Monitoring of Train Location with Ardunio Based Control System

Abstract

In this study, an Arduino-based prototype has been developed to teach the structure and working principle of the Centralized Traffic Control (CTC) system that enables the monitoring and control of railway traffic to students studying in the field of Rail Systems Electrical and Electronics Technology. The developed system consists of four stations. The line in which the stations are located is divided into the blocks with the fixed block signalling system. At the fixed block signalling system, block, can only be occupied by one train at a time. The TCRT5000 IR (infrared) sensor gives the information that the train has entered the block. When the program embedded in the Arduino controller is operated, the relevant relay at its output activated and that block or station is shown on the centralized commander panel in red. If the relay is active, it not only shows the relevant block line on the central control panel as red, but also ensures that the signal on the line is red. Thus, the information is given for trains coming from behind that the line is full. If the leading train leaves the corresponding block, the signal on the line is converted automatically from red to green to indicate that the corresponding block is empty. In the designed system, the movement of the trains is provided by manual driving. In the system, two different trains were used, both receiving energy from the catenary line and using the third rail system. 433MHz RF transmitter and receiver pair provide giving or cutting the energy to the train on the line and controlling the railway points.

Keywords

• Arduino
• Central trafic control (CTC) System
• Railway
• Fixed block signaling system

Monitoring of Train Location with Ardunio Based Control System

Abstract

Bu çalışmada, Raylı Sistemler Elektrik ve Elektronik Teknolojisi alanında okuyan öğrencilere demiryolu trafiğinin izlenmesini ve kontrolünü sağlayan Merkezi Trafik Kontrol (CTC) sisteminin yapısını ve çalışma prensibini öğretmek için Arduino tabanlı bir prototip geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem dört istasyondan oluşmaktadır. İstasyonların bulunduğu hat, sabit blok sinyalizasyon sistemi ile bloklara ayrılmıştır. Sabit blok sinyalizasyon sisteminde, blok aynı anda sadece bir tren tarafından işgal edilebilir. TCRT5000 IR (kızılötesi) algılayıcısı, trenin bloğa girdiği bilgisini verir. Arduino kontrolörüne gömülü program çalıştırıldığında çıkışındaki ilgili röle aktif olur ve o blok veya istasyon merkezi kumanda panosunda kırmızı ile gösterilir. Rölenin aktif olması sadece merkezi kumanda panosundaki ilgili blok hattını kırmızı olarak göstermekle kalmayıp aynı zamanda hat üzerinde bulunan sinyalinde kırmızı olmasını sağlar. Böylelikle arkadan gelen trenler için o hattın dolu olduğu bilgisi verilmiş olur. Öndeki trenin ilgili bloğu terk etmesi durumunda hat üzerindeki sinyal ilgili bloğun boş olduğunu belirtmek için kırmızıdan yeşile döndürülür. Tasarımı gerçekleştirilen sistemde trenlerin hareketi manuel sürüş ile sağlanır. Sistemde hem katener hattından enerji alan hem de üçüncü ray sistemi kullanan iki farklı tren kullanılmıştır. 433MHz RF verici ve alıcı çifti, hat üzerinde trene enerji verilmesini veya kesilmesini ve demiryolu noktalarının kontrol edilmesini sağlar.

Keywords

• Arduino
• Merkezi trafik kontrol sistemi
• Demiryolu hattı
• Sabit blok sinyalizasyon sistemi

References

1. Alikoç, B., Mutlu, I., & Fuat Ergenç, A., (2013). Stability analysis of train following model with multiple communication delays. IFAC Proceedings, 46-(25), 13–18.
2. Azim, M.R.S., Mahmud, K., & Das, C. K., (2014). Automatic train track switching system with Computerized Control from the Central Monitoring Unit, International Journal of u- and e- Service, Science and Technology, 7-(1), 201- 214.
3. Canpolat, M. (2019) Communication-based train Positioning control system by using existing radio system. Master of Science Thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences of Dokuz Eylül University.
4. Cheedella, S., Manne, J., Vamsi, K.S., & Yalamanchili, N. (2020). Railway track monitoring system using Arduino with LoRa. International Journal of Scientific & Engineering Research. 11-(6), 775-778.
5. Dick, C.T., Mussanov, D., Evans, L.E., Roscoe, G.S., & Chang, T-Y. (2019). Relative capacity and performance of fixed and moving block control systems on North American freight railway lines and shared passenger corridors. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2673-(5): 250-261.
6. Görgülü, Ç. (2017). "Tarihsel Süreç İçerisinde Demiryolu Trafik Yönetim Sistemlerine Yüzeysel Bakış", Demiryolu Mühendisliği, 5, 34-44.
7. Gülener, Y. (2009). Bir raylı ulaşım sinyalizasyon sistemi gerçekleştirme, Yüksek Lisans Tezi İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
8. Kaymakçı, Ö.T., Oz, M. A. (2017). An automatic formal model generation and verification method for railway interlocking systems. Gazi University Journal of Science, 30-(2), 133-147.

9. Malekjafarian, A., OBrien, E., Quirke, P., & Bowe, C. (2019). Railway Track Monitoring Using Train Measurements: An Experimental Case Study. Applied Sciences, 9-(22), 4859.
10. Mallikarjun, G.H., Swati, I.K., Sneha, S.G., Basamma, B., Vivek, M.N. (2017). Digital Logic Gate Simulation using Arduino Microcontroller. Journal of Control System and Control Instrumentation, 3-(1), 1-6.
11. Mutlu, A.F., Ergenc, T., Ovatman, & M.T. Soylemez. (2012). Design of a Hardware and Software Based Test Bed for Railway Signalization Systems. In Proceedings of the 13th IFAC Symposium on Control in Transportation Systems, pp: 185-190.
12. Nahid, S., Padala, S. & Kumar, V.S.D., (2013) Design and development of train tracking system in south central railways, International Journal of Science and Modern Engineering, 1- (12), 60- 64.
13. Pachl, J. (2020). Railway Signalling Principles. (E-Book) https://doi.org/10.24355/dbbs.084-202006161443-0
14. Rajkumar, R.I., Sankaranarayanan, P.E. & Sundari, G., (2013). GPS and Ethernet based Real Time Train Tracking System, International Conference on Advanced Electronic Systems (ICAES), 2013, pp. 282-286.
15. Temiz, İ. İlyas, B. Karayanık, S. (2015). Demiryolu Ulaşımında modern sinyalizasyom sistemlerinin gelişim süreci. Otomasyon Dergisi , 275, 84-92.
16. Söylemez, M. T. (2019). Raylı sistemlerde sinyalizasyon: Neden?, Nasıl?, Elektrik Elektronik Mühendisliği Kongresi (EEMKON 2019), İstanbul, S: 29-36.
17. Vidyasagar, K., Babu, P.S., & Prasad, R.R. (2015). Train tracking and the signaling system using infrared and radio frequency technology. International Journal of Computer Applications, 119, 11-14.