（电力电子与电力传动专业论文）列车运行数据无线传输跟踪查询系统的研究与应用.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t u 口2 0 0 0 ( 衄l l e db l a c kb o x ) i s 趾j m 脚t d c v i c ew l i i c hg i i m n l e cn 地s a f e l y o ft r a i ：略m 蚰i n gb y 伽柑i l l g 舡l dm 0 i t o r i n gt h e i rm 衄i n g 锄d i d 佃s n s r e 幽gd a t aa t h eb 驰i so f 阻f b t y ”t r i c v a l 缸l tl a 叫i a n da m l y s i s ，t l l e q u a l i t yc hc c ：| d n go fm o n i t o r i l l gd c v i ，t h ct r a c k j n g0 ft r a i 璐锄dv a r i 叩sl 【i n do f 叫n t c n a n c e t h c 瓤i m i n i s 仃a t i o nd e p a r t m c mo f 珀i l w a ym a k 髓ad c a r l ys t a 蜘c n t ： t l l em o i i i t o r i n ga n d 托幽g 幽啪e t sm u s tb es a v c d 舡da n a l y 弱df o re v e r y n 皿l i n go f 仃a i n s w l n lt h cs p 卸n i n gd c v e l o p m c n to fr a i l w a y 柚dt h ea d j 璐t n l to f a l l w o r k i l 唱f c e so fr a i l w a ya n d t h cc o 娟删伽s l y 的c c i e l 鲥梳o f m 幽gs p c e d o ft r a i n s ，s 伽cn a wc o n c c p t s0 哪ei l l l oe 任b d 鲫c h 弘t h ec y c l i n g r o a do f l o m 叫v 鹤，o n cd r i v c rs e r v i n ga n d “呲l o m o t i v cf o r e 瓤i m i n i s h a t i n g b u a u ”a l l dv 晌u sk i d so fm o n j t o f i n gd c v 妇s ，s p c c c h 0 0 删岫gd e v i c c 姐d f a u nd i 删i sd e v i a m 州d c l yu s c d a l l o f t h c 辩b 玎i n g a b i g c h a l l 皿g c i os 1 0 峨 蛐a 1 ) i z e 蛐d 陀砸c v ct h c 仃a i i n s m n n i 】喀幽m 啪w h i l ci ta i m 8 l 【c sm o 化 蛐c i l l tf o rt l i el o m o t i v e s 叩c r a t i o n 锄dm 柚哪r c l n c n t h io r d 盯t 0 l v ct h 髑e p i d _ b l 咖s ，t h i sp a p 盯g i v e s 姐o v c f a ud c s i g no ft h e1 0 c 岫o t i v c sd a 协w i 托l e 鹞 岫s p o n a d o na n dq u c i ys y s t 锄b a s e d 蚰u u 2 0 0 0 廿a i l l l s 劬m l j n g 柚d f e f d i n gd e v i c c a sd i s c u 鹤c da b 【，v e ，t l l e 糟i sa l 皿i m p o f t a n t 蛆d 础t i cm n i n gi n r 髂e 珊c h i 】唱粕da p p l y i n gt h c1 0 m i v e sd a t aw 酬鹤s 佃m s p 讲t a 妇蛐dq u c i y s y s t c m f u n h 锄o m ，i t i sa l u f i l l f o r m c l 咖a 虹v c s q u a u t y i n 删t i m e 仃；蛐g 姐d s t a t cc b 艇垂d n g i n t h c l i l t l i t h i s p a p c r m 如s 柚甑删v c 艘砌 t h el 伽o m ，cc a f r i 龉p a n ，t h e 乒。皿d 蛐l t i 曲dt h cg r o 叽ds o l t w a f cs y s t 锄 o ft h cl o 咖o n v ed 出w h l c s s t f a 璐p o n a l i 衄蛐dq u c l ys y s i c m f 炳n y ，t h e s ) r s t 咖d 船i 舯p i i n c i m ci sg i v h ia d d i 鼢，t h cd 嚣i g na n d t h ch 幽a 坤s 虮i c 眦 a md i 驯s s c di n 州1 t h cm n i n g 柚d 哪哪衄i 蚰1 r 髓l l l t ss h 0 啊t h en 黜s i t y 柚d p o s s i b m t yf 叮岫g t h eh 咖甜v e 鲫p e ：n 槲彻d c v i 啪n 柚dl o c 砌曲c n 枷血gs a f a y f i n a l l y t h i sp a p c rs 哪su p 也cp l i 妯剃咖a b o u tt h es y s t 锄，柚d 砸n t s o u t t h e s h m t a g ca t t h cs 锄c t i m c j n t h e 曲【d 蛐c 鲥i v i sa 托g i v c n 锄d t l l e f o r e 伊叫n d o ft h cs y s t e mi s 刚i e w e d k e yw o r 山：w i f c l c 鼹劬n s p o n ，c 0 曲m l i n g 柚dr c d i n g 晰蛔 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 随着全路生产力布局的全面调整，机务系统站段的全面整合，机车全循 环周转中途不入库，单司机值乘，“全局一台车”新理念的实施以及各种列车 运行监测设备( u ( j 2 0 0 0 型列车运行监控记录装置、t a ) ( 2 型综合监澳4 装置、 语音录音装置、机车故障诊断装置等) 的更新使用等新特点的出现，特别是 l k j 2 0 0 0 型列车运行监控记录装置( 简称黑匣子) 是确保行车安全的重要装 备，它所产生的列车运行数据是安全检索、事故分析、监控装置质量分析、 列车( 机车) 跟踪查询以及机车的机故、临修、状态修的重要依据，传统的 以转录器或大容量i c 卡对列车运行数据进行人工转储( 采集) 的手段，无法 实现对列车运行数据的实时分析和列车( 机车) 的远程跟踪查询，已不能满 足列车的高速安全、数据的可靠性和实时性的需要，同时也无法满足“全局 一台车”新理念实旆后的机务运用安全管理和调度指挥的要求。目前，列车 运行数据无线传输系统还没有在全路各机务段全面安装使用，对于列车运行 数据无线传输系统在铁路机务段的应用情况还是个未知数，因此有必要对其 在铁路机务段的应用情况、特别是对大量的实际列车运行数据进行研究和分 析，为其在全路各机务段的安装、使用提供依据、以便借鉴。 目前我国铁路列车运行数据还是采用定点( 固定检测地点) 、人工转录的 方式：机车到达入库地点或车站后，由监控装置检测人员携带转储器上车进 行转录，然后将列车运行数据文件发送到监控地面微机中进行数据处理和质 量分析，并将处理后的文件传到运用服务器微机。并进行安全检索和乘务员 标准化作业检索，最后乘务员才能插卡退勤。以锦州机务段为例，段内东、 西、入库3 个检测点加上东站1 个，锦州本站1 个，共5 个检测点，但由于 交路复杂，还是不能全部包括，大列线、锦州上行直通场还是空白。虽然乘 务员可以持小转储器或大容量i c 卡进行转录，但由于交路、人为以及设备等 原因经常造成列车运行数据文件不能及时转储、分析，乘务员不能按时退勤。 甚至存在文件的丢、漏、误删等现象。全路各段虽各有各的特点，但存在的 上述问题却是普遍的。铁道部明文规定：列车运行数据文件，必须台台转储、 列列分析、1 0 0 9 6 退勤检索。目前这种现状无论在管理上、维修使用上、运输 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 安全、调度指挥及工作效率上都存在严重的不足，并且浪费大量的人力、物 力，已经不适应技术发展和日益增长的安全运输生产需要。 由此可见，对列车运行数据无线传输跟踪查询系统的研究与应用不但对 目前机务系统的运用安全管理具有重要的现实意义，而且还为将来的全路机 车的调度指挥及机车质量状态信息实时跟踪、状态检修打下了良好的基础。 列车运行数据无线传输跟踪查询系统是一套基于g p r s 网络的适合机车运行 数据转储和传输的智能通讯平台。该系统主要由车载无线传输硬件设备、地 面基站、数据服务软件系统、g p r s 网络和i n t e r n e t 网络组成，按照模块可 以划分为数据采集和传输模块、数据处理模块和客户端等几个部分组成。 论文通过对“列车运行数据无线传输跟踪查询系统”的车载部分、地面 基站及地面软件的整个系统构成的研究，提出了系统的设计原则及硬件的结 构和实现方法。通过应用现场列车运行的实际数据验证该系统在机务段确保 机车监控装置质量和行车安全方面的必要性和可行性，并对其优、缺点以及 二次开发的可能性给出结论，为在全路各机务段的安装使用提供依据。 1 2 国内外研究概况 目前，g s m ( g l o b a ls y s t 鲫f o rm o b i l e ) g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i o s e r v i c e ) 技术早已在全世界范围内广泛应用在电力监控，水利监控环保监 测，交通管理，水电其抄表、油田监控等领域。日本铁道综合技术研究所从 1 9 8 7 年开始，便着手开发了使用最先进的无线和计算机技术的新型列车控制 系统c a r a t ( c o i i l p u t e ra n dr a d i ot r a i nc o n t r o ls y s t e m ) “。近年来， 国外铁路大量使用了6 s 肿r 系统，它是国际铁路联盟为欧洲新一代铁路无线 移动通信开发的技术标准，由无线网络、交换网络及其他通信网络的接口组 成。德国西门子公司研制的以g s m r 为无线传输手段，实现车地之间的控制 信息传输和列车位置的确定( 精度可以达到l o 一1 0 0m ) ，系统应用在柏林一 莱比锡试验段上。试验段长1 4 0k m ，双线，全线商业运行速度为2 0 0l 皿h 嘲。 全线共设有1 0 0 0 台固定应答器，3 个无线闭塞中心( r b c ) ，外部设施均与局 域网相连，全部由一个运输指挥中心控制，不必再借助外界的硬件设备，最 终实现无地面信号设备的列车控制系统。 为解决机车运行数据检测自动化和数据传输的无线化问题，国内很多研 究展开相关的工作并取得一定的进展。 北京天佑公司与济南铁路局联合开发了“g s m _ 9 9 型列车无线数据传输 系，该系统利用监控装置记录板的输出口，在不对监控装置进行改造和影响 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 其正常运前提下，采用数字信号处理技术、调制解调器收发技术和g s m 公众 移动通信网数据传输平台，实现了对监控装置记录的列车运行数据进行读出， 并通过g s m 阿传输至机务段微机处理系统；该数据传输系统主要由车载部分 ( 包括天线及车载装置) 、地面部分( 包括计算机、调制解调器、电话) 以 及相关软件组成，主要转储监控数据、发出对车载装置的控制指令。1 。 铁道部与株洲电力研究所、河南思维有限公司联合开发研制出的 j k 2 0 0 0 型运行监控装置。已在广州铁路( 集团) 公司的s s 8 型电力机车上 安装完毕并投入这种装置采用液晶彩色显示屏，由微电脑控制，采用两路电 路主板线路，可对司操作状态进行自动记录，规范机车司机作业，监控列车 地面实际运行状态“1 。株洲时代集团( 株洲电力机车研究所) 所研制的 l k j 2 0 0 0 型列车运行监控装置用车载控制模式或车载数据与地面信息相结合 的控制模式，具备与地面信息进行完善的自检功能。 可见国内有些机车运行监控记录装置实现了自检功能，也有些机车运行 监控记录装置的数据转录实现了无线自动化。但它们只是部分实现了系统要 求的功能，而没有整合成一个从自动检测到无线传输跟踪查询的完整系统。 另外，就无线传输的方式来说，现在的铁路机车监控调度系统，其监控 中心与机车之间的通信联络一般是通过常规的无线网和无线集群网来完成 的，常规的无线网和无线集群网都是基于某一无线频点的电台通讯方式，其 特点是技术成熟，实施方便简单。但是，用这种通讯方式其系统容量极其有 限，且通讯电台的功率不大，其作用距离仅十几公里，只适用局部地区的机 车话务通信。当然，如在已有数据通讯设备的基础上增加通讯中继站可以扩 大它的使用范围，但其使用的技术落后，投资规模巨大，且系统运行维护费 用也很高，从经济角度看，这种通讯方式使机车监控系统的实现受到了很大 的限制。如果能够利用某种公用的、覆盖范围广泛的无线通信网来解决移动 机车和安全控制监测中心之间的数据通信联络，必将极大推动机务部门对机 车监控和安全管理的力度，实现对机车的移动状态下的动态信息化监控和管 理，而g p r s 正是这样一种合适的选择。另外无线局域网技术在高速、大数 据量方面的优势成为g p r s 的有益的补充。国外对高速机车的运行中的通信 问题也进行了研究，如移动i p ，8 0 2 1 1 漫游系统等也具有一定的参考价值。 1 3 本文主要内容描述和安排 随着铁路提速进程的不断深入。各种为机车运行安全服务的检测系统和 监控系统得到广泛应用。同时也产生了新的问题，大量的检测和监控数据必 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 须人工采集、传送到地面相关部门进行处理，处理完的数据有一些还要以报 表的形式传送到管理部门保存。现有的人工方式存在数据的安全性和可靠性 差、缺乏对操作员的管理、工作效率低、通用性和数据时效性差的缺点。 同时也无法满足“全局一台车”新理念实施后的机务运用安全管理和调度指 挥的要求。因此，现场迫切需要设计一套切实可行的机车运行数据无线传输 跟踪查询系统。 机车运行数据无线传输跟踪查询系统的目的是：通过针对己有数字信息 采集设备所具备的硬件条件和信息类型，以及现有机车信息数据库结构和接 口的研究，开发一种通用的，能和现场已有检测、监控设备和管理数据库进 行无缝链接的机车运行数据无线传输跟踪查询系统，解决从采集到管理这一 环节中存在的问题。从而取代现行的人工采集、填表、递送的办法，保证数 据的安全性和可靠性，建立对操作员负责制管理，减少人为因素的影响，提 高了运用安全管理水平。同时，降低工人劳动强度，提高了生产效率，便于 全局甚至全路机车统一指挥。 1 3 1 本文主要内容描述 根据课题研究的要求。通过对现场调查与论证，对机车运行数据无线传 输跟踪查询系统提出了如下具体要求：应采用无线传输方式：信息传输距离比 较远、环境复杂：信息类型基本为文本，不同信息类型采取不同的传输模式： 对信息传输的安全性、可靠性要求高：系统应实现双向、全天候工作。 研究的主要内容为： ( 1 ) 系统背景、现状和需求分析，确定无线传输方案。 ( 2 ) 通过对g s m 技术的系统组成、系统协议的研究，获得短消息模式下 数据双向传输的实现方法。 ( 3 ) 设计系统结构。实现系统短消息模式下数据双向传输以及辅助功能。 针对具体要求本课题做了以下研究工作。首先，对机车信息采集、传输、 管理的应用背景和我国应用现状的研究，包括各类数字化信息采集、检测设 备的功能和结构进行了解，掌握现场一手资料。其次，对无线电数据传输技 术、g s 龌g p r s 通信技术的研究和分析。选取g s m g p r s 技术作为机车检测数 据无线传输系统解决方案的理论基础。对短消息技术的系统组成、网络结构、 系统协议、通信语言、交换机制、实现方法的研究。确定了机车运行数据无 线传输跟踪查询系统整体设计方案，依据方案进行系统设计。其中包括：系统 硬件设计( 机车信息采集发送端和接收处理端理论基础、设备类型、组网结构、 工作原理的研究) 。通过对g s m g p r s 技术中的短信息技术的研究，提出了一 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 种机车运行数据无线传输方案，结合数据库的应用，实现了对现有机车信息 数字化设备采集的数据统一传输和管理。经过近一年的开发和调试，现已初 步实现设计要求，下一步将投入现场进行调试和运行。 1 3 2 本文主要内容安排 论文将用六章的内容，全面、详细介绍机车运行数据无线传输跟踪查询 系统的理论基础、设计原理、开发过程、调试和运行。 第一章绪论。主要讲述机车检测数据无线传输系统的应用背景，以及论 文内容安排。 第二章l l ( j 一2 0 0 0 型列车运行监控记录装置研究。 第三章列车运行数据无线传输跟踪查询系统通信基础。介绍g s m 短消息 技术的组成、网络结构、实现方式以及g p r s 和无线局域网技术等相关内容。 确定系统的无线传输方案。 第四章列车运行数据无线传输跟踪查询硬件系统。对车载主机硬件、通 话器硬件、地面基站硬件组成及功能进行描述，提出系统硬件部分整体设计 方案。 第五章列车运行数据无线传输跟踪查询系统软件系统介绍。 第六章列车运行数据无线传输跟踪查询系统调试和运行。 最后，给出了本文的主要结论和有待研究的课题。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 第2 章l k j 一2 0 型列车运行监控记录装置 l k j 2 0 0 0 型监控装置是保证机车运行安全的监控设备，它能协助司机有 效地防止“二冒一超”等事故的发生”1 。它是在信号设备的发展及铁路大提 速的形势下，在l k j - 9 3 型列车运行监控记录装置的成功应用基础上借鉴国 外先进a t p 及a t c 技术，采用了先进的3 2 位微处理器技术、数字信号处理技 术，并结合多年来监控装置的运用经验，研制丽成的更薪换代产品“。 2 1 装置的生要特点 1 、装置的基本工作方式是将运行线譬备的参数事先存储于主机中，作为监 控工作的依据，并能够与地面进行信息交换，采用车载或车载数据与地面信 息相结合的控制模式”。 2 、系统采用双机热各冗余方式( 模块级冗余) ，在主机出现故障的情况 下，自动切换到备机工作，在任意一个单元或通道出现故障的情况下，自动 启用备用单元或通道，大大提高了工作的可靠性。 3 、采用先进的3 2 位微处理器6 8 3 3 2 作为系统主c p u ，其具有较高的 执行速度、控制精度，这样大大提高了工作的可靠性。 4 、采用控制器局域网( c a n ) 作为系统内部通讯方式进行数据交换。c n 总线器件本身带c r c 校验功能，具有高强的检错与容错的能力，使数据传输 可靠性进一步提高。 5 、监控功能的制动模式限速曲线采用实时计算，并考虑客，货车，制动 机种类、线路坡度等因素对制动距离的影响，使制动距离尽量接近于实际n “。 6 、对故障导向的安全措施作了较多的考虑。对速度信息故障、机车信号 信息故障、过绝缘节校正故障，通讯故障等都有具体的处理。 7 、采用1 0 英寸t f t 高亮度液晶显示屏作为显示设备，以图形、文字、 曲线的方式预示前方的隧道、域遭、曲线、车站、道岔、线路限速等情况， 使装置与司机之间更好地交换信息“。 8 、具备大容量i c 卡读写功能，能够解决对乘务员的参数输入，临时限 速的控制，长交路、轮乘机车文件转储困难等问题。 g 、带有列车事故状态记录器，可以详细记录事故前3 0 分钟的内容。 1 0 、在系统内比l k 卜9 3 型多安装了机车闸缸压力传感器，可以记录和榆 1 0 、在系统内比“j 一9 3 型多安装了机车闸缸压力传感器，可以记录和检 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 查机车小闸使用的情况“。 1 1 、采用带背光面膜，光线暗时，面膜自动点亮，方便操作。 1 2 、采用6 u 标准插件及机箱结构，具有灵活、维修方便等优点。 1 3 、系统电磁兼容性满足i e c 6 1 0 0 0 标准三级要求，抗干扰能力强，工作 可靠性高。 2 2 系统的组成 l i ( j 2 0 0 0 型监控装置采用了分布式系统结构，使系统组织灵活、配置方 便；分布式的数据采集和预处理可以提高采样精度，同时可以大大减轻主c p u 的工作负担。主c p u 系统以及各模块问通过完全隔离的串行总线联接，减少 相互间的干扰，从而使系统有很高的可靠性。分布式的系统结构要有一种分 布式的总线作为底层依托，我们使用c a n 总线做为新一代监控装置的总线方 式，c a n 是专门用于工业自动化领域的一种网络，不同于以太网等管理及信 息处理网络，其物理层特性和网络协议更加强调工业自动化的底层监控。它 采用了最新的技术及独特的设计，各项性能远高于已经陈旧的其它现场通讯 总线。系统结构如图2 一l 所示，它由主机箱、显示器、速度传感器、压力传 感器、双针速度表、转储器、事故状态记录器构成，并与s j _ 9 3 或s j 一9 4 通 用式机车信号一起构成一个超速防护系统。 列车总线车辆总线 机车工况输入 地面信息输入 i 端显示罂 i 端双针表 速度传感器l 速度传感器2 哪2 咖主机 制动控制输出 机车信号 翌堂墨塑1 ) i i 端双针表 传感器3l 事故状态记录器 压力传感器1h i 压力传赭2 磊 ： 车载设备 一一一- 一- 一，- - - - l - - - 匡蔓三垂玉 - _ 固地面设备 图2 1系统结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 主机箱采用6 u 标准插件，由以下7 快插件组成。 l 、监控记录插件 监控记录插件集监控、记录功能于一体，是系统的核心单元。其主要进 行测速、测距、监控逻辑判断、制动距离计算及监控控制功能的执行以及机 车运行参数记录和暂存、文件的转储发送。 2 、地面信息处理插件 其完成对轨道电路传输的机车信号信息分析处理，确定轨道电路区间分 段地点，提供监控主机信号机距离修正及机车轮径修正信息。同时处理在轨 道电路传输的机车信号信息上叠加的其它控制用的信息，也可处理类似地面 应答器装置发出的其它点式信息，供监控插件使用，这样可以更大地增加监 控装置的控制功能，提高监控装置工作的可靠性及自动化程度。 3 、通信插件 这是串行通信接口扩展插件。插件提供两个r s 4 8 5 通信接口及一个 r s 4 2 矾噶4 8 5 通信口，供监控装置与1 如匕监铡装置、列车总线及其它装置 进行串行通信，以达到数据信息共享的目的。船4 2 2 通信接口数据链路层采 用 玎) i j = 协议。 4 、模拟量输入，出插件 完成对列车管压力、制动缸压力、原边电压、原边电流等7 路模拟量输 入信号进行电气隔离、a m 转换；完成对速度、柴油机转速等4 路频率信号 进行电位隔离及电平调整，供主c p u 采样，并输出双针速度表驱动信号。 5 、数字量输入插件 提供1 6 路5 0 v 电压信号( 主要是机车信号条件) 的电气隔离及电平转 换功能。 6 、数字量输入，出插件 完成8 路机车工况信号( 1 l o v 电压信号) 的电气隔离及电平调整功能， 提供7 路驱动能力为1 1 0 v 、0 5 a 继电器触电输出( 包含有常开常闭接点) 。 同时包含有故障继电器驱动控制电路，一旦装置发生故障，自动向司乘人员 发出警告信息，请司乘人员采取相应措旌。 7 、电源插件 采用模块电源将机车上的1 1 0 v 输入电源转换为装置工作所需的多路电 源。 2 3 监控记录插件的转储器通信接口 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 运行记录数据的转储用m c 6 8 3 3 2 的异步串行通信接口来实现，符合 r s 一2 3 2 c 电气标准。串行通信由m c 6 8 3 3 2 直接控制，数据由m c 6 8 3 3 2 的r x d 、 t x d 端输入、输出。h c m o s 与r c 2 3 2 c 的电平转换由串行通讯接口芯片t s c 2 3 2 完成。t s c 2 3 2 有2 个独立的通道，只需单一的5 v 电源供电，内部自带升压 电路，实现电平转换。 监控记录插件与转储器间通信线的连接方式如图2 2 所示。 + 1 2 v + 1 2 v1 地 地 3 发送 发送 ：j 1 5 0 0 v ，输出之间相互隔离，隔离电压为 5 0 0 v 。输出的纹波噪声 1 0 0 m v 。 u 0 v 输入电压通过保险管以及原边眦i 电路进行电磁兼容性设计之后，至4 达 整流桥d b l ，由整流桥出来后的1 1 0 v 分两路进行变换，一路由1 1 0 v 变换成 + 1 2 v 输出，一路由1 1 0 v 变换成+ 5 v 输出。其中+ 1 2 v 的输出电压又将作为其 余6 路5 v 输出的输入电压，5 v 的输出由三端稳压器( 7 8 l 0 5 ) 进行稳压，来 保证6 路+ 5 v 输出的电压稳压性和低纹波特性。 2 c p u 主板 c p u 主板采用的是5 8 6 1 6 岫z 主频的p c l 0 4 工控主板，型号1 0 0 p 6 0 7 0 ， 它的主要配置为6 删板载内存：电子盘可扩展到2 5 嘲；1 个c r t 接口；2 个 串口；1 个并口、1 个i d e 接口、2 个u s b 接口；1 个键盘接口；1 个n e 2 0 0 0 网络接口。整个主板相当于一台微型p c 板，功能强大。单5 v 电源供电，所 需电流 1 2 a ，工作温度范围一2 0 + 6 0 。 3 p c m c i a 适配器、无线局域网卡及天线 p c m c i a 适配器型号：p m l 0 3 8 ，使用的是一片理光r f 5 c 3 9 6 l 的接口芯片， 通过该芯片完成了p c i 0 4 总线和p c m c i a 总线的转换。p c m c i a 总线是一种热 插拔总线，在国际上较为流行，有很多处理设备支持这种总线。无线局域网 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 6 页 卡采用符合i e e 8 0 2 1 1 b 标准并能在工业环境应用的专业网卡。天线采用6 d b 的增益天线，并能适应机车的应用环境。 4 底板 整个系统需要多个串行接口，而c p u 主板只提供二个，因此系统增加底 板来扩充串口。 底板提供了五个串行接口，它可以通过光隔离接口板转换成r s 2 3 2 、r s 4 8 5 和r s 4 2 2 电平。根据目前应用要求，提供了1 个r s 2 3 2 接口电平，三个r s 4 8 5 接口电平和一个r s 4 2 2 电平接口。其中：1 个r s 2 3 2 接口用于转储监控装置 的记录数据( 该r s 2 3 2 口由c p u 直接引出) ，1 个备用：1 个r s 4 8 5 接口用于 采集监控装置的实时信息，一个用于采集t a ) 【2 箱内各检测单元的实时信息， 另一个用于转储走行部文件；r s 4 2 2 接口用于采集机车状态信息。 整个电路主要由三块芯片组成，分别是：e 蹦7 1 2 8 l c 8 4 译码芯片、1 6 c 5 5 4 四串口芯片和一块1 6 c 5 5 0 单串口芯片。 e p m 7 1 2 8 l c 8 4 通过p c i 0 4 总线与c p u 主板进行通讯，根据c p u 指令产生 不同的译码信号，分别选通1 6 c 5 5 4 和1 6 c 5 5 0 芯片。当1 6 c 5 5 4 和1 6 c 5 5 0 芯 片被选中后，通过p c i 0 4 总线上的数据总线与c p u 主板进行信息交换，把c p u 送来的并行数据转成串行数据输出，反之，把外设送来的串行数据转换成并 行数据通过p c i 0 4 总线传送给c p u 板。 根据不同的串行速率来选择晶振频率。1 6 c 5 5 4 的速率范围是5 0 1 1 5 2 0 0 b p s ，晶振选择1 8 4 3 2 删z ，对1 6 c 5 5 0 的速率要求达到3 0 7 2 0 0 b p s ，晶 振频率选择4 9 1 5 1 2 删z 。 5 l e d 显示板 l e d 显示板安装1 4 个发光二极管，可以直观的表示本系统的运行及数据 采集状态。 6 g s m g p r s 组件板 g p r s 组件板采用西门子m c 3 5 1 模块，整个电路由四部分组成。分别是 淝3 5 1 无线通讯模块、与主板通讯的r s 2 3 2 接口电路、振荡控制电路、s i m 卡 通讯电路。通电后，通过振荡控制电路使m c 3 5 l 进入工作状态，然后m c 3 5 l 读取s i 麓卡信息，如果s i m 卡存在就与移动通讯中心连接，完成注册，如s i m 卡不存在，就处于待机状态。r s 2 3 2 通讯电路作用是进行信息的传递和参数 设置。 4 3 1 1 车载主机与l k j - 2 咖型监控装置的连接 无线传输车载主机与监控装置的连接有两个接口，一个负责接收监控装 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 7 页 置记录文件，另一个负责接收监控装置的实时信息。记录文件的转储接口使 用原有的r s 2 3 2 转储口( 见图4 4 ) 。监控装置的实时信息则使用连接t a ) ( 2 的r s 4 8 5 通讯口，共用监控装置与t a ) ( 2 箱连接的r s 4 8 5 口( 见图4 5 ) 。 1 、转储口连接 与l k j 一2 0 0 0 型监控装置转储口的连接：车载无线传输主机的t s l 和监控 装置记录板的转储口连接( 见图4 4 ) ，由于l k j _ 2 0 0 0 型监控装置有两块监 控记录板，该连接线一个头接车载主机的t s l ，另外有两个头为两个r s 2 3 2 接口，分别接l l 【j 一2 0 0 0 型监控装置两个转储口。 ：l广 u u 2 0 0 0 监控装置 l i 。 ( 监控记录板)1 崆 图4 - 4 无线传输车载主机和l k j 2 0 0 0 型监控记录板连接 2 、实时信息接口连接 需要在监控装置和t a ) ( 2 箱连接线间增加一个t a l 9 3 通讯接线盒，具体接 线示意见图4 5 。 4 3 2 通话墨硬件设计 车载通话器由话筒、扬声器、电源、放大电路、振铃电路、通话控制电 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 8 页 路等部分组成。 器一薰e 无 线 传 输 主 机 l j 垫竖塑l _ _ 1 车载通话器主板i 图4 _ _ 6 车载通话器 车载通话器是无线传输装置的可选设备，通过无线传输主机中的g s m 模 块实现与地面通话设备之间的通话功能。车载通话器各部件的功能简单描述 如下： 1 电源：提供车载通话器的工作电源，车载通话器电源电路输入为1 1 0 v ， 输出为1 2 v 供车载通话器主板使用。车载通话器电源输入为t h 6 ，其中t h 6 ： l 为+ 1 l o v ，t h 6 ；3 为一1 1 0 v ； 2 话筒、扬声器：车载通话器送、受话装置。话筒与车载通话器t h 4 ( 或 t h 5 ) 相连； 3 放大电路：通话时对送、受话语音进行放大、调整，实现与无线传输 主机g s m 模块送受话收发。送话输出至车载通话器t h 2 ( t h 3 ) ：l 、2 ( 对应 无线传输主机为t s 6 ：l 、2 ) ，受话输入为车载通话器t h 2 ( t h 3 ) ；3 、4 ( 对 应无线传输主机为t s 6 ：3 、4 ) 。调节车载通话器主板v r 2 可调整扬声器音量 大小，调节车载通话器主板v r l 可调整送话音量大小； 4 振铃电路：当接收到其它通话设备呼叫时对来电进行提示，当t h 2 ( t h 3 ) ：6 ( 对应无线传输主机为t s 6 ：6 ) 为低电平时振铃电路工作，同时 来电提示指示灯亮； 5 通话控制电路：当接收到来电时，通过按下通话开关进行通话或当呼 叫固定的地面通话设备时，按下通话开关进行呼叫通话。通话过程中t h 2 ( t h 3 ) ：5 ( 对应无线传输主机为t s 6 ：5 ) 为高电平( + 1 2 v ) 。 4 3 2 1 车载主机与车载通话器的连接 车载无线传输主机的t s 6 连接i 室车载通话器的t h 2 ，i 、i i 室通话器之 间通过t h 3 进行连接( 见图4 7 ) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 堡堕 图4 7 无线传输车载主机和通话器的连接 4 3 2 2 车载通话器的使用操作 ( 1 ) 机车乘务员与地面人员进行联系：机车乘务员按压车载通话器上的 通话键，按压一次时车载主机自动拨打路局地面通话控制器的电话号码，按 压两次拨打本段地面通话控制器的电话号码，在地面的软件控制下，地面人 员与机车乘务员可进行通话。通话完毕，机车乘务员再次按压通话键或地面 人员操作地面软件均可挂断电话。 ( 2 ) 机车乘务员接听地面人员打入的电话：地面人员需要与某机车乘务 员进行通话时候，可以通过地面调度查询终端软件与该车通话：车载通话器 振铃响3 声后自动转入接通状态，乘务员可以通过车载通话器与地面人员进 行通话。通话后机车乘务员按压通话链或地面人员操作地面软件进行挂断电 话。 4 3 3 车载设备的连接 无线传输车载主机需要与机车上各种监控检测设备进行连接，包括：1 】l a n 天线、g s m g p r s 天线、监控装置、t a ) 【2 装置、车载微机检测等，具体连接见 图4 8 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 0 页 源取自 操作台 源取自 操作台 图4 - _ 8 无线传输车载主机装车连线图 外部设备插座配置： t s l ：监控装置文件转储口。 t s 2 ：t a 】( 2 装置通讯口。 t s 3 ：t a ) 【2 装置文件转储口。 t s 4 ：m v b c a n 总线接口( 预留) 。 t s 5 ：各用r s 4 8 5 接口。 t s 6 ：i 端司机室车载通话器接口。 t s 7 ：j k 0 0 4 3 0 型机车走行部监测装置文件转储口。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 1 页 t s 8 ：调度命令显示设备接口或机车工况记录仪转储口。 t s 9 ：微机网线测试接口。 4 3 4 地面基站硬件设计 地面部分硬件由无线传输控制主机、无线a p 、发射天线( 含防雷器) 、 g s m g p r s 组件、出入库跟踪工作站、远程跟踪工作站组成。无线传输控制主 机应2 4 小时不间断工作。为提高可靠性，本系统中选用工控机，安装l i n u x 操作系统。地面出入库跟踪工作站、远程跟踪工作站采用普通微机，安装 w i n d o w s 系列操作系统。无线a p 选用型号为：c i s c oa i r o n e t 3 5 0 ，发射天线 采用增益为1 0 d b 的专用天线。g s m g p r s 组件具有收发短信、g p r s 数据传输 和语音通话的功能，并且地面也可选用录音设备进行录音。 4 3 4 1 地面基站硬件构成及功能 l n 把t 无线数据传输基站 z 4 g 无线局域网 图4 - _ 9 无线数据传输基站设备连接框图 无线数据传输基站设在机务段，主要设备包括通信服务嚣、数据服务器、 1 i n u x 传输主机、上网模块、交换机等，其设备连接示意图如图4 _ 曲所示。 l 、通信服务器 该机器通过具有固定i p 地址的a d s l 连接到i n t e r n e t 。主要完成机车 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 2 页 g p r s 实时信息的接收与控制、g p r s 方式的监控文件接收、内外网r s 2 3 2 实时 信息的传发以及内外网文件传发等功能。 在该服务器上需安装g p r s 实时信息接收软件t s 和机车实时跟踪软件( 设 置为外网使用方式) 两个软件来完成g p r s 的信息接收和列车g p r s 控制。 2 、数据服务器 该机器连接到机务段的局域网( 内网) ，从数据安全角度考虑，通信服务 器与数据服务器间采用r s 2 3 2 方式进行数据传输。主要完成与通讯服务器实 时信息的r s 2 3 2 传输，实时信息的解析与保存，g p r s 监控文件的内外网传输， 内网客户端控制命令的上传，以及分发l i n u x 传输主机上的机车记录等功能。 同时，作为网络版地面处理、网络版列车实时查询、网络版实时跟踪电子地 图的网络服务器。 在该服务器上需安装机车实时跟踪软件( 设置为内网使用方式) 、网络版 地面处理软件、网络版列车实时查询软件和网络版实时跟踪电子地图软件。 3 、l i n u x 传输主机( 无线转储服务器) 该机器通过无线a p 连接到机务段的w l a n 无线网络，主要完成出入库时 机车文件的转储，无线传输主机配置的维护等功能。 4 、工作站微机 工作站微机使用现有的办公0 a 网上的任意微机工作站。工作站用于对列 车运行状态的跟踪查询和机车的出入库状态的查询。根据工作站的使用需要 可进行： ( 1 ) 机务段列车跟踪查询控制( 需安装客户端软件) ( 2 ) 机务段机车出入库状态及记录文件查询( 需安装客户端软件) ( 3 ) 列车运行状态动态查询( 髓b 浏览器查询) ( 4 ) 列车运行电子地图查询( 髓b 浏览器查询) 通过以上各部分相应硬件单元的实现，一个列车运行数据无线传输跟踪 查询系统已经搭建完毕，配合相应的软件处理便可以实现对列车运行数据的 检测、转储以及无限传输跟踪查询。 西南交通大学硕士研究生学位论文第但亘 第5 章列车运行数据无线传输跟踪查询软件系统 5 1 系统软件设计原则 依据系统性能要求，系统软件设计应遵循以下基本原则： ( 1 ) 、软件有高可靠性和信息高安全性； ( 2 ) 、软件符合现场功能要求； ( 3 ) 、软件具有人性化界面，结构简单、操作方便： ( 4 ) 、软件通用性好、兼容性强。 设计中，在做到这些基本原则的基础上，要顺利开发一个系统的应用软 件还要考虑系统软件开发工具的选择、系统软件需求分析与功能要求、系统 软件数据库架构和软件分发等等。 5 2 系统软件需求分析与功能设计 通常，软件应用程序的开发步骤包括：系统需求分析与设计、系统功能 实现、系统运行和维护、交付使用等步骤。 工程项目实施之前，一定要全面了解用户的需求和系统涉及到的相关业 务。列车运行数据无线传输跟踪查询系统软件也不例外，仔细分柝用户的需 求，只有把其中重要的地方分析透，才能定出软件所起的作用，这就是系统 需求分析。 本系统用户需求的特点为： ( 1 ) 、车载部分软件根据车载设备的不同，要分别设计信息读取程序， 同时还要考虑硬件测试程序。 ( 2 ) 、监控实时( r s ) 程序，从监控装置读取实时信息、通过远程g p r s 实时传送信息。 ( 3 ) 、监控记录转储程序，能通过无线局域网或瞄传回地面，并由监 控实时程序调用。 ( 4 ) 、机车检澳8 数据必须自动存储，能够完成数据库管理操作。 ( 5 ) 、信息的安全措施要齐全。 ( 6 ) 、具有良好的用户界面和简单的操作过程。 ( 7 ) 、有完善的用户信息管理功能。 针对用户需求的特点，本列车运行数据无线传输跟踪查询系统软件功能 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 4 页 分为四大部分： ( 1 ) 、信息处理 本软件的信息处理主要是机车运行数据和状态信息的处理a 包括数据和 信息的接收，接收数据信息内容的提取，信息的发送。 ( 2 ) 、数据库管理 这部分主要是对数据信息保存、查询、编辑和处理功能，还要对用户信 息和辅助功能信息进行数据库管理。为各工作站管理软件提供共享信息，并 能自动统计相关报表。 ( 3 ) 、系统维护 系统维护的内容包括车载主机无线网络规划和l p 地址的分配，车载主机 软件更新和配置，用户登陆时，用户名、密码输入对话框；操作员信息更改 设置界面；系统硬件信息( 如串口通信设置、无线模块设置、发送模式设置和 一些辅助功能设置等) 维护。 ( 4 ) 、辅助功能 提供给用户通知、信息查询功能；用户优化操作功能；用户使用帮助功 能。 5 3 机车运行数据无线传输跟踪查询系统软件组成 机车运行数据无线传输跟踪查询系统软件组成包括列车运行监控记录装 置软件、机车运行数据无线传输跟踪查询系统地面软件系统以及机车运行数 据无线传输跟踪查询系统车载软件。其中l k j 2 0 0 0 列车运行监控记录装置软 件出厂时已配备，本文主要讨论的是车载、地面部分软件并对利用g s m g p r s 实现实时信息的发送和接收进行了详细讨论并给出设计方案。 1 机车运行数据无线传输跟踪查询系统中地面软件部分介绍。该部分 软件由远程跟踪查询系统、出入库系统、电子地图系统、列车运行状态远程 动态查询系统组成。地面远程跟踪查询系统基于s q ls e r v e r 2 0 0 0 开发，该部 分完成g p r s 数据接受、机车实时跟踪、文件传输等功能。 2 机车运行数据无线传输跟踪查询系统车载软件系统。系统的无线网络 依托电信的g s m g p r s 移动公网和i n t e r n e t 互联网，主要完成机车与地面间 的数据信息传输。有线网络利用已经建成的铁路计算机网络系