地鐵動態(tài)線路地圖控制原理及典型故障分析

摘 要：介紹西安地鐵2號線廣播系統(tǒng)中動態(tài)線路地圖控制原理及RS485傳輸協(xié)議，并對控制原理進(jìn)行分析，同時(shí)對動態(tài)線路地圖比較典型故障進(jìn)行分析對比結(jié)合實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行整改分析。

關(guān)鍵詞：動態(tài)地圖；RS485；CPLD

中圖分類號：U270 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0174-01

1 前 言

動態(tài)線路地圖是地鐵車輛乘客信息系統(tǒng)的一種能有效提供給乘客車輛運(yùn)行信息的標(biāo)準(zhǔn)配置，接下來分析西安地鐵2號線動態(tài)地圖控制原理及通訊協(xié)議。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

通過每個(gè)客室內(nèi)安裝的8塊三色LED動態(tài)地圖顯示裝置，為乘客提供必要的旅行信息，用于顯示如下信息：

（1）顯示運(yùn)行線路上的所有站點(diǎn)；

（2）列車旅行的線路、方向及終點(diǎn)站；

（3）列車將要到達(dá)的下一站；

（4）客室車門打開側(cè)指示；

（5）換乘站和用于換乘的相應(yīng)線路；

（6）標(biāo)示中英文對照。

3 控制原理方案

動態(tài)地圖采用單片機(jī)控制方式，西安2號線控制方式有兩種單片機(jī)形式如下：

一種為CPLD加89C58系列單片機(jī)組合控制，這種設(shè)計(jì)方案在實(shí)際的運(yùn)用過程需要兩個(gè)單片機(jī)之間的配合完成信息處理和輸出功能，在現(xiàn)場實(shí)際中由于外界干擾等出現(xiàn)常見故障有黑屏、閃屏、顏色等。

為了解決這種問題二號線又在原基礎(chǔ)之上改良出另一種設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)為89C58加閃存控制方式，這種設(shè)計(jì)方案保留原本顯示部分硬件不動，將CPLD處理器去除，采用89C58單片機(jī)加外部儲存方式，單片機(jī)既接收RS485信號處理，又能完成系統(tǒng)自檢以及輸出功能，從原理上分析第二種方案是在第一種方案的基礎(chǔ)之上改進(jìn)的，取消掉CPLD后，不需要兩個(gè)處理器之間的配合，只需一個(gè)單片機(jī)自己處理，減少硬件故障點(diǎn)，由于89單片機(jī)需要處理數(shù)據(jù)比較多，有存在死機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際運(yùn)用的過程中發(fā)現(xiàn)第二種方案的電源選用的功率比較大，單片機(jī)不會出現(xiàn)掉電的現(xiàn)象，板卡相對比較穩(wěn)定，但是由于電源選型時(shí)選用功率過大，實(shí)際運(yùn)用只占總的60%。

4 通訊協(xié)議

動態(tài)地圖在電客車上也采用RS485通訊方式，通信網(wǎng)絡(luò)采用總線型主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)，總線中只允許存在一個(gè)主設(shè)備，其余全部是從設(shè)備，通訊都由主機(jī)發(fā)起的，主機(jī)沒有下命令，下面的節(jié)點(diǎn)不能發(fā)送，而且要發(fā)完即答，收到答復(fù)后，主機(jī)才向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)詢問.在抗干擾方面為了防止通訊出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象會在終端增加匹配電阻，由于2號線采用屏蔽雙絞線，對于雙絞線組成的RS485網(wǎng)絡(luò)，匹配電阻有兩個(gè)，分別位于雙絞線的兩端，這兩個(gè)匹配電阻只為消除由于傳輸線即雙絞線特性阻抗不連續(xù)而帶來的反射信號。

5 典型故障案

5.1 動態(tài)地圖工作2小時(shí)不亮

該故障中，經(jīng)過多次長時(shí)間測試故障現(xiàn)象都能重現(xiàn)，且動態(tài)地圖在多次重復(fù)開關(guān)中故障現(xiàn)象也能重現(xiàn)，造成此類故障的原因極多，不易查找和分析。在排除了RS485通訊異常和LED輸出電源故障的情況后，通過使用示波器分析測量STC單片機(jī)和CPLD的傳輸數(shù)據(jù)以及74HC595的使能端和數(shù)據(jù)清零端時(shí)序之后，最終鎖定故障可能出現(xiàn)在CPLD和數(shù)據(jù)存儲器SRAM，由于SRAM這些晶體管不需要刷新，但停機(jī)或斷電時(shí)，它們同DRAM一樣，會丟掉信息，故障的SRAM不能長時(shí)間存儲數(shù)據(jù)更不能掉電，從而導(dǎo)致動態(tài)地圖工作一段時(shí)間后全滅。更換SRAM到維修板卡上，功能正常。

5.2 動態(tài)地圖花屏

動態(tài)地圖花屏故障比較常見，在現(xiàn)場故障中占份額也是比較大的，地圖花屏故障屬于動態(tài)地圖的單體故障，出現(xiàn)這種故障雖然造成的故障影響比較小，但是故障量比較大，給一線工作增加不小工作量，動態(tài)地圖花屏分多種情況，在這里只講述下比較典型的花屏故障，花屏現(xiàn)象表現(xiàn)出動態(tài)地圖出現(xiàn)紅、綠、黃相間不能正常工作且沒有自檢，經(jīng)過現(xiàn)場示波器的分析比對，確定出CPLD在正常工作時(shí)發(fā)熱量比較大造成的本身壽命下降，解決這種問題有兩種解決方案，第一種在CPLD表面增加散熱片，但是從反映情況看增加散熱片效果不是特別明顯，第二種定期更換CPLD芯片但是在這種方案運(yùn)用中，由于CPLD采用QFP封裝形式人工焊接需要非常精準(zhǔn)的焊接技術(shù)，機(jī)器焊接需要耗費(fèi)資金來購置設(shè)備，因此在后續(xù)的動態(tài)地圖的設(shè)計(jì)方案中取消CPLD芯片，直接用89單片機(jī)處理轉(zhuǎn)化協(xié)議。

6 結(jié) 語

目前城市軌道交通行業(yè)中各大城市地鐵車輛PIS系統(tǒng)的供貨商不盡相同，但動態(tài)地圖的控制及通訊方式基本思路是相通的，對以后的新線設(shè)計(jì)方案、故障診斷和處理反面有很大的幫助，同時(shí)根據(jù)平時(shí)在維修工作中積累的維修數(shù)據(jù)，在今后的故障查找方面才能夠更準(zhǔn)確、更快的分析出故障的根本原因。

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收稿日期：2018-7-25