발리스는 열차의 안전한 운행을 위하여 철도의 레일 사이에 설치하여 운영하는 장치로, 텔레그램이라 칭하는 정보(거리 구배 속도 임시 속도제한 등의 가변정보)를 무선으로 통과하는 열차에 전송하는 기능을 갖는다. 본 연구는 이에 필요한 DBPL 인코더의 설계에 대한 것이다. 일반적으로 발리스를 위한 DBPL 인코더는 전용 ASIC이나 FPGA를 통하여 구현하고 있으나, 본 연구에서는 범용의 저전력 마이크로컨트롤러(STM32L4 Series)를 활용하여 설계하였다. 본 연구의 DBPL인코더는 펌웨어 방식의 논리적 1차 처리 수단과 마이크로컨트롤러 내장 SPI Bus 등을 이용한 물리적 출력수단으로 구분하여 설계하였다. 본 연구의 DBPL 인코더는 유로발리스 표준에서 요구하는 564.48Kbps의 속도로 동작 가능함을 확인하였다.
발리스는 열차의 안전한 운행을 위하여 철도의 레일 사이에 설치하여 운영하는 장치로, 텔레그램이라 칭하는 정보(거리 구배 속도 임시 속도제한 등의 가변정보)를 무선으로 통과하는 열차에 전송하는 기능을 갖는다. 본 연구는 이에 필요한 DBPL 인코더의 설계에 대한 것이다. 일반적으로 발리스를 위한 DBPL 인코더는 전용 ASIC이나 FPGA를 통하여 구현하고 있으나, 본 연구에서는 범용의 저전력 마이크로컨트롤러(STM32L4 Series)를 활용하여 설계하였다. 본 연구의 DBPL인코더는 펌웨어 방식의 논리적 1차 처리 수단과 마이크로컨트롤러 내장 SPI Bus 등을 이용한 물리적 출력수단으로 구분하여 설계하였다. 본 연구의 DBPL 인코더는 유로발리스 표준에서 요구하는 564.48Kbps의 속도로 동작 가능함을 확인하였다.
The balise is a device for the railroad signal control systems, which is installed between both rail. The balise sends fixed or variable data, named telegram, to the train with wireless method. The telegram includes the position information, the movable distance under the signal status, the gradient...
The balise is a device for the railroad signal control systems, which is installed between both rail. The balise sends fixed or variable data, named telegram, to the train with wireless method. The telegram includes the position information, the movable distance under the signal status, the gradient, the speed, the temporary speed limit, etc. This research is on a design of the DBPL encoder for the balise. Normally the DBPL encoder for the balise is with the ASIC or FPGA technology. In this research, the DBPL encoder is designed with commercial low power operable micro-controller. The firmware(logic level encode) and the SPI Bus function block(physical level output) of the micro-controller are used for the DBPL encode. Under the european standard, the required working speed of the DBPL encoder is 564.48Kbps. The DBPL encoder of this research is tested under the speed of 564.48Kbps, and it worked properly.
The balise is a device for the railroad signal control systems, which is installed between both rail. The balise sends fixed or variable data, named telegram, to the train with wireless method. The telegram includes the position information, the movable distance under the signal status, the gradient, the speed, the temporary speed limit, etc. This research is on a design of the DBPL encoder for the balise. Normally the DBPL encoder for the balise is with the ASIC or FPGA technology. In this research, the DBPL encoder is designed with commercial low power operable micro-controller. The firmware(logic level encode) and the SPI Bus function block(physical level output) of the micro-controller are used for the DBPL encode. Under the european standard, the required working speed of the DBPL encoder is 564.48Kbps. The DBPL encoder of this research is tested under the speed of 564.48Kbps, and it worked properly.
발리스는 철도의 레일 사이에 설치되는데, 차상 수신장치 사이의 정보 전달은 유럽철도에서 표준화 한 DBPL1) 인코딩 방식이 해외 및 국내에서 공통적으로 활용되고 있다(Ko, 2012). 본 연구는 이에 필요한 DBPL 인코더의 설계에 대한 것이다. 통상 발리스를 위한 DBPL 인코더는 전용 ASIC2)이나 FPGA3) 응용을 통하여 구현하고 있으나, 본 연구에서는 범용의 저전력 마이크로컨트롤러를 활용하여 설계하였다(Baek, 2003; Baek, 2004; Shin, 2007).
제안 방법
이는 발리스 장치의 경제성 향상에 도움이 될 수 있다. 본 연구에서는 기존연구 및 특허 검토를 통해 DBPL 특성을 분석하고 인코더 설계를 진행하여 시제품을 제작하였고 시제품을 통한 성능평가 및 결론을 도출하였다.
본 연구는 이에 필요한 DBPL 인코더의 설계에 대한 것이다. 통상 발리스를 위한 DBPL 인코더는 전용 ASIC2)이나 FPGA3) 응용을 통하여 구현하고 있으나, 본 연구에서는 범용의 저전력 마이크로컨트롤러를 활용하여 설계하였다(Baek, 2003; Baek, 2004; Shin, 2007). 이는 발리스 장치의 경제성 향상에 도움이 될 수 있다.
대상 데이터
소비전력 사양과 처리 능력을 기준으로 본 연구를 위하여 선정한 마이크로컨트롤러는 STM32L4 Series이다. 이는 에너지 소모에 민감한 산업ㆍ의료ㆍ계측 등의 장치를 위한 것으로, ST마이크로일렉트로닉스사에서 2015년 초 발표하였다.
2015년에 제작된 1차 시작품에서는 에너지마이크로사의 8bit 저전력 마이크로컨트롤러인 EFM8SB20F Series를 적용하여, 주로 전기의 2단계인 물리적 구성요소의 동작을 확인하였다. 전송속도의 문제와 저전력 문제를 더욱 향상 시키기 위하여 2016년도의 2차 시작품은 그 사이에 발표된 보다 고 사양의 32bit 저전력 마이크로컨트롤러인 ST마이크로일렉트로닉스사의 STM32L4 Series를 적용하여 제작되었다. 2차 시작품을 이용한 데이터 전송 시험과 송출 세기 보완을 통하여 전기의 1단계 및 2단계 기능의 적합성을 확보하였다.
성능/효과
9ms의 시간동안 에너지를 전달받고 텔레그램을 송출할 수 있다. 1023bit의 텔레그램을 2번 송출하는데 4.526ms가 소요 되고 341bit의 텔레그램은 2번 이상 전송하기에 충분한 시간이 있으므로 안정적인 텔레그램을 송출이 가능하다.
후속연구
이는 기존의 전용 ASIC을 설계하여 활용하는 방식이나 FPGA와 마이크로컨트롤러의 혼성 구성을 통한 방식에 비하여, 경제성의 향상을 도모할 수 있다. 이를 통하여, 기존의 철도차량 신호시스템용 발리스 기술이 노면전차(트램) 신호시스템 등 보다 경제성이 중시되는 분야에도 활용될 수 있는 계기가 될 것이 기대된다. 향후 연구로는 보다 작은 크기의 도로 매립형 발리스 개발 등 실용화 연구가 필요하다.
이를 통하여, 기존의 철도차량 신호시스템용 발리스 기술이 노면전차(트램) 신호시스템 등 보다 경제성이 중시되는 분야에도 활용될 수 있는 계기가 될 것이 기대된다. 향후 연구로는 보다 작은 크기의 도로 매립형 발리스 개발 등 실용화 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
발리스는 어떤 위치에 설치되는가?
발리스는 열차의 안전운행을 위하여 시설물의 위치를 확인할 수 있는 고정정보나 신호현시에 따라 이동이 허용되는 거리ㆍ구배ㆍ속도ㆍ임시 속도제한 등의 가변정보 등(통칭 텔레그램)을 차상으로 무선 전송하는 장치이다. 발리스는 철도의 레일 사이에 설치되는데, 차상 수신장치 사이의 정보 전달은 유럽철도에서 표준화 한 DBPL1) 인코딩 방식이 해외 및 국내에서 공통적으로 활용되고 있다(Ko, 2012). 본 연구는 이에 필요한 DBPL 인코더의 설계에 대한 것이다.
DBPL 인코더를 범용의 저전력 마이크로컨트롤러를 활용해 설계할 경우 어떤 효과를 얻을 수 있는가?
통상 발리스를 위한 DBPL 인코더는 전용 ASIC2)이나 FPGA3) 응용을 통하여 구현하고 있으나, 본 연구에서는 범용의 저전력 마이크로컨트롤러를 활용하여 설계하였다(Baek, 2003; Baek, 2004; Shin, 2007). 이는 발리스 장치의 경제성 향상에 도움이 될 수 있다. 본 연구에서는 기존연구 및 특허 검토를 통해 DBPL 특성을 분석하고 인코더 설계를 진행하여 시제품을 제작하였고 시제품을 통한 성능평가 및 결론을 도출하였다.
발리스란 무엇인가?
발리스는 열차의 안전운행을 위하여 시설물의 위치를 확인할 수 있는 고정정보나 신호현시에 따라 이동이 허용되는 거리ㆍ구배ㆍ속도ㆍ임시 속도제한 등의 가변정보 등(통칭 텔레그램)을 차상으로 무선 전송하는 장치이다. 발리스는 철도의 레일 사이에 설치되는데, 차상 수신장치 사이의 정보 전달은 유럽철도에서 표준화 한 DBPL1) 인코딩 방식이 해외 및 국내에서 공통적으로 활용되고 있다(Ko, 2012).
참고문헌 (6)
Ko Y. O.(2012), "Interoperable System Construction with Urban Signalling System (ATS) for Train Control system," Journal of the Korean Society for Railway, pp.204-210.
Baek J. H. and Kim Y. J.(2004), "The Study of Train Detection Using Balise," CICS.
Baek J. H. and Kim Y. J.(2003), "The Study of Function And Requirement Specification for Next Generation Train Train Detection," ICMIT.
Shin J. H and H. Y.(2007), "Development of High Speed RFID Reader System," Journal of Control, Automation and Systems Engineering, vol. 13, no. 9, pp.915-919.
Lian -F., Sun N. F., Zhang P., Xie L., Liming B., Chen Y., He C., Li J. and Li Z.(2012a), "Trackside electronic device for high-speed rail transponder information transparent transmission," CN102857366A.
Lian -F., Sun N. F., Zhang P., Xie L., Liming B., Chen Y., He C., Li J. and Li Z.(2012b), "Trackside electronic device for transparent transmission of information of high-speed railway responder," CN102857366B.
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