机车监控装置远程控制方案及实现方法.pdf

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1、机车监控装置远程控制方案及实现方法!胡准庆张欣北方交通大学机电学院北京#$%&摘要设计了一种基于()的机车监控系统*用无线电手机传输监控装置产生的原始数据至+,机-达到实时监控机车运行状况的目的*该系统简单灵活-传输可靠-实践表明该系统具有良好的稳定性和可靠性*与现行车载监控装置相比-系统提高了数据的实时性.减轻工作人员的劳动强度等优点*关键词监控装置无线数据传输机车/0 12 1 34 5 16 4 7 5 8 4 9:4 8;1 5 4 8?7 5 7 AB 5 C 2 1 9 D 5 4 7EFG H F I J K I L G H M I L N K I O P Q Q R S RP

2、TUR V W X Y Z V X Q X Y Q R V Z V X Q Y S Z Y R R Z Y S-_P W R Y Z X P P Y SaY Z b c-d R Z e Z Y Sf g g g h h-O W Z Y X&i j C 5 8 k 5 l Im H K no M o p q-Mr s t s us m K v pus I K m s q n w n m p u x M n p ys I()K ny p n K L I p y cz H ps q K L K I M r K m wy M m Mq K m m p IK Im H pq p L K n m p qp

3、 J F K o up I m K nm q M I n uK m m p ym s+,x wus x K r pm p r p o H s I pK m Hm H pq p n F r m m H M m m H pr s t s us m K v pt M Ix pus I K m s q p yq p M r m K up cz H pn m q F t m F q ps|m H K nn w n m p u K nn K uo r p-M I yK m nm q M I n uK n n K s IK nq p r K M x r p c+q M t m K t pK I y K t

4、M m p ym H M m K m H M n p r r n m M x K r K m wM I yq p r K M x K r K m w cI yK m H M n K uo q s v p ym H py M m Mq p M r m K upo p q|s q uM I t pM I yr M x s q K I m p I n K m ws|uK n n K s I M q wt s uo M q p yK m Hm H M m s|o q p n p I m y p v K t p c!1 4 8 A C)s I K m s q M I yt s I m q s r p J

5、 F K o up I m#K q p r p n nm q M I n uK n n K s Iy M m Mn w n m p u$s t s us m K v p%引言国外对无线列车监控系统的研究已有多年的历史-并已设计和开发出许多系统&#()*如由欧洲铁路联盟研究所研制的为实现欧洲铁路统一信号设备的无线列车监控试验 ()*&系统+美国的基于无线单线闭塞系统*,z-*M y K s,r p t m q s I K tz s.p I-r s t.&和旧金山港湾高速铁道与休斯航空公司共同开发实现列车实时 跟 踪 的z,y v M I t p y F m s uM m K t z q M K

6、I,s I m q s r&系统等*而国内的无线列车监控系统发展很慢-迄今为止-我国关于无线列车监控系统尚无较为成熟的理论*因此-本方案对于铁路事业的发展具有深远的意义*本系统的功能类似于美国的z,系统-但实现方式上却有很大的差别*z,系统利用美国军用高精度定位系统,+$*(实现对列车的跟踪-而我国铁路系统不可能拿出一笔昂贵的资金租用一条+(专线-本系统利用我国既有的资源/()网络开通的数据通信业务实现列车的实时跟踪*0系统描述0 1%设计目的该系统为配合列车运行监控记录装置简称监控装置&-提高监控数据的实时性设计的*众所周知-监控装置所记录的各种数据是机务运用安全管理的重要信息-是分析列车运

7、行状况的重要数据资料-它为行车安全提供了必要的安全保障*同时又为机务统计和电务信号提供原始数据和统计数据*本系统采用了最新的数字信号处理技术和我国成熟的()网无线数据传输技术-将监控装置记录的数据进行高效率压缩和读出-然后异地.远程无线传输至地面安全管理微机处理系统*该系统依托覆盖范围广泛的中国电信国家公众第2%卷第(期仪器仪表学报2$(年3月!本文于2$#年4月收到*万方数据网!能够及时稳定可靠保密有效地将列车运行监控数据传输到地面管理部门!从而提高了管理部门对监控数据的分析效率和可靠度!克服了由于监控数据滞后而给分析带来的不利影响#$%$系统工作原理无线数据传输系统由远端控制系统移动台系统

8、转储发送系统和记录板系统组成!各部分之间关系如图&所示#图&无线数据传输系统的结构示意图远端控制系统基地台的计算机(对列车发送指令和接收数据!并实时跟踪列车)移动台系统的主要设备为可以入网*+,(的车载电台或无线电手机!为与本系统兼容!移动台的承载业务要求在-%./以上!即至少可以做到0 1 2 2波特以上全双工收发数据!移动台在使用之前必须先对其内置,3 4 5 6进行初始化编程!使之在信令识别流量控制等方面与转储发送系统通信芯片的初始化相一致)转储发送系统通过7+8/./口和记录板相连!同时又通过一块通信芯片扩充了一个标准的7+8/./接口同移动台的串行接口相连接!其中转储发送系统和记录板

9、的接口控制较简单!只需要完成读文件目录和读文件两种操作!其工作类型属于半双工!而移动台的接口控制相对较复杂!在完成全双工收发数据的同时还要完成对基地台不同指令的分析处理!此外还要实时的监控链路的状态)记录板系统主要完成数据采集接口存储发送功能!采集的数据通过记录板的数据采集接口被读入记录板的存储区!记录板通过串行口把转储发送系统指定的数据发送到转储发送系统的存储区#记录板接受转储系统的控制!当转储系统以约定的帧格式和波特率发送指令时!记录板按照指令的要求完成相应的工作#记录板系统是标准插件!不在本设计范围之内#$%9系统功能系统具备以下功能:;机车乘务员可随时将列车当前运行数据回传给机务段微机

10、处理系统)机车乘务员可以在机车运行中随时与指定的电话联络)?地面处理系统能对机车回传的数据及时处理!为机务安全运用检修统计等部门及时提供所需的数据!还可为电务部门提供线路信号状况#9系统设计9%转储发送控制系统硬件设计无线数据传输系统的硬件部分主要由存储器输入输出及外围设备组成#其转储发送控制板采用A 2.&微处理器的控制系统!远程主控制系统的硬件结构为非微处理器系统!其控制信号完全由主控制系统计算机的标准串行口提供!主要完成数据的接收和信令的发送#各分系统可视为一个独立的单片机系统#.%&%&系统组织转储发送控制板用串行异步收发器+B&1 C C 2实现和移动台之间的数据接收和发送!用带断电

11、保护的时钟芯片D+&/A A E提供系统时间!用&/A F字节的G,1/A&/A 7 H,存储有关控制信息并作为与移动台系统和记录板系统通信的数据交换区!另外还在转发控制板装有看门狗电路!如图/所示#图/转发控制系统结构示意图.%&%/存储器转发控制板存储器分为7 I,J 7 H,两部分#其中7 I,作为程序存储器完全由转发控制板的主控A 2.&K L M使用#7 H,作为转发控制板的大容量数据表存储区和通信数据交换区#因为存储器的容量较大!管理上又采用了先进的分页管理机制!所以记录板系统和移动台系统在存储器的占用上可完全独立!也不需要加上令人感到烦琐的允许标志和占用标志#为了规划管理!7 H

12、,区每一页都分段处理!地址是连续的!段的数目和大小不定!可根据每一页的具体功能酌情而定#.%&%.N J I接口转发控制板系统所用的外围芯片较多!包括用于实现通信控制,3 4 5 6等功能的时钟芯片D+&/A A E 串行口扩展芯片&1 K C C 2!另外再加上与记录板系统通信存储器管理等!所需N J I端口较2C/仪器仪表学报第/O卷万方数据多!因此其组织较复杂#$%$&电路板的硬件抗干扰技术系统安装在驾驶室内!存在各种严重的电磁干扰!为此!在关键部位配置去耦电容抗干扰在总电源的输入端每个集成芯片的电源端及复位端都相应的配置了去耦电容!以避免强干扰时的尖峰电压造成()*的某些寄存器的改变另

13、外为了避免机车的屏蔽作用!把移动台天线部分安装在机车的外部图#主程序流程图+$,转储发送控制系统软件设计转发控制板的任务主要是通过-.#%自身的串行口从记录板中读取数据!对这些数据进行加工处理!然后再通过/0%1 2 2.的串行口发送给远端控制系统其中对前者处理时需要考虑握手!当以约定的帧格式发送给记录板一个指令时!记录板把文件的目录通过3/4 5#5口发送给转发控制板!转发控制板把这些数据载入规定的存储区同理发送另一个帧格式时将得到文件的内容在使用/0%1 2 2.和远端控制系统进行通信时!为了保证数据传输的正确性和高效性!数据传输协议采用一种类似6 789:7的协议;为了实现通信的高效性!

14、有效的利用无线信道资源!和远端控制系统的通信是全双工的!以保证远端控制系统完成对机车监控的同时!转发控制板还能够接收远端控制系统的指令!且能够对指令进行正确分析并完成相应处理#$5$%主程序如图#所示系统先进行初始化主要包括-.#%的初始化和/0%1 2 2.的初始化=然后进入正常的工作状态!正常状态下的系统处于休眠状态!一直等待接收到远端主控制系统的指令和扫描键盘有效考虑到机车加电后立刻出现机车入库请求发送新文件和机车故障请求发送文件的概率很小如果机车刚刚启动时便对系统加电!此时没有新文件=!所以优先响应远端控制系统的指令!尽管如此在处理当前指令时仍没有屏蔽所有键盘!当检测到有关机车故障和机

15、车入库的键盘指令时便进入相应的处理处理完当前指令时会检测键盘是否有下一条指令进入循环处理关于远端控制系统指令和键盘指令之间并没有严格的优先权问题!在处理某条远端控制系统的指令时可能还要检测键盘如机车入库故障=!反之!在处理键盘指令时可能还需要处理远端的控制指令?A的 通 信 控 制系 统 采 用 改 进 的6 789:7协议发送的信息包包含三个字节帧头同步字=!以保证每次接收端都能够正确的找到帧头!一个字节的命令B数据标识位!这样就把命令和数据分开处理便于接收端对命令和数据的正确区分和处理两个字节的数据包序号如果是命令此处以C C C C补齐=!这样就解决了每次发送一个大的文件时包的数目很大乃

16、至大于5 2 2的矛盾!然后是一个字节的命令字!接下来是%1个字节的数据或命令参数=!最后是两个字节的(3(校验位!#5位的(3(对于5.个字节包序号D数据位=的检错能力大于E F G!这样就极大地提高了系统的检错能力在E 1.H I J的高速环境下以这种短小结构的包仍能够满足在较短时间内完成发送文件的任务!同样这也意味着对无线信道的资源浪费并没有明显增加!而且除了具有较强的检错能力之外它还有一个更适合系统的特点就是它短小的结构更利于完成远端控制系统对机车的实时跟踪帧结构如表%表K通信协议的帧结构同步字标识参数命令数据区格式(3(%5#&2 L1F5 L5 55#5&#$5$#监控程序监控程序

17、要实现的功能包括主叫回传车台回传实时跟踪时钟校正车台密码系统%25第#期机车监控装置远程控制方案及实现方法万方数据口令!文件注册等几个功能主叫回传是地面微机处理人员接受所选机车的文件目录#并将该目录文件的数据自动保留到指定的数据库中$车台回传是机车入库或出现故障时#乘务员将机车当前文件回传给地面微机处理系统$实时跟踪可显示机车当前的各项运行数据$向机车发送标准时间#可完成监控装置的时钟校正功能此外#查看文件时#可按时间和关键字进行查询#并生成铁路局统一报表格式$地面微机处理人员可以随时修改与车台的通话号码等等%投运效果分析系统从&年(月开始投运#初始阶段主要是软件存在问题#硬件有死机现象经改进

18、#从&)年&月至今#系统运行正常#并产生了良好的效果%*+减轻了转储人员的劳动强度由于机车运行产生的数据保存在监控装置的记录板上#地面微机处理系统不能直接得到#需要通过,-&.&接口将数据从记录板转存入转储器内#然后再把转储器保存下来的数据传入地面分析计算机中#这就需要转储人员不断地在机车和地面微机处理系统之间奔波#而当机车在折返段或者运行途中出现事故而无法运行时#转储人员在机务段内无能为力而应用本装置后#由于系统采用了先进的无线传输技术#机车在任何时间!任何地点产生的运行数据都可以被地面微机处理系统所监控当机车进入机务段或者折返段#或者乘务员换班时#或者当机车出现故障时#都可以通过车台回传或

19、主叫回传功能把数据传至地面微机处理系统从而省略了转储人员的转储步骤#因此可节省劳动力以一个机务段)台机车为例#若每台机车平均每天往返机务段一次#地面微机处理系统每天需要分析数据次数/为)次#假设转储人员平均转储一次数据所用时间0为&12/#则使用本系统后每天节省的人数为345/6075)6).78(9人:%*;提高了机车运行数据的利用率由于本系统可以实时监控机车运行状况#因此地面微机处理人员能够及时处理运行数据#由此给机务段其它部门提供了方便#如给统计!财务!检修!验收等部门提供一系列报表及其它数据%*?A#B C D E F 2/2/G#H E I 2 G/2/G#/H E J?K L 2

20、M/H 2 G 2 L?N M 11K/2 N L 2 M/I O I L E 1CP Q Q QR A /I CM/SR#)T T.#U(7VU W&C&R-,X X X M A L#Y Z,E E H#BDM E A/E A C M I 2 L 2 M/?M N L 2 M/K I 2/G2 A E?E I IN M 11K/2 N L 2 M/IM/2 G O IM F L EF K L K A E CP Q Q QY-_#aN L C)T T W#).T W V)()b C.R E M H M A E-C,X X X M A L C无线通信原理与应用*北京3电子工业出版社ccccccc

21、cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc#)T T W#W*9接第&U b页:.刘东辉#陈德智#孙晓云#等*一种基于小波分析的除噪方法*仪器仪表学报#&#&)9 W:3 W.W*(彭玉华*小波变换与工程应用*北京3科学出版社#)T T T*U张贤达*现代信号处理*北京3清华大学出版社#)T T(*W董新洲#贺家李#葛耀中*二进小波变换及信号的奇异性检测*继电器#)T T T#&b 9.:3 W b*b_/L M/2 H 2 I _C#dCd A E G M 2 A E C J E?E LA E G A E I I 2 M/F M AA /H M

22、1 M A 2 A A E G K?A H E I 2 G/C M 1X C-L L C /H D L _/?O I 2 I#)T T 7#&7 3.U.V.W T C7菅沼一#丹野裕司*墉酸溶液中e三角波fgh電流ijklmn生opqgrstuevj卜形態w表面皮膜*表面技術#)T T T#U 9&:3&)U*第&(卷第.期仪器仪表学报&.年W月万方数据机车监控装置远程控制方案及实现方法机车监控装置远程控制方案及实现方法作者：胡准庆，张欣作者单位：北方交通大学机电学院,北京,100044刊名：仪器仪表学报英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMEN

23、T年，卷(期)：2003,24(3)被引用次数：4次 参考文献(3条)参考文献(3条)1.T S Rappaport;J H Reed;B D Woerner Position location using wireless communications on highways ofthe future 19962.Theodore S Rappaport 无线通信原理与应用 19963.Sklar B Defining designing and evaluation digital communication system 1993 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.廖岳

24、汉.杨期翔 418铁路大提速的机车监控系统的改进期刊论文-机车电传动2004(4)2.房海蓉.李庆武.方跃法.彭俊彬 机车监控装置新技术的开发期刊论文-计算机测量与控制2002,10(5)3.王宏.Wang Hong 用于局域监测控制系统的无线数据传输解决方案期刊论文-计算机应用与软件2008,25(2)4.冯久泉.孟祥勇.FENG Jiu-quan.MENG Xiang-yong 机车监控装置运行数据分析和质量控制系统的开发期刊论文-徐州工程学院学报2006,21(9)5.侯文玉.奚国森.陈小兴 机车运行安全装置记录数据传输方案期刊论文-上海铁道科技2002(4)6.李玉良 矿井机车监控系统

25、的应用与发展期刊论文-煤矿机电2000(2)7.符初生.庞晓凤.文红.FU Chu-sheng.PANG Xiao-feng.WEN Hong 一种虚拟中继的无线数传系统设计期刊论文-电子科技大学学报2006,35(6)8.李玉良.Li Yuliang 机车监控系统优化设计及施工路线期刊论文-煤矿机电2000(4)9.李玉良.Li Yuliang 机车监控系统及其选型期刊论文-煤矿机电2000(3)10.严国志.陈兵.王博.李东坡 基于SOC单片机的列车运行监控记录装置期刊论文-仪器仪表学报2003,24(z2)引证文献(4条)引证文献(4条)1.贾宝惠.田正平 汽车防盗报警器的设计与研究期刊论文-电子测量技术 2011(1)2.姜春宇.喻方平 基于GPRS的机车状态监测与管理系统期刊论文-微计算机信息 2006(19)3.吴正平 机车状态远程监控系统的研究与设计学位论文硕士 20054.赵东辉 基于漏泄电缆的巷道交通灯控制系统研究学位论文硕士 2005 本文链接：http:/