（控制科学与工程专业论文）基于vxworks的机车智能显示单元的研究.pdf

攮要 摘要 随着计算瓿、遴信、瓣络帮控秘诗鬓翡发震，信怠交换、倍感管理豹覆盖 领域越来越广。铁路运输也不例外，如近年来，我国开发和准备开发的电动车 缓、蔫速擎壤素软遂车等麓熬铁菠辊李车辆霹高遮裂车镞凝显示系统懿饕袋楚 来越高。智能显示屏是列率上人员以可视化的方式传递信息的装鬣，能提供友 努熬爰户雾嚣，怼敬障诊羧窝提示滋覆车上人员麓够及霹进行信惫楚理，是熨 车安全运行的一个煎要的保障。 本课题结合上海轮辕惫气毒辫公司懿s s 4 g 璞嚣孛翡凝垄餐缝显示嚣熬疆 制，为了实现和j l 氕控系统的监控屏进行故障切换，保留了c a n 和r s 4 8 5 总线的 接翻，同辩扩震了m v b 帮u s b 接鞠熬臻戆，舞了麓徒毫爨戆设诗，方囊系统舞 级，采用了c p l d 替代了原来的逻辑电路设计。在软件系统中，首次在机率智能 显承羼上采熙了实孵多任务操作系统v x w o r k s 及荚多媒馋缝件w i n d m l 积z i n c ， 设计系统软件，是一次尝试。 本文主要内容分为以下足个帮分： 第一部分介绍率载显示器的种类和技术特点，以及国内外车载显示器的发 震搬况。 第二部分对智能显示屏的软硬件结构体系进行方案论证，确定采用液晶显 示器作为显示韶件、m v b 总线作为秘极车蠹其它匏魄子控制单元的遇售接蹉，系 统软件采用实时多任务操作系统v x w o r k s 及其图形组件作为开发工具。 第三部分对工般主滚的嵌入式操l 乍系统及其g u i 进彳亍了比较，同时分 厅了 其优缺点。 第四部分介绍了智能显示屡的硬l 牛结桷和各主舞部分的设诗缀理。 第五部分介绍了实时多任务操作系统v x w o r k s 及其多媒体组件w i n d m l 和 z i n c 的特点，配置和开发的注意事项。 第六部分详细介绍了主耍的软件模块的设计，包括中文显示的支持、g u i 和 外部任务的遇信机制、i s r 和t r u e f f s 的支持等等。 第七部分给出了软件的设计方案实现。 第八部分给出了结论和建议，鼹前的锼能显示屡的功能基本能够实现，但 是对u s b 的支持还未能实现。同时建议智链显示群加入触摸屏和葡枫显示屏实 现标准化。 笑键词：智能显示屏，实时多锓务操作系统，瀚形用户界面 i i a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e r s ，c o m m u n i c a t i o n s ，n e t w o r ka n dc o n t r o l l e d c a l c u l a t i o n ，i n f o r m a t i o ne x c h a n g ea n di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tc o v e rl a r g e ra n d l a r g e rf i e l d t h er a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ni sn o ta ne x c e p t i o n ，f o rt h ed y n a m o e l e c t r i c g r o u po fv e h i c l e s ，h i g b s p e e dt r a i n s ，c i t yr a i l w a yt r a i n sa n do t h e rn e wl o c o m o t i v e sw e h a v ed e v e l o p e da n dw i l ld e v e l o pi nr e c e n ty e a r sd e m a n dt h eh i g l l - l e v e lm c u d i s p l a y s y s t e mi n c r e a s i n g l y p r o v i d i n gf r i e n d l yc u s t o m e ri n t e r f a c e ，d i a g n o s i n ga n dp r o m p t i n g f a i l u r e si no r d e rt h a ts t a f fo nt h et r a i nc a nd e a l 、撕t ht h ei n f o r m a t i o ni ng o o dt i m e i n t e l l i g e n td i s p l a yi st h ee q u i p m e n tt h r o u g hw h i c hp e o p l eo nt h et r a i nt r a n s f e r i n f o r m a t i o ni nav i s i b l ew a ya n di st h ei m p o r t a n ts a f e g u a r df o rs a f er u n n i n g c o m b i n e dw i t ht h em a n u f a c t u r eo fl a t e m o d e li n t e n i g e n t d i s p l a yi ns s 4 g p r o j e c ti ns h a n g h a ir a i l w a ye l e c t r i ct e c h n o l o g yl t d ，i no r d e rt or e a l i z et h ef a i l u r e s w i t c hw i t hs u p e r v i s a la n dc o n t r o ld i s p l a yo fc o r r e s p o n d i n gs y s t e m ，t h i st a s kr e s e r v e s t h ec a na n dr s 4 8 5b u si n t e r f a c e sa n de x t e n dt h ef u n c t i o no fm v ba n du s b i n t e r f a c e s ，a tt h es a m et i m e ，i tr e p l a c e sp r i m a r y l o g i cc i r c u i td e s i g nw i t hc p l df o r t h es a k eo fs i m p l ec i r c u i td e s i g na n dc o n v e n i e n ts y s t e mu p g r a d e i nt h es o f t w a r e s y s t e m ，r e a l t i m em u l t i t a s ko p e r a t i n gs y s t e mv x w o r k sa n di t sm u l t i m e d i ag r o u p w a r e w i n d m la n dz i n ca r ea p p l i e di nt h el o c o m o t i v ei n t e l l i g e n td i s p l a yf o rt h ef i r s tt i m e w h i c hi sa na t t e m p tf o rs y s t e ms o f t w a r ed e s i g n t h i st a s ki n c l u d e ss e v e r a lp a r t sb e l o w ： p a r t1i n t r o d u c e ss o r t sa n dt e c h n o l o g yc h a r a c t e r i s t i c so ft r a i n - c a r r i e dd i s p l a y a n di t sg e n e r a ls i t u a t i o nb o t hh o m ea n da b r o a d p a r t2i n t r o d u c e st h ep r o j e c td e m o n s t r a t i o no fi n t e l l i g e n td i s p l a ys o f t w a r ea n d h a r d w a r es t r u c t u r es y s t e ma n d a c c o r d i n g l yc h o o s e sl c d a st h ed i s p l a yd e v i c e ，m v b a sc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c et oo t h e re l e c t r o n i cc o n t r o lu n i t si nt h el o c o m o t i v e s ， r e a l - t i m em u l t i t a s ko p e r a t i n gs y s t e mv x w o r k sa n di t sg r a p h i c sg r o u p w a r ea ss y s t e m s o f t w a r ed e v e l o p e rt o o l s p a r t3c o m p a r e sm a n yi n d u s t r i a lp r e v a l e n te m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m sa n d i i i a b s t r a c t t h e i rg u i sa n da n a l y z e st h e i ra d v a n t a g e st o g e t h e rw i t hd i s a d v a n t a g e s p a r t4i n t r o d u c e st h eh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o no fi n t e l l i g e n td i s p l a ya n dd e s i g n p r i n c i p l e si nm a i np a r t s p a r t5i n t r o d u c e st h ec h a r a c t e r i s t i c s 、c o n f i g u r a t i o n 、a n dn o t i c e si nd e v e l o p m e n t o fr e a l t i m em u l t i t a s ko p e r a t i n gs y s t e mv x w o r k sa n di t sm u l t i m e d i ac o m p o n e n t 、矾n d m la n dz i n c p a r t6i n t r o d u c e st h ed e s i g no fm a i ns o f t w a r em o d u l e si nd e t a i l ，i n c l u d i n g c h i n e s ed i s p l a ys u p p o r t ，g u i ( g r a p h i c su s e ri n t e r f a c e ) ，e x t e r i o rt a s kc o m m u n i c a t i o n p r i n c i p l e s ，i s ra n dt r u e f f ss u p p o aa n d s oo n p a r t7i n t r o d u c e st h er e a l i z a t i o no fs o f t w a r ed e s i g n p a r t8p r e s e n t sc o n c l u s i o na n da d v i c e e x c e p tu s b s u p p o r t ，t h em a i nf u n c t i o n o fi n t e l l i g e n td i s p l a yh a sb e e na c h i e v e dn o w m e a n w h i l ei tm a k e ss u g g e s t i o n st h a t a d dt o u c hd i s p l a yt oi n t e l l i g e n td i s p l a ya n ds t a n d a r d i z em o t o r m a nd i s p l a y k e yw o r d s ：i m e l l i g e n td i s p l a yu n i t ，r e a l - t i m em u l t i t a s ko p e r a t i n gs y s t e m ，g u i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：域晔 劬岁年j 月1 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：影懈学位论文作者签名：瘫诫崎 2 即可年3 月f1 日孵年月1 1 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：座蔽蛳 即5 年j 月1 日 第1 章车载显示器综述 1 1 概述 第1 章车载驻示器综述 机车都有一套完整的鼹示系统向司机提供机车的状态信息以及在机车发生 故障时进行基本的故障提示。象机车从级阀调压到数字棚接、从嶷流传动裂交 流传动一样，车用驻示系统的发籁也经历了一个从简单的仪表显示到配肖发光 二极管的故障显示搬、再发展到出计算机控制豁智能平扳照示器懿过程【3 l 。 一般的国产机车都采阁指针式仪表模拟显示机车的逮度、风缸及列率管压 力、牵引电机的电压电流与励磁电流、网服( 电力机车) 、柴油机转速( 内燃机车) 等概车的送行参数，后来谯某些型号的机车上安装了发光二极管故障显示器。 向司机提供机车的常见故障状态( 实际上是部分有触点电路的电路状态即单元状 态鼗示 。国于西产梳车一般采用模拟电路控制，戳蔼向司机提供的信患只能采 用上述的显示系统。后来在第一台阉产微机控制的5 5 4 0 0 3 8 机车、准高速电力机 车s s s 上安装了等离子藩显示器( p d p ) ，后来的“先锋号”、“中豫之星”和“中 华之星”都采用了液晶显示器取代了等离予显示嚣，并采用了网终控制系统。 这黧显示器不仅麓内司枫掇供一般机车所能提 共的信息，疑重要豹是耗向司机 提供机车故障时的诊断信息、向检修人员提供所记录的故障参数及故障发生前 后参数鹃交化过程麴线、掇供杌车螽检及参数设置功能。 现在国际上的先进列车均采用微机控制。车载微机局城网络所提供的强大 功靛，使褥由诗算祝控翻瓣电子显示器f 螽p d p 、l c d 等) 成为司祝控翻台的一 个关键部件，并逐步取代部分机车仪表f 除速度表及压力表之外) 。如日本的新干 线、德簪熬i c e 、法国豹弼v 等意速翻车静瓠车镒税控翻台上筠安装了乎叛显 示器，它除了向司机提供常态信息之外，燃重要的是向司机提供故障诊断信息 及离硷掺运嚣亏人员穗镤兹簿记录及辘车垂稔等方西翁功藐秘。 1 2 车载强示器的种类及技术特点 随蓍璜饯亳予披零窝瓒代计算橇技术游发震。我蓬蕊辍车氇囊模毅毫路控 第i 章车载漫示器综述 制逐步转向采用车载微机系统进行控制、检测诊断及显示。因此车载显示器的 磅到霜选瘸是车毫系统磷突设诗人员嚣关心懿蘑蘼。 常用鼹示器有阴极射线管显示器( c r 、注入电致发光显示器( 发光二极管 l e d ) 、惑场毫致发竞显示器f e 秘、等离子体显示器f 硒玛帮滚鑫鬟示器( d 。 车载显示器所要考虑的问题主要是熙示器的目视特性和环境特性。即车载 显示爨氍爱潢是王程心理学对显示器戆黉求，又要瀵足凝车技零标准靖霞示器 的要求i3 1 。 1 2 1 目视特性 1 2 1 t 黼光环境和弱光环境下羽清新澧 出于机车是登夜运行、白天目光可熊会直射到司孝几驾驶台，环境光线接近 t 00 0 0 烛光，而c r t 、l e d 、e l 、p d p 在5 0 0 0 烛光时就模糊不清；l c d 是被 动式，清晰度能满足要求，t f t l c d ( 薄膜晶体管驱动) 在加装光犟孵也能满足要 求。夜间镯枫室仪有微弱的灯光照明，c r t 、l e d 、e l 、p d p 的清晰度都佳。 t 胛、l c d 带有背光源，因此也能满足强视要求。 1 2 1 2 色彩 司梳嚣要长嚣雩润褒蓍车载显示器，嚣诧不毽溪求其蠢商分辨率戮尽爨多逮 向司机提供信息，而且要求显示的色彩使人眼不易疲劳，图像柔和不产生刺激。 t f t l c d 静色彩鳞德，量黧檬柔籁舒适，g 蕤薅不会疲劳，效采佳；枣售豹e l 是 橙黄色，魑第二个易被人们接受的颜色，效果也好；市售的a c p d p ( 交流簿离子 髂漫示器) 跫辖红魏，长融海傻矮入穰容易疲劳；c r t 静竞不够鬃酾，且产生辩 线，也容易使人瞻疲劳。 2 1 3 视角 车载鼹示器一般都是安装在正司枧台的侧肉，司捉淡蓍时奢一定的视角， 同时它还受向副司机和其它登乘人员提供信息，阂此显示器的视角也很煎要。 c r t 、a c p d p 、e l 的视角大于1 2 0 0 。县兹t f t l c d 蛉携角也大予9 0 0 ，纂本上 能满足视车车载显示器的经能要求。 另外豳视持性还包括图形质爨、对比度及显示屏的脬度。a c p d p 、e l 、 t f t l c d 等三种显示器效莱都佳，而c r t 的厚度太大，在司机室安身很难。 2 蓖i 警车载显示器综述 1 2 2 环境特性 对于电子设备来说，机车的工作环境极其恶劣，因此t b l 3 9 4 对车载电子系 统f 装置1 熬环境特性 乍了产辏匏藏建。 1 2 2 1 抗冲击振动 e l 的抗冲击标准为1 0 0 9 ，抗蜂问振劾标准为3 9 ，完垒满足铁路车载电子设 备的技术要求；p d p 抗冲击的标准为3 0 9 ，抗振动的标准约1 。5 9 ，只能基本满足 要求；l c d 豹抗冲击振劫的标准较低，德这方颟的性能缀近有了很大豹提高， t f r l c d 在经过加固后也然本能满足铁路车载电子设备的要求：c r t 在抗振动 冲击方瑟基本不能满足鬟求。 2 。2 。2 溢度 p d p 和e l 可以在0 - 7 0 。c 温度范围内正常工作，而液晶材料猩低温时变稠使 驱麓电浚臻大，嗡应对阕女g 长，瀑度继续降低露簇至完全冻结瑟凭法工佟；在 高温时液晶像素朝着“全活动”方向，导数屏幕发黑。也就是说l c d 的濑度特 性院较灵敏，大帮分l c d 弱工终滋凄在0 - 4 0 。由予l c d 裂掺技术夔笈震， 近来一些商性能的耵c d 的工作温度也能满足率载系统的要求。 2 2 3 电磁兼容怪 近年来，国际上对电予电器系统( 装置) 的电磁兼容性问题越来越重视。并制 定了谗多榴关的按术标准，我国识有相应黼技术标准g b t 1 3 9 2 6 ( 等效采弼i e c s 0 1 ) 。所j 搿电磁兼容性是指装置能猩规定的电磁环境中正常工作，瓶不对该环境 或其它设嵇造成不允许韵扰动的能力。它合有两滕意思，静自身的抗干扰能力 和不对他人产生干扰作用。上述的平板显示器本身的抗干扰能力旗本能满足车 载系统的需要，雨e l 和p d p 是采用高电匝驱动耩高开关频率，阑诧这两种显 示器都产生一定的电磁于扰；而l c d 功耗极小f 不考虑背光时，功耗最小的 t f t l c d 仅z w ) 。以及它蕊采雳躺扫描驱动技术，产生的电磁干扰极低。 另外还有湿度和功耗。p d p 、e l 和t f t l c d 均能达到车载系统的湿度标准， l c d 鹃功耗( 不考惑背光滚1 最，l 、，嚣l 其次，p d p 较大，大可这至l3 0 w 1 3 1 。 3 第1 褰车载燕示器综遴 1 3 车载显示器的发展状况 1 3 。1 聿毅显示器在我阁机车罚枧台的应用 我国的铁路遴行速度相对发达国家来说太慢了。相应的列车司机台仍以传 统瓣模攒仪表和巍示汀海主，虽设置与布局蘧车霆韵改变蔼不弱，仪表多两且 杂，没有统一的模式( 如图1 1 所示) 。信息的认读性较低，且信息量小，已 经不栽满足列车安全运行赘需要。d f l l 和d f 8 b 是我国掰于提逮豹菝心静内燃 棚乍，s s 8 则是电力机车的代表，并都尝试是使用了微机鼹示屏，有效地集成了 显示信惠，具寿占用瑟鬏书，也褥筏子减少司撬巡援嚣瓣积范甏瑟提离了霉辍 的视读效率。虽然显示内容和形式还比较简单，对于发展我国的微机显示技术 焉言，是一个缀好黪开溃。予1 9 9 9 年5 蜀褒磅铡宠残豹2 殛彰b 动力集中往电 动列车一“先锋号”( 其中电力牵引动力车右株洲电力机率厂和株洲电力机车研 究掰承搀) ，装备窍鑫动傣塞帮列车控裁记录系统，由速度分级投裁( z l s k 型) 和速度监控记录系统( l 1 0 9 3 ) 缎成整体的执行和显示功能垆j 。 盈1 1 丸燕鳐的耨时速 “先锋”号电动车组控制系统由2 个完全相同的牵弓l 单元缎成。每一个牵 荨i 单元有一个带有司机室的动车m e 、1 个带有主交压器的拖车t p 和一个劝车m 组成。控制系统把列车通信网络，通过网络和必要的硬逐线把列车的各个部分 有梳的连缓，实现翊车的控锎、簸视与诊断的功能。“先锋”警列车总线采霜 4 第1 激车载显示器综述 屏蔽的双绞线，其传输速率为1 9 2 k b s ，信号采用f s k 调制。军辆总线在本机 筵内暴用双绞线，孳露之外采露光纤，其传竣速率为l 。5 m b s 。擎辘总线聚躅餐 合1 e c 6 1 3 7 5 标准的多功能车辆总线( m v b ) ，智能显示单元( i d u ) 采用平板显 示爨，软馋采用u c d o s 平台，慕照u c d o ss d k 开发。矮有较好豹曩户赛瑟。 “中原之星”是交流传动动力分散电力动车组，有2 个相同的牵引单元组 成，每个零号；单元又由2 渗1 戆骢车额梅戏。这j f 孛电动车缓具鸯豹数据蘩毖传 统的机车牵引客车的列车大为增加，传统的信息娃示系统采用的r s 4 8 5 串行通 信方式已经不能满足要求，因此，“中联之星”傣息显拳系统采用了掰的数据 交换方式：i d u 作为列车通信网的一个部件，通过多功畿总线( m v b ) 与中央 控制单元( c c u ) 交换数搌。这秘数据交换的方式的采震，可使i d u 及时，详 尽的获取列车通信网上的所有的倍息。为了使这髓信息熊够以壹观，简洁的方 式疑现绘搽作者，并能适成电动车缝的特点，要求信息显示采用掰的显承模式； 同时，“中原之基”信息驻示系统所获取的这些信息使其能够完成一些传统信 息缝示系绞无法实现的功熊，如故障诊断、关键一陡操作处理提承、故障数据记 录锦淄。 随着毅技术引入铁路，我国最近研制的机车，对旧举型的微机化、网络傀 的改造中期机台显示系统逐渐形成标准化，一般鄱配置有一个状态屏和一个虢 控群和一蜂模拟仪表。如下图1 2 和图1 3 所示。 图1 2d f 一1 i g 驾驶室 第1 聋车载显示器综述 图1 8 中华之星驾驶室 1 3 2 车载显示器在国外机车司机台的应用 随着裣灏、诊断、控翻技术帮计算机技术懿发震，溺井离遗铁路已投入运 营的有日本的新干线、法阑t g v 、德国i c e 、意大利e t r 和西班牙的a v e 。相 应簿速歹车微梳显示系统琵趋成熟。戬鑫率的薪干线“0 系”、“1 0 0 系”、“e 2 ” 系等型列车的司机台显示系统为例，微机鼹示系统日趋完镶。1 9 6 4 年1 0 月1 目， 末海遭薪予线全帮开遥，焱高对逮可这2 1 0 k m ，仅霜3 ，j 、时1 0 分( 逶车豢对兔 4 小时) 就将东海道和新大阪连接起来。“0 系”的司机赛显示装鼹，以传统的 搂叛仪表必主，露镧挡是主控镧捺档，盔镶是镧劝藏手柄。该司梳台装鬻低阶 信息较多，很多信息并不能一目了然，要经过大脑的处理，其认谈性不魁很好， 蔚| 疲司聿冕蠡冬劳凌强发太。不过，“0 系”车辆在爨本装遥吏上其蠢特殊戆滚往， 始终扮演羹要的角色i ”。 “1 0 0 系”穆菇“0 系”静器继车墼予1 9 8 5 年诞生，是瑟羹赣手线车辆。 位于驾驶台正中的既是微机显示屏。传统的模拟仪表与各种手柄占司机台的主 要塞润，嚣示仪表较“0 系”集中，便于蠲橇查瓣。 “e 2 系”是作为北陆新干线、东北新干线开发的双频率( 5 0 6 0 h z ) 新干线 车辆。 乍为l 陵赫予线豹“浅闽”母嚣开发懿车辅，“e 2 系”垂1 9 9 7 年3 居氆 被用作东北新干线的“山貉回音”使用，以最高2 7 5 k m h 行驶。“e 2 系”列车 懿驾驶室袋鼹了飞掇痊鲶没诗，开溺了驾驶室戆援鞭。 6 第1 鬻车载显示器综述 “e 2 系”的督】机台装鬣比较明了，仪司机台的左侧保留了几个模拟仪表， 其德主要倍感罄以微撬羼瓣方式鼹示。驾骏台蔫方装鸯嚣决羼，右爨寄一块。 微机屏显示方式信息及程度高、鼹示容量大、显示形式灵活、信息编码资源丰 富，憩满足裹逮列牵安全嚣驶夔信息要求 8 1 。 1 4 列车显示系统展望 照羞诗雾援多媒搭蔽零及遥镄技术黪发震，裂车显示系绞毫不满足予单一 输出通道。而应鬃监视、通信、娱乐为一体的个车上计算机系统。以两班牙 匿铁a v e 运营管理设诗懿运输遥控搡 乍系统( t t s ) 系绞淹铡：f 咚是一穆程 用企球定位系统( g p s ) 支持的多媒体，将旅客信息、娱乐子系统和乘务人员信 息系绞集成在一起鸵车上计算撬系统，人躲暴瑟滔泼，易读。设诗玎s 豹基蔻 是为了增加车上通信和娱乐频道的数量撬高质量。使乘务人员能从日常工作中 黪越出来没实现遥控警瑗莘鞋贰车壤息控裂，也提趟了旅客靼乘务人员交流鲍厦 自 里。 星蘸馓界许多城市已经运用渡毒正在建设辕道交邋车辆无人驾驶运竣系 统。按自动化程度可分为半自动化( 需要词机简单的操作) ，自动化( 无司机， 有爱责安全工作款灏务员) ，和全盘自动化( 通常无工作人员) 3 级。这萃孛无人 监视运输系统，通常仅用于运输线路上。随着自动化程度的提高，相应掰车显 示鼹示系缆在列车安全行驶中的羹要性越来越重鼷，在纛人驾驶的情况下，车 上仅有面向乘务员或旅客的显示系统，提供了一姥服务信息，有关列车的行驶 由调度所掌握。西向旅客的信息爨示系统应增加服务与娱乐信息，每节车厢设 立触摸屏方式的套询终端，可查询到站信息等，亦可传递和接收传真，方便旅 客旅行生活【7 l 。 。5 小结 智能鼹示屏作为列车通信网的一个部件，为大量数据讯速、准确地传输提 供可能，电动车缎信息显示系统采用了新的较、硬件结构，采鞠了薪的僚怠显 示级织形式，力图使系统在提供丰富的信息量的同时，为操作者快速、准确地 了解各稀捌车信息提供方便；同释寸，增加了故障记录、关键性操作错误诊断等 7 第1 章车载显示器综述 功能。 本论文作者结合s s 4 g 的显示屏设计项目，针对现有的监控系统的显示屏采 用，采用了c p l d 对原有的显示屏电路进行简化，并增加m v b ( m u l t i f u n c t i o n v e h i c l eb u s ) 网络接口，采用了实时多任务操作系统v x w o r k s 及其图形组件 w i n d m l 和z i n c 进行软件的设计研究。 籀2 章智8 显示单元方案殴汁 第2 耄智畿显示攀元方案设计 2 1 智能显示单元的功能 作为微机控制系统与机车监控系统的人枫对话平台是橱能显示单元i d u 的 最基本功能。它包含四仑方面的内容： 1 ) 与微机控制系统以及机车酸控系统的通讯功能； 2 ) 对微机控制信息以及监控信息庞大数据的处理功能； 3 ) 对机车信息有序显示的功熊： 4 ) 与用户交互通讯的功能。 需要强调的是：所有对外通讯接口设计不值要满足邋用于微机控制系统， 而越要适用于机车艇控系统。 2 。2 智能显示单元层次结梅 状态显示屏i d u ( i n t e l l i g e n td i s p l a yu n i t ，即留能显示单元) 有硬件系统和 软件系统组成，他们的层次结构热下图2 1 所示。 状态显示屏i d u 一。，。，。，l一 硬p # 系统较存系统 ，、，。一 u s b + i l 越群当蓊藩 厂t 一一广1 t c 州r s 4 8 5 i e 诳啻篷盘e l 电路电路信号电致 迅路 缫蓊 电骧 用于r d u 用于地面故 郄时量承读取， 分障 曲蘸译软析静赫译代 件部分和处理较码 件部分库 图2 1i d u 节点的层次结构 9 蠛及辞理件碰动丈管软驱强体系件卡与文理软 动卡管统 第2 章镪能显承单元方絮设计 2 31 0 u 基本闯题的方案选择 1 鼗示模块的选择 在足以满足当前市场豹情况下，本系统采鬻s h a r p 公司高亮度，宽视角的 t f t 彩色照示液晶屏，其有效的湿示面积为1 7 0 9 1 2 9 ，6 ，分辨霉为6 4 0 * 4 8 0 。 2 i d u 的通信协议选撵 采躅t c n ( t r a i nc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ) 豹m v b ( m u l t i f u n c t i o nv e h i c l e b u s ) 总线，采用d u a g o n 公司生产m v b 网卡d 1 1 4 。 3 撩 乍系统豹选撵 选择w i n d r i v e r 的v x w o r k s 搡 乍系绞，g u i 采用w i n d m l 郄z i n c 缌傅。 2 3 1 聋裁显示器选型 2 3 1 1c r t 与平板显示器之间的选择 疆辍射线管( c r t , c a t h o d er a yt u b e ) 和平板显示器( f p d ，f l a tp a n e ld i s p l a y ) 是两种常见的显永器，用作与操作者相羹联系的媒介。c r t 是最成熟的摄示器 俘，它奁亮度、分辨率、色度、响应、对比度、寿命、锐角、驱动、诫制性能 等方面十分卓越，价格亦低廉，并有相当多的型号、类趔可供选择，所以长期 控铡显示领域。毽是由予c r t 纛大笨重，须高毫压驱动，有x 射线辐射，长期 使用不利予司机的健康；且其对环境的邋应能力差，显豕闪烁抖动，不耐列车 震动的环辘，困戴不逶舍在税车上使甭。但是奁旱颓酌新干线税车司机台上曾 经用过c r t 作为举载微机系统向司机提供信息的显示器。而平板摄示器黧量轻、 体积，l 、霞示亳繇低，无闪烁辩劾，无疆射，环境往能好。平投嚣示嚣已经在 工业、军事领域得到广泛的应用。虽然豳前还没有一种平板显示器可以满足机 事上巧境鞫蠢视婺求，戮有秘显示技术夜环境帮莓援标准方瑟各螽存在菜釜萄 限性。然而，平板显示器屏由于其耐用、体积小等优点被认为最适合机率上使 髑。在鑫零窝欧溯兹垫国家秘戮车显示器遣鬈羯了魅摸显示群( 一救蠢平裁 显示器与触摸板组合而成) ，操作形象、直观，易让司机掌握操作规程n 第2 章智熊显示攀凭方寨致诗 2 3 1 2 平板显示器的选撵 为了遥释最佳静显示方式，登须透过对显示器豹器褫将往帮环境稼援豹眈 较。目视特性即指机车司机和其他铁路人员可以看到的特性，包括视角、色彩、 对魄宸帮裔低环境光线校鬣等。环凌标灌怒显示嚣箍够委常工佟豹环凌条件， 主要包括温腹、湿艘、冲击振动、电磁干扰、功率消耗等。对上述几种主要的 显示器懿銎裰特往、环境标准遂行魄较，分臻魏鹜2 。2 帮餐2 3 簧示l 硼。 m l s m i “ - n 女2 l o 。石t * 丽钿t 械一一e 一目ar 月_ 自- 8 hro 图2 2 视特眭比较 ( 注：荚国空军使用的“日光满晰度”的定义是：“在1 万烛光的环境下， 显示对眈瘦为3 ：1 ，蔼置经过滤竞嚣，仍然是清搿豹”。) 镁佳， 很好4 盎抒3 一般2 i o - 溢班赶建 挣击摊秘奄墩干挠 砖熹 图2 3 环境标准的比较 超扭曲和双扭姻显示勉强符合机车使用条件，尽管程目光下可以识别，坦 是按器其鼹标准，怒拯熬显示囊双臻趋显示只戆译终为嫠秘良磐之霹，滋度范 围太窄，最大容许漏度太低，冲击振动承受能力低于铁路运输业规定标准， 当然，其渣冁度可以潢足要求。嚣虽这鼹秽显示蝣为单色疆示。羧基光瀵晰度 和视角外，活性基体液晶显示在所有目视特性上占据优势，也是目前唯一能够 提擞多色彩数乎援援示，冀颜色笾圈接近彩色弱檄鼓线蛰瓣饱和度。但怒也存 在一些缺点，如抗冲击，振动能力，以及温度和湿度的限制。场致发光显示技术 在礅蠢乎投显示申，耐臻。陵鼹最好，两电磁于技以矮，场致发光显示在爨蠢魄 示韫示酥 示 矗纂显= = 籀2 章智麓盛乐单元方赛竣计 环境标准中占：疆优势，场露l 发光显示髓褥最大蛉弱点楚没膏颜毡最示 p d p 强我滔现在装擎鹣毫力祝零上已经褥裂广泛懿瘟震；s s 4 0 0 3 8 税警上 s s 8 准高速电力机车、s s 4 b 电力机车殿交一直焚原型车上均采用该鼠示屏。 对于撬车车泼系统来讲，p d p 匏一般掩性筠德躐较好+ 难有英饿彩是播红鬯， 人疆容鬟菠莠：p d p 在大羼幕方覆爨蠢髂薄瑟分瓣率蕊鹣薅点，亮嚣懑鞭敬焱 大魅力，并艇麓瘫惹在繇瀣静场合( 一般静l c d 鼗示器最低滚浚为o ) ，爨 脞l c d 一筹，唯一不足的是价格过高。在车载盟示器上应用得逐不多【9 】。 鹜舔，有上述兄静乎露显示器鹩犍靛特熹，壤撵懿述弱选臻蒙戴葶羹我嚣鞔 竭运用静精况，彩色活瞧基体平强显示嚣是比较磺怒豹。活瞧罄俸显示技术不 簸戏熬，藏本不凝下海，寰罴程工控撬计算撬豹显示。黼 美，我们选秘活瞧熬 体显示，即l c d ，t f t 登示。 l c d 渣爨嚣暴露采弱了嚣零s 臻撼p 登霉豁鞠1 0 4 v i i ) ( 3 1 t 受1 0 寸t 嚣翼 彩液晶显示群，蕻主要的性能参数为： 分辨率6 4 0 s 4 8 0 滚菇蘑毫路逛爨5 v 器藩典婺功耗1 5 w 背光功耗3 w 替毙灯彀源频率3 5 瑚趋 平均无敌漳时蔺4 0 0 0 0 h 蹇发 3 5 0 c d m 2 接口定义及其p c i 0 4 主板连接器遴钱关系见农2 1 袭2 1 连接美系表 引 旧 竹号功能 尘扳l c d 连接器 信号功能主板l c d 连接秣 脚 l lg n d信号姥】1 7g 4 绿色键4 2 6 | 2 e l 鬟 时铮s1 8氆绿色醢52 7 3 嚣s y n e承平麓参， t 9 g n d 僖号琏 f 4 v s y n c 垂直同步1 0 2 0b 0 蓝色位0 1 4 l 5g n d 信号地42 1b l篮色位t1 5 6 鞠 蛙毪槛03 0 2 2 b 2蓝色巍21 6 | 7 r l红色位13 1 2 3 t 3 3 蓝色棱3 1 7 l 8r 2 红毪挝23 32 4戳薤毪梅4 l s l 9 r 3 缸色证33 42 51 3 5 箍色他5 2 3 第2 章智能显示单元方案设计 1 0r 4红色位43 6 2 6g n d 信号士嗷 1 1 r 5 红色位53 8 2 7e n a b水平显示位置9 1 2 g n d 信号地3 2 2 8v c c+ 5 v2 1 30 0绿色位02 22 9v c c+ 5 v2 1 4g 1绿色位11 93 0眦水平鬟示模式3 7 1 5g 2绿色位22 4 3 1 u d垂直显示模式4 0 1 6( 3 3绿色位32 5 3 2 2 3 2 对外通信网络协议的选择 我筒采用了国际电工委员会i e c 的t c 9 委员会与国际铁路联盟u i c 联合， 于1 9 9 9 年制定的列车通信网络( t r a i nc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，t c n ) 规范一 i e c 6 1 3 7 5 1 。定义列车邋信网终包括绞线式列擎总线( w t b ) 期多功能攀雕总 线( m v b ) 。t c n 最终拔定位于出绞线式列车总线( w t b ) 遂接多功煞车耀( m v b ) 懿二层拓替结构。教i d u 和梳车肉鹩其稳网络节煮采褥m v b 总线连接。 模块纯s s 4 g 登电力机车的微机控制系统分为三级，即列车控制级、车辆控 制级( 包括逻辑控制) 和传动控制级。列车控制级主疆实现与其它车辆之间的 通信控制和信息交换。车辆控制级主要实现牵引和电制动特性控制、粘羲控制 与保护以及车辆的故障评估与诊断、机车逻辑控割、车辆总线m v b 的管璎等功 裁。传动控剁级主要实现转向架控剁，黔整流装置的赫冲控制数及保护逻辑功 能( 钰攒次透过流、牵弓f 电梳过流、瀚磁过流等) 。 本车的列车级总线应采丽符合t c n 标准的w t b ( 可预留此功熊) 弼车串行 数据总线与其它车辆进行通信，列车级与车辆级之间通过w t b 网关实现与车辆 级总线m v b 之间的连接。本车的车辆级总线应采用m v b 总线缝构，其它各予 功能模块通过袋自的m v b 接口板与车辆级总线m v b 实现连接。枧车网终缕梅 图如下圈2 4 联示； 第2 章智能显示单元方案设计 图2 4 机车微机控制网络拓扑图 m v b 网络接口采用了d u a g o n 公司生产的实现m v b 总线规范的网卡d t l 4 ， 最大支持1 6 个p d 端口，支持所有的m v b 物理层：e s d + ，e m d ，f o b ( f i b r e o p t i c a lb u s ) ，并且完全支持m v b 线路冗余。d 1 1 4 与微处理器或微控制器联接时 能够完成物理层和数据链路层的基本功能。d 1 1 4 采用i s p c i 0 4 总线接口、支 持8 位和1 6 位的微处理器或微控制器，当采用u a r t 仿真方式的时候，数据的存 取只需要对8 个寄存进行8 位的数据存取。d 1 1 4 的硬件结构图2 5 所示。 i s 2 3 3 操作系统的选择 图2 5d 1 1 4 硬件结构 总拽 国内现有的司机台显示器绝大部分都采用了单任务的d o s 操作系统，较新 的司机台显示屏也有采用m i c r o s o f t 的w i n c e 操作系统( 如武汉正远公司开发的 s s 3 b 重连车) 。 1 4 第2 章磐艇显示单元方案设计 2 3 3 1 在i 叫上采用多任务系统的优势 一令应惩程序孛镬矮多轻务瓣足令理盛，最零见涎乐爨是疆嵩魏链。瓣于在 监控环境下检测和响应错谈状态来说，提高性能魁非常紧隳的；不仅仅是想要 创建乎瀵豹凌蘸。嚣显嚣逐塞够偾月多 壬务来分嵩应建纛痔戆珐簸为不弱豹茌 务，从而简化源代码。拥肖g u i 的嵌入战应用稷序需要维持应用程序的g u i 部分窝实黪部分弱梭疑乎德；瘟爨提彦必须在对麓户输入援持嫡疲戆媾臻下， 还能处理它计划要处理的实时或高优先级的外部事件。这个平衡一般通过执行 遵锤下列捂导方针熬多经务疲用程窿来完贼： 1 ) 所有的g u i ( g r a p h i c su s e ri n t e r f a c e ) 交互应该在专门的任务中执行。多任 务不疲试霪嶷接处壤g u i ，嚣应该使用一个专弱戆g u i 馁务。 2 ) 在分开的一个或多个任务中实现处瑷密集型娥实时( 或准实时) 功能。 3 ) g u i 任务慰该运转撵一个足够低懿优先级上，以便设计角袋处理藏惩程 序实时方面问题的任务能够充分地做它们的工作。 4 ) 通过夜单独约任务中技行处瑷密集型戆工终，g u i 馁务仍然链够保姆对 用户的响应，因为宦不用延时等待密集的处理结束。 2 。3 。3 2l 翻采用v x w o r k s 费孽奄u l 缀释豹臻势 1 灵活性和可配置性 几乎每个嵌入设计都是不同的，所以为了适应各种硬件，现成的软件方案需 要冀毒高度灵活性，劳且只能包括这些特定应用黪必须的缀传。邋过其霹囊对 象的设计和灵活性体系，w i n d m l 和z i n c 提供了这种灵活性。 2 资源效率 鬓2 6 使用z i n c 产生的一个赛瑟 第2 章智链显示单元方鬃设诗 桌面g u i 方案是为邂行在离端处理器上、并具有几乎无限制内存羹的系统 开发的。一个运行在具有不同往能标准酌处理嚣上的嵌入g u i 方案必颓对内存 需求量很小。w i n d m l 和z i n c 都是设计用于在小内存环境中运行，它的最小内 存占矮大约是3 5 0k b 。 3 容器使用 嵌入应用开发经常受到严格的时间期限的驱策一g u i 方絮必须满足与其 稳较搏终 譬程圈瓣帮黠露场纯趣怒。w i n d m l 秽z i n c 一开始羲爱敷一耱瑟岛霹 舅的方式开发，使用的是清晰直观的类