雙套LKJ數(shù)據(jù)同屏對比顯示裝置的開發(fā)研制

馮久泉

（上海鐵路局徐州電務(wù)段，江蘇徐州 221007）

1 設(shè)計(jì)目的

《列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置（LKJ）運(yùn)用維護(hù)規(guī)則》（鐵運(yùn)[2009]98號）第27條，明確規(guī)定：LKJ數(shù)據(jù)是LKJ控制功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和運(yùn)行分析的依據(jù)，LKJ數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性是監(jiān)控列車安全運(yùn)行的前提和保障。伴隨著鐵路快速發(fā)展，線路施工及改造頻繁，造成LKJ地面數(shù)據(jù)頻繁變動。按照要求必須對編制、修改后的LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核和模擬檢驗(yàn)，確保LKJ數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。但是，由于LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量大，要通過人工逐條核對修改內(nèi)容是否正確、是否存在誤修改的情況，難度較大。因此，當(dāng)務(wù)之急是開發(fā)設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動復(fù)核、比對和模擬檢驗(yàn)的設(shè)備以滿足路局、站段需要。為了解決現(xiàn)場監(jiān)控裝置線路數(shù)據(jù)校對困難、控制模式測試繁瑣的問題，開發(fā)研制了雙套LKJ數(shù)據(jù)同屏對比顯示裝置。

2 研制方案

根據(jù)目前LKJ數(shù)據(jù)修改、復(fù)核、模擬檢驗(yàn)等各環(huán)節(jié)的要求和實(shí)施過程中存在的困難和不足，確定了開發(fā)研制方案，并需要實(shí)現(xiàn)以下基本功能，滿足現(xiàn)場LKJ數(shù)據(jù)修改、復(fù)核、檢驗(yàn)的要求。

2.1 實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行及自動轉(zhuǎn)儲

通過一個虛擬按鍵同時(shí)對兩套LKJ監(jiān)控裝置進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行和同屏顯示。無需外用轉(zhuǎn)儲器和IC卡即可完成LKJ運(yùn)行記錄文件的轉(zhuǎn)儲。

2.2 實(shí)現(xiàn)LKJ車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的同步運(yùn)行比對

實(shí)現(xiàn)在相同運(yùn)行參數(shù)、不同LKJ數(shù)據(jù)版本條件下的同步運(yùn)行，同步顯示兩套LKJ監(jiān)控裝置的運(yùn)行曲線，自動比對所產(chǎn)生的LKJ運(yùn)行記錄文件的不同之處，形成對比結(jié)果報(bào)表，實(shí)現(xiàn)對修改后的地面數(shù)據(jù)比對和驗(yàn)證。

2.3 實(shí)現(xiàn)LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的同步比對

同時(shí)導(dǎo)入兩版LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)快速查找兩版LKJ數(shù)據(jù)之間異同，并在同一屏幕上對照顯示。

2.4 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行考核實(shí)驗(yàn)要求

通過采集并模擬發(fā)送實(shí)際運(yùn)行考核試驗(yàn)所需的各種參數(shù)和操作信息，通過地面實(shí)驗(yàn)室模擬檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行考核試驗(yàn)的要求。

3 裝置原理及基本架構(gòu)

3.1 裝置原理

該裝置采用了視頻采集、微控制器、信息處理和PC104工業(yè)控制總線，將兩套LKJ2000監(jiān)控裝置屏幕顯示器、主機(jī)及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)集成在一起，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)操作界面與兩套監(jiān)控裝置顯示器界面的同屏顯示。并通過信息處理板實(shí)現(xiàn)LKJ雙套數(shù)據(jù)對比所需機(jī)車信號、手柄信息等模擬量、數(shù)字量參數(shù)的發(fā)送；信息處理板以微控制器為核心，是處理上位機(jī)軟件和監(jiān)控記錄插件之間通信的橋梁。系統(tǒng)原理如圖1所示。

3.2 基本架構(gòu)

裝置主要包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)模塊、兩套LKJ監(jiān)控主機(jī)模塊、兩套LKJ顯示器模塊、上位機(jī)軟件模塊、電源模塊等5部分。裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)模塊

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)模塊主要由主板、中央處理器及VGA采集卡等組成，可運(yùn)行自動對比軟件，利用采集卡采集兩套LKJ顯示器的輸出信號，在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理后與計(jì)算機(jī)的顯示輸出合并，送到液晶顯示器顯示，實(shí)現(xiàn)兩套LKJ顯示器的顯示與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的顯示內(nèi)容同屏顯示。

2）LKJ監(jiān)控主機(jī)模塊

LKJ監(jiān)控裝置主機(jī)模塊主要由控制板、LKJ2000監(jiān)控記錄插件等組成，是安裝LKJ數(shù)據(jù)的設(shè)備，模擬LKJ2000型監(jiān)控裝置運(yùn)行環(huán)境，與LKJ2000型監(jiān)控裝置功能相同、結(jié)構(gòu)一致。并通過控制板模擬LKJ2000型監(jiān)控裝置測試儀，提供監(jiān)控裝置需要的機(jī)車信號、速度信號、壓力信號等各種模擬量和數(shù)字量信號。這些信號的控制由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)模塊通過軟件控制，控制板采用ATMEL 89V51為主控制器，它與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間通過RS-232串口進(jìn)行通信。

3）LKJ顯示器模塊

LKJ顯示器模塊主要由液晶顯示器接口電路板、PC104主板、液晶觸摸顯示屏、IC卡語音板等組成，與LKJ2000型監(jiān)控裝置顯示器功能一致，能夠?qū)崿F(xiàn)LKJ監(jiān)控裝置語音輸出、LKJ監(jiān)控裝置數(shù)據(jù)等文件的輸入和輸出，是顯示/操作的人機(jī)接口。

4）上位機(jī)軟件模塊

上位機(jī)軟件模塊主要由視頻處理、數(shù)據(jù)對比軟件組成，能夠?qū)商譒KJ監(jiān)控裝置輸出的視頻進(jìn)行采集、合并處理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)界面和兩套LKJ監(jiān)控裝置界面的同屏顯示，并對兩套不同版本的LKJ數(shù)據(jù)進(jìn)行自動對比，查找不同之處，并生成比對報(bào)表。

5）開關(guān)電源模塊

開關(guān)電源模塊主要由標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)ATX電源組成，能夠向工業(yè)控制計(jì)算機(jī)模塊、LKJ監(jiān)控主機(jī)模塊及LKJ顯示器模塊提供穩(wěn)定電源。

4 實(shí)現(xiàn)功能

4.1 虛擬按鍵的同步控制

裝置設(shè)置虛擬按鍵同時(shí)控制兩套LKJ監(jiān)控裝置的操作，使其同步。通過計(jì)算機(jī)主板的兩個串口和兩套顯示器接口板上面的微控制器進(jìn)行通信，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)同時(shí)通過串口發(fā)送需要指令給兩個微控制器，再由微控制器經(jīng)過采集、處理后，給PC104發(fā)送特定頻率的指令來完成虛擬按鍵的同步控制操作。

4.2 兩套LKJ信號的模擬發(fā)送

LKJ監(jiān)控裝置模擬量、數(shù)字量信號的模擬發(fā)送是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過串口和控制板的MCU進(jìn)行。控制板的MCU主要負(fù)責(zé)連接工業(yè)控制計(jì)算機(jī)后臺軟件和監(jiān)控記錄板之間的通信要求，實(shí)現(xiàn)LKJ監(jiān)控裝置模擬量、數(shù)字量信號的模擬發(fā)送?？刂瓢逍盘柊l(fā)送示意如圖3所示。

4.3 雙套LKJ數(shù)據(jù)的自動對比

1）兩套LKJ車載數(shù)據(jù)運(yùn)行比對

通過采集某個LKJ運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)的各種輸入信息和操作等列車運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在相同運(yùn)行參數(shù)條件下，同時(shí)在新舊兩套LKJ車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境下的運(yùn)行，并產(chǎn)生LKJ運(yùn)行記錄文件。再通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)自帶的兩個串口和兩個監(jiān)控記錄插件之間進(jìn)行通信，自動把LKJ監(jiān)控裝置運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到計(jì)算機(jī)里面。然后通過自動對比軟件對兩套LKJ監(jiān)控裝置運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行對比、分析統(tǒng)計(jì)，快速地找出新舊兩套LKJ車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不同之處。自動對比軟件操作流程如圖4所示。

2）兩套LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動比對

裝入新舊兩版LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源文件，運(yùn)行軟件，自動運(yùn)行兩套LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生運(yùn)行記錄文件。自動轉(zhuǎn)儲、分析記錄文件，查找和顯示兩版LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之間的異同點(diǎn)。技術(shù)人員按照路局主管部門公布的LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行核對，最后得出新版LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)修改是否符合文件要求。

4.4 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行考核檢驗(yàn)的要求

以單套LKJ監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，裝置通過完全、準(zhǔn)確模擬LKJ2000各種工作狀態(tài)以及司機(jī)操作，或直接提取某個LKJ運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)的各種輸入和司機(jī)操作信息，并模擬發(fā)送LKJ2000所需信號、速度等相關(guān)信息，實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行曲線，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行考核試驗(yàn)的地面仿真試驗(yàn)，達(dá)到實(shí)際運(yùn)行考核實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)要求。

4.5 同屏顯示

VGA采集卡直接采集兩套監(jiān)控設(shè)備VGA輸出信號，把輸入的VGA視頻信號實(shí)時(shí)采集壓縮,并經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理，立即在一臺顯示器上同屏顯示另外一臺設(shè)備的VGA數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)同屏顯示。

5 運(yùn)用效果

通過實(shí)際運(yùn)用認(rèn)為，“雙套LKJ數(shù)據(jù)同屏對比顯示”克服了現(xiàn)有LKJ數(shù)據(jù)驗(yàn)證單一，需要逐條核對，耗時(shí)耗力且不能自動對比的缺點(diǎn)，采用集成化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，自動化程度高，能夠杜絕人為核對LKJ數(shù)據(jù)存在的漏洞，并能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行考核實(shí)驗(yàn)的地面仿真檢驗(yàn)。能在兩套不同版本LKJ數(shù)據(jù)條件下的LKJ運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)中自動分析統(tǒng)計(jì)出不同之處，生成報(bào)表，便于技術(shù)人員據(jù)此與路局公布的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對，確定修改項(xiàng)是否符合要求，保證LKJ數(shù)據(jù)中存在的問題在裝車使用之前解決，實(shí)現(xiàn)了研制目標(biāo)，達(dá)到確保LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的要求。

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