無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)（STP）檢測技術(shù)研究

周志強　上海鐵路局電務(wù)處

1　概述

隨著大量S TP系統(tǒng)的安裝使用，其檢修維護工作逐步增加和規(guī)范，而檢修維護所需的檢測工裝設(shè)備比較缺乏，全路沒有相適用的專業(yè)檢測工裝設(shè)備，給檢修維護工作系統(tǒng)化和科學(xué)化帶來困難。為解決此問題，滿足現(xiàn)場STP設(shè)備檢修的需求，亟需研制一套STP檢測工裝設(shè)備。檢測人員通過簡單的操作即可一次性的完成STP設(shè)備各功能模塊的測試，自動生成測試報告并打印。同時可協(xié)助測試人員準(zhǔn)確捕捉設(shè)備故障點，縮短設(shè)備故障定位時間和故障處理時間，提高電務(wù)維護人員工作效率。通過對STP系統(tǒng)車載主機結(jié)構(gòu)、功能以及使用環(huán)境進行分析研究，形成無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)（STP）檢測技術(shù)研究系統(tǒng)方案。

2　系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1　系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

（1）實現(xiàn)對STP車載主機的主要設(shè)備工作狀態(tài)進行檢測，完成機車檢測，能夠提供檢測憑證，確保STP系統(tǒng)的正常工作。檢測主要包括數(shù)傳電臺、車載主機與LKJ通信、車載主機與查詢器通信、應(yīng)答定位器、各站站場圖顯示、數(shù)據(jù)版本校核等先進性和成熟性原則。

（2）實現(xiàn)STP車載主機數(shù)據(jù)文件自動上傳，可對車載主機內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)及程序文件進行升級和版本維護。

（3）實現(xiàn)車載主機內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)及程序文件自動備份，備份文件存儲于特定存儲介質(zhì)的指定位置。

（4）實現(xiàn)檢測站場內(nèi)某處接收的地面無線信號強度和站場表示信息接收的正確率統(tǒng)計。

（5）實現(xiàn)更新檢測應(yīng)答定位器的信息，更改檢測設(shè)備自帶電臺頻點，重啟STP車載主機程序功能。

2.2　設(shè)計原則

（1）可靠性和安全性原則。采用可靠的元器件，和嚴謹?shù)脑O(shè)計，使系統(tǒng)的架構(gòu)簡單而穩(wěn)定增加可靠性。同時還須采用私有協(xié)議，確保通信網(wǎng)絡(luò)使用的安全。

（2）先進性和成熟性原則。設(shè)計要充分考慮STP車載主機的特點，確保能充分測試STP車載主機的功能和性能的要求。同時，為了保證系統(tǒng)的安全、可靠，方案采用的所有技術(shù)均應(yīng)是目前成熟的技術(shù)，關(guān)鍵設(shè)備均應(yīng)采用知名廠家的成熟產(chǎn)品。

（3）實用性與可拓展性原則。整體方案采用模塊設(shè)計、預(yù)留接口的方式，在滿足測試要求的條件下，同時又為系統(tǒng)今后的拓展和開放提供良好的基礎(chǔ)。

（4）易維護性和方便性原則?，F(xiàn)場作業(yè)人員對設(shè)備操作要求簡單、便捷，維護人員的專業(yè)水平參差不齊，方案應(yīng)充分考慮上述實際情況，將整個系統(tǒng)對應(yīng)用和維護人員的依賴降到最低，實現(xiàn)簡易、直觀的操作，減輕系統(tǒng)管理員維護工作。

3　硬件基本構(gòu)成

3.1　系統(tǒng)組成

設(shè)備主要由人機界面模塊、數(shù)傳電臺模塊、充電調(diào)節(jié)模塊、鋰電池、防護箱體等組成，如圖1所示。

圖1　設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

3.2　STP車載主機結(jié)構(gòu)及連線圖

STP系統(tǒng)車載設(shè)備由車載主機、查詢主機、查詢天線、LKJ-2000監(jiān)控主機、車載顯示器、車載打印機組成。其中車載主機結(jié)構(gòu)如圖2所示。

測試開始前須檢查車載主機，電臺天線，查詢器主機、查詢器天線和LKJ監(jiān)控記錄裝置的各部分連線是否正常，確保正確接線；

（1）確保車載主機，查詢器主機，LKJ監(jiān)控記錄裝置、便攜式綜合檢測設(shè)備上電；

（2）在LKJ2000系統(tǒng)的彩屏上面按“調(diào)車”鍵，使LKJ2000系統(tǒng)進入調(diào)車模式。

（3）攜帶專用測試應(yīng)答器（請參照電臺型號，確認默認頻點，詳見系統(tǒng)設(shè)置）至機車下方，在查詢器天線垂直下方40 cm左右處掃一下。測試應(yīng)答器里面寫入的頻點信息必須要和便攜測試設(shè)備自帶電臺的頻點一致。

圖2　車載主機結(jié)構(gòu)圖

4　設(shè)備主要功能

4.1　檢測車載電臺功能

程序啟動后，被測機車刷過檢測應(yīng)答器，選擇開始檢測按鈕后會自動設(shè)置檢測設(shè)備的電臺參數(shù)并檢測電臺的情況是否正常。同時顯示功率和頻點信息。測試按照（電臺通訊，應(yīng)答器通訊，版本校核，站場顯示）的順序，依次進行測試。并實時顯示主要測試項目和進度指示。電臺測試過程會輸出電臺工作狀態(tài)，被測的機車號和車載程序版本信息。

4.2　檢測查詢器天線和應(yīng)答器通信

通過車載查詢器天線掃過檢測用應(yīng)答定位器，測試查詢器天線與應(yīng)答器通信是否正常。

4.3　檢測STP車載主機與查詢器主機通信

選擇開始測試按鈕后，系統(tǒng)開始測試車載主機，輸出對應(yīng)測試信息，包括STP車載主機與查詢器主機通信情況。

4.4　檢測STP車載主機與LKJ設(shè)備通信

選擇開始測試按鈕后，系統(tǒng)開始測試車載主機，輸出對應(yīng)測試信息，包括STP車載主機與LKJ通信情況，測試中注意觀察LKJ顯示器顯示的站場圖信息。

4.5　檢查LKJ2000的彩屏站場圖顯示

站場顯示測試會在LKJ主機的顯示屏上面調(diào)出默認車載站場的凋監(jiān)小圖，站場切換默認只切換一個。測試站場切換時，LKJ彩屏上應(yīng)顯示對應(yīng)站場的站場圖，并虛擬報一個藍燈和白燈的語音提示信息。然后彈出對話框詢問xx的站場圖顯示是否正常。測試人員應(yīng)選擇“是”或者“否”如實反饋測試結(jié)果。

4.6　檢測STP車載主機與車載打印機通信

將STP車載主機與車載打印機線纜連接正確，會打開打印機通道的串口，當(dāng)用戶需要測試車載打印機或者希望看到紙質(zhì)的打印結(jié)果時，可以通過“打印報告”按鈕，將測試結(jié)果打印出來。

4.7　檢測STP車載程序版本

當(dāng)選擇查詢版本后，會自動與車載主機程序進行信息交互，獲取車載文件程序版本信息。

4.8　上傳STP站場數(shù)據(jù)

選擇工具欄中的“數(shù)據(jù)上傳”按鈕，系統(tǒng)將進入數(shù)據(jù)上傳界面，便攜測試儀提供兩種數(shù)據(jù)通道進行程序和站場數(shù)據(jù)的上傳。

（1）電臺：利用無線電臺數(shù)據(jù)傳輸，不需要使用通信線纜，使用方便，但其通訊速度較慢，不宜用做傳輸大批量數(shù)據(jù)。事先要先進行設(shè)備檢測的操作，獲取機車號，并通過刷檢測應(yīng)答器將車載切入到檢測模式。

（2）串口2：利用交叉串口線，將車載主機對應(yīng)串口與便攜儀串口進行連接。串口的通信速率比電臺快很多，通常用這種方式來傳送大批量數(shù)據(jù)。但同時存在須外接連接線纜的缺點，不宜做遠程傳輸。

4.9　備份車載數(shù)據(jù)

“數(shù)據(jù)備份”界面與“數(shù)據(jù)上傳”界面類似，例如下載通道的選項定義和上傳窗口里面的選項定義一致，使用方法也相同。選擇工具欄中的“數(shù)據(jù)備份”按鈕，系統(tǒng)將進入數(shù)據(jù)備份界面，設(shè)備提供兩種數(shù)據(jù)通道進行程序和站場數(shù)據(jù)的備份。

（1）電臺：利用無線電臺數(shù)據(jù)傳輸，不需要使用通信線纜，使用方便，但其通訊速度較慢，不宜用做傳輸大批量數(shù)據(jù)。同時，選擇此項前，需要事先進行設(shè)備檢測測試，將車載切入到檢測模式并獲得車載的機車號后才可。

（2）串口2：利用交叉串口線，將車載主機對應(yīng)串口與便攜設(shè)備串口進行連接。串口的通信速率比電臺快很多，通常用這種方式來傳送大批量數(shù)據(jù)。但同時存在須外接連接線纜的缺點，不宜做遠程傳輸。

4.10　檢測指定站場的地面無線信號的信號強度和地面信息校驗正確率

通過將檢測設(shè)備電臺設(shè)置為接收模式，可以在站場某個位置測試STP地面主機發(fā)送的地面信息的無線接收正確率。顯示地面機柜頻點的在某地方的信號強度RSSI。通過兩種方式：一種是通過預(yù)先放在測試U盤STP_V文件夾里面的車載站場數(shù)據(jù)文件，系統(tǒng)提取被測站場的數(shù)據(jù)，從中解析出站場信息和通訊頻點，然后進行測試；另一種是如果知道車地通訊頻點，可以指定頻點，系統(tǒng)檢測當(dāng)前頻點的無線信息，解析出站號、場號信息，然后計算通訊的正確率，并顯示信號強度RSSI。

4.11　改變站場

開始測試里面的站場測試的是默認站場的小圖表示情況。如果車載里面有多個站場的數(shù)據(jù)，在前面的站場測試時會將車載里面的各個站場以列表的形式在下拉框里面顯示，我們通過在下拉框里面選擇指定的站場，然后再點擊“改變站場”按鈕，此時彩屏將會切換至相應(yīng)的站場圖，并報藍白的語音信息，之后彈出對話框詢問xx的站場圖顯示是否正常，測試人員應(yīng)選擇“是”或者“否”如實反饋測試結(jié)果。測試結(jié)果和前面的站場顯示輸出信息相同。

5　通信方式及流程

5.1　通信方式

（1）檢測設(shè)備和車載主機分別通過串口、網(wǎng)絡(luò)、電臺多個接口通信，實現(xiàn)對車載主機的接口功能全面檢測。

（2）檢測設(shè)備應(yīng)能兼容仿真環(huán)境與真實現(xiàn)場環(huán)境，對在用的STP車載主機進行檢測。STP檢測系統(tǒng)包括：檢測設(shè)備和車載設(shè)備。檢測設(shè)備應(yīng)能對備用獨立的車載主機進行硬件功能檢測，如圖3所示。也可以對機車上連接真實環(huán)境在用的車載主機進行硬件功能檢測，如圖4所示。

圖3　有線檢測系統(tǒng)示意圖

圖4　無線檢測系統(tǒng)示意圖

（3）該方案是檢測設(shè)備和車載主機的各個接口通過線纜連接，檢測設(shè)備通過檢測接口的通信狀態(tài)來檢測各硬件接口是否正常。檢測設(shè)備和車載主機通過無線建立通信鏈接。

（4）該檢測方案是車載主機本身自檢，并將設(shè)備本身各個接口運行狀態(tài)通過無線方式發(fā)送給檢測設(shè)備顯示。檢測設(shè)備和車載主機通過無線建立通信鏈接。

5.2　通信流程

5.2.1有線檢測

檢測設(shè)備和車載主機通過串口線連接模式檢測時，通信流程如下：

（1）檢測設(shè)備通過無線電臺廣播自己的信息，告知車載主機可建立通信；

（2）車載主機向檢測設(shè)備發(fā)送連接請求通信包；

（3）檢測設(shè)備響應(yīng)車載主機的通信請求包，和車載主機建立通信連接；

（4）檢測設(shè)備給檢測硬件串口發(fā)送檢測信息；

（5）車載主機給檢測設(shè)備回復(fù)硬件檢測結(jié)果。

流程圖如圖5所示。

5.2.2無線檢測

檢測設(shè)備和車載主機通過無線模式檢測時，通信流程如下：

（1）檢測設(shè)備通過無線電臺廣播自己的信息，告知車載主機可建立通信；

（2）車載主機向車載主機發(fā)送連接請求通信包；

（3）檢測設(shè)備響應(yīng)車載主機的通信請求包，和車載主機建立通信連接；

（4）車載主機給檢測設(shè)備發(fā)送硬件檢測結(jié)果。

流程圖如圖6所示。

圖6　無線檢測流程圖

6　結(jié)束語

無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)（STP）檢測技術(shù)研究研制的STP便攜式綜合檢測設(shè)備，實現(xiàn)了對STP車載主機的整機測試和憑證輸出，檢修人員通過簡單的操作即可以一次性的完成STP車載主機各功能模塊的檢測，自動生成檢測報告并打印，同時可協(xié)助準(zhǔn)確捕捉設(shè)備故障點，縮短設(shè)備故障定位和故障處理時間，提高電務(wù)維護人員的工作效率。隨著STP系統(tǒng)的廣泛使用，設(shè)備的維護工作日趨繁重，采用該檢測設(shè)備可以保證機車STP車載設(shè)備的檢測、檢修質(zhì)量，保證了設(shè)備的正常使用，進而保障了站內(nèi)調(diào)車作業(yè)安全。

[1]LKJ列控技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：中國鐵道出版社，2012.