停止后，中央控制器就会关闭 1 号和 B号分路轨的电源供应，并确认 B 号分路轨段被占有。和上面一样，也有两点要特别注意：
* 若在没有接到停车传感器传来的停车信号前，中央控制器已经将机车的速度降到了程序预定的最低点，那该机车就将保持这个最低速度向路轨终点驶去，直到触发停车传感器信号为止。
** 若中央控制器超长时间等不到 B 段路轨停车传感器的数据到来，那表明系统可能出了问题，此时它会中断系统的运行而报警。

通过上面的介绍，您可能基本了解了本智能往复轨系统是如何运行一个进路的了。简单的说，就是中央控制器和传感器系统相互配合，依次执行 加载电源， 启动，加速，匀速，减速，停车，卸载电源，确认两条路轨的清空与占有。

下面向您公开展示的就是智能往复轨系统中传感器系统的分电路图：

电路图右边的六个磁传感器信号通过一个逻辑门编码器而传递给中央控制器的芯片，之所以这样处理，一是为了节省中央芯片的引脚开销，二是通过硬件编码可以很快就知道是哪个分路轨的停车传感器触发了停车信号。
要触发磁传感器，您必须在您的机车底部安装永久磁铁，根据本往复轨的设计，将永久磁铁安装在机车的中部较为合适。
电路图右上方的电流传感器是串联在 X 段路轨中的，当机车驶入 X 段路轨和离开 X 段路轨时，电流传感器的输出端会输出依电流强弱变化而变化的对应电压，该电压必须经过中央控制芯片的 A/D 转换才能使用。

关于中央控制芯片左边的那些电路部分是”面板控制器“电路，它的功用将在国庆节后再作介绍。
最后预祝大家节日快乐！