GPRS在動(dòng)車(chē)組車(chē)載故障信息無(wú)線傳輸過(guò)程的應(yīng)用

孫惠琴

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081）

在動(dòng)車(chē)組的運(yùn)行過(guò)程中，需要進(jìn)行了解其運(yùn)行狀況，及時(shí)將各個(gè)車(chē)廂中轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)和軸溫的數(shù)據(jù)和報(bào)警信息發(fā)送到地面服務(wù)器，以便于管理人員的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析和及時(shí)處理。由于動(dòng)車(chē)組的運(yùn)行速度已經(jīng)超過(guò)300 km/h，保證車(chē)地傳輸?shù)目煽啃苑浅Ｖ匾?。本系統(tǒng)采用了GPRS進(jìn)行車(chē)地之間的無(wú)線通信，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。

整個(gè)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)工具選用了Microsoft Visual Studio 2005開(kāi)發(fā)嵌入式Windows CE應(yīng)用程序。Microsoft Embedded CE是一個(gè)緊湊、高效和可擴(kuò)展的操作系統(tǒng)，擁有多線程、多任務(wù)、確定性的實(shí)時(shí)和完全搶先式優(yōu)先級(jí)等特性；模塊化設(shè)計(jì)使得它能夠在大量的平臺(tái)上定制使用，例如專業(yè)工業(yè)控制器以及嵌入式通信設(shè)備。因此，Microsoft Windows CE非常適合動(dòng)車(chē)組的車(chē)載故障診斷系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于GPRS （通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)）進(jìn)行無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車(chē)組車(chē)載主機(jī)與地面服務(wù)器之間的通信。GPRS有諸多優(yōu)點(diǎn)：覆蓋范圍廣，一直在線，資費(fèi)便宜，登陸速度快等。目前，鐵路正在建設(shè)GSM-R（鐵路移動(dòng)通信全球系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)，可以保證動(dòng)車(chē)組正常傳輸數(shù)據(jù)， GSM-R網(wǎng)絡(luò)兼容GPRS。

系統(tǒng)中，車(chē)載系統(tǒng)的GPRS模塊采用西門(mén)子的MC55模塊，連接在PC/104（CPU）的串口COM3上，串口波特率設(shè)置為115200。通過(guò)向串口COM3發(fā)送AT指令，實(shí)現(xiàn)與地面服務(wù)器的無(wú)線通信。

將動(dòng)車(chē)組運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障信息打包，通過(guò)GPRS模塊，建立與地面服務(wù)器的Internet連接，將信息發(fā)送到地面服務(wù)器。地面服務(wù)器上安裝有客戶端軟件以及Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)接收到車(chē)載主機(jī)發(fā)送的實(shí)時(shí)報(bào)警信息后，地面服務(wù)器的客戶端軟件對(duì)這些報(bào)警報(bào)文進(jìn)行解包，并將解包后的信息插入到Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便于今后管理人員的查詢、處理、匯總與分析。

基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)膭?dòng)車(chē)組車(chē)載故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1。

2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

2.1 AT指令

程序中所使用的AT指令如表1。

圖1 基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚賱?dòng)車(chē)組車(chē)載故障診斷系統(tǒng)

表1 AT指令表

2.2 數(shù)據(jù)傳輸流程

車(chē)載主機(jī)與地面服務(wù)器的信息傳輸過(guò)程包括：車(chē)載主機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中與地面服務(wù)器通過(guò)GPRS建立Internet連接、發(fā)送車(chē)載系統(tǒng)初始參數(shù)、傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息。程序開(kāi)發(fā)工具使用Microsoft Visual Studio 2005，信息傳輸過(guò)程包括傳輸通道的建立、傳輸數(shù)據(jù)與結(jié)束，都通過(guò)向串口COM3發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)。在程序設(shè)計(jì)中，保證了傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠，當(dāng)不可避免出現(xiàn)GPRS暫時(shí)中斷后，程序可以自動(dòng)通過(guò)GPRS與地面服務(wù)器重新建立Internet連接，符合現(xiàn)場(chǎng)基本運(yùn)用需求。整個(gè)傳輸流程如圖2。

動(dòng)車(chē)組車(chē)載故障診斷系統(tǒng)的GPRS傳輸特點(diǎn)：

圖2 車(chē)載主機(jī)與地面服務(wù)器的GPRS連接與數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

（1）保證車(chē)地交換數(shù)據(jù)的可靠性非常重要。動(dòng)車(chē)組在運(yùn)行過(guò)程中，不可避免要經(jīng)過(guò)隧道或是其它無(wú)法接收GPRS信號(hào)的地方，要保證動(dòng)車(chē)組出了隧道之后，很快能自動(dòng)通過(guò)GPRS與地面服務(wù)器重新建立Internet連接。數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸环矫嬉繜o(wú)線網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備保證；另一方面，可以在程序中通過(guò)軟件來(lái)保障，通過(guò)出現(xiàn)一定次數(shù)的GPRS連接錯(cuò)誤后，重啟GPRS模塊（發(fā)送at+cfun指令）建立連接等機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

（2）保證一個(gè)GPRS連接不要過(guò)長(zhǎng)時(shí)間占用無(wú)線信道，以便保證所有運(yùn)行的動(dòng)車(chē)組能均衡地占用無(wú)線信道。對(duì)GPRS 連接時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，超過(guò)一定的連接時(shí)間之后，退出GPRS連接，保證其它動(dòng)車(chē)組能夠連接地面服務(wù)器。此功能可以在程序中實(shí)現(xiàn)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)連接時(shí)間，超過(guò)一定的連接時(shí)間后，發(fā)送at^sisc指令退出此連接完成這項(xiàng)功能。

（3）GPRS通信為雙工通信。通過(guò)向串口COM3發(fā)送AT指令，實(shí)現(xiàn)車(chē)載主機(jī)與地面服務(wù)器的雙向通信。車(chē)載主機(jī)可以向地面服務(wù)器傳輸車(chē)載初始參數(shù)，包括軟件版本、主機(jī)型號(hào)以及實(shí)時(shí)故障信息；地面服務(wù)器可以向車(chē)載主機(jī)傳輸參數(shù)回復(fù)、進(jìn)行車(chē)載主機(jī)參數(shù)設(shè)置等信息。

2.3 故障報(bào)文的格式與地面數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)

車(chē)地傳輸數(shù)據(jù)的格式為：[幀頭] [數(shù)據(jù)發(fā)送方ID] [數(shù)據(jù)接收方ID] [包序號(hào)] [包類型] [數(shù)據(jù)內(nèi)容長(zhǎng)度] [數(shù)據(jù)內(nèi)容] [FCS校驗(yàn)碼] [幀尾] 。（不包含其中的“[”和“] ”。）

其中，當(dāng)[包類型] 為0x01時(shí)，代表發(fā)送的是實(shí)時(shí)故障；[數(shù)據(jù)內(nèi)容長(zhǎng)度] 為要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)故障的長(zhǎng)度；[數(shù)據(jù)內(nèi)容] 包括需要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)故障的具體內(nèi)容，這些故障包括轉(zhuǎn)向架故障、制動(dòng)故障、軸溫報(bào)警等。

地面服務(wù)器接收到上述報(bào)文，要對(duì)這些報(bào)文進(jìn)行解包，然后將信息填入到ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)的表中，以便于查詢與統(tǒng)計(jì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸?shù)目煽啃苑矫孢M(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其傳輸數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定可靠，即使出現(xiàn)了暫時(shí)的信號(hào)中斷，軟件也會(huì)很快地自動(dòng)重新恢復(fù)GPRS的連接。

穩(wěn)定可靠的車(chē)地?zé)o線傳輸是一種發(fā)展趨勢(shì)，本文在這方面進(jìn)行了有益的探索和實(shí)現(xiàn)。

[1] 嚴(yán)雋耄. 車(chē)輛工程[M] . 北京：中國(guó)鐵道出版社，2004.

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[3] 王伯銘. 高速動(dòng)車(chē)組總體及轉(zhuǎn)向架[M] . 成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.