動車組多協(xié)議一體化LED屏幕故障綜合檢測平臺研究

劉宜祥 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路機(jī)車車輛發(fā)展有限公司

1 研究現(xiàn)狀

隨著鐵路客運(yùn)的發(fā)展，高鐵動車逐漸進(jìn)入批量運(yùn)營階段，對檢修維護(hù)技術(shù)和成本的要求也日益提高，上海局集團(tuán)公司從自身建設(shè)出發(fā)，考慮到大批的動車組接近廠商的維保期，有必要宏觀降低維護(hù)成本。

目前現(xiàn)有CRH1、CRH2、CRH3等車型，每種車型廠商不同，主控臺控制系統(tǒng)軟硬件環(huán)節(jié)不同，車廂控制器的控制網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（物理接口、電氣特性）也各不相同，對于LED顯示屏的檢修與統(tǒng)一測試帶來極大的不便，迫切需要開發(fā)一套基于多協(xié)議一體化的LED屏幕檢修測試平臺。

2 研究方案

2.1 設(shè)計原理與技術(shù)難點(diǎn)

本檢測平臺的設(shè)計原理，采用模塊化的設(shè)計思維，可以分為:電源測試系統(tǒng)、檢測通信接口、測試屏幕故障點(diǎn)、檢測顯示模式、數(shù)據(jù)分析重組等。涉及到總線通訊原理、控制原理、軟件編碼、協(xié)議轉(zhuǎn)換等方面技術(shù)。

技術(shù)難點(diǎn)主要是破譯通訊協(xié)議。動車組多協(xié)議一體化LED屏幕綜合測試檢修系統(tǒng)采用Windows WDK開發(fā)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和歸納分析。它可模擬與列車總線設(shè)備的通訊，并提供大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲，同時開發(fā)自動化測試采集、分析與數(shù)據(jù)顯示功能，將廣泛的數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在了同一個環(huán)境中。具有監(jiān)測數(shù)據(jù)精確度高，監(jiān)測數(shù)據(jù)多樣，信息數(shù)據(jù)存儲量大，系統(tǒng)維護(hù)簡便的特點(diǎn)。

2.2 研究方法與手段

總體的研究方法是通過車控總線的在線數(shù)據(jù)采集和離線分析、軟件開發(fā)與離線仿真測試、軟件與輔助環(huán)境的通訊測試開發(fā)，最后匯總實(shí)現(xiàn)一體化平臺的整合。

針對不同CRH型動車組的屏幕接口特征，通過現(xiàn)場測試和確認(rèn)其硬件接口的電氣特性、接口的通訊類型(單工/雙工/其他)、硬件接口的供電、硬件地址辨別、接口插座的外形（CRH1、2、3型動車組屏幕硬件接口定義如圖1、圖2、圖3所示）等。

圖1 CRH1型動車組屏幕硬件接口定義

圖2 CRH2型動車組屏幕硬件接口定義

圖3 CRH3型動車組屏幕硬件接口定義

對CRH1/2/3型動車組的屏幕進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)截取，在列車有電的狀態(tài)下，通過控制室內(nèi)操作屏幕顯示臺對車廂內(nèi)屏幕發(fā)送中文/英文字符串，此時使用軟件工具經(jīng)RS485/422接口進(jìn)行數(shù)據(jù)截取。

在已截取大數(shù)據(jù)的情況下，對已有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，按照規(guī)律的可行性，分析其協(xié)議包的格式(幀頭/幀尾/內(nèi)容/校驗等)以及內(nèi)容部分包含的特征(是否有地址或其他問詢)，以及在發(fā)送內(nèi)容包的前后是否有發(fā)送相應(yīng)請求的幀消息和確認(rèn)等，反復(fù)推敲其可行性后再次整理成軟件開發(fā)需要的文檔。

通過借用屏幕，我們將現(xiàn)場截取、整理、提取的消息（如圖4、5、6所示），通過軟件工具模擬車輛控制臺對其車控總線上的屏幕進(jìn)行消息推送測試。以此方法來驗證我們截取和整理的消息的可靠性和可行性，同時確認(rèn)消息前后所需要的問詢方法和手段，確認(rèn)校驗驗證的正確性；再次驗證發(fā)送我們想要的任何信息。

圖4 CRH1幀結(jié)構(gòu)

圖5 CRH2幀結(jié)構(gòu)

圖6 CRH3幀結(jié)構(gòu)

通過編寫軟件代碼實(shí)現(xiàn)通訊接口部分代碼，我們將模擬仿真整理出的消息使用軟件實(shí)現(xiàn)(類似車輛控制臺)消息發(fā)送，靈活實(shí)現(xiàn)任何消息的發(fā)送和在屏幕端的顯示（如圖7所示）。

圖7 軟件離線仿真測試分析結(jié)果

3 技術(shù)創(chuàng)新

動車組多協(xié)議一體化LED屏幕故障綜合測試檢修平臺，基于RS232/485的鏈路通訊手段，分別與CRH1/CRH2/CRH3系列進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，從而達(dá)到對顯示屏信息的發(fā)送和檢測，同時對測試的結(jié)果報告實(shí)現(xiàn)文檔歸類保存。

多協(xié)議轉(zhuǎn)換控制器是針對各車型不同的LED屏幕物理接口，接線方式，串口通信的實(shí)現(xiàn)方式，識別電壓差分與電流環(huán)模式，調(diào)整不同的通信規(guī)程參數(shù)，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為可以與主機(jī)232串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的方式。

多功能通信控制軟件是集調(diào)試、測試、監(jiān)視、過濾一體的通信控制軟件(利用Windows WDK設(shè)備驅(qū)動編程技術(shù))，具有監(jiān)視、過濾、調(diào)試、測試的功能。設(shè)置豐富的調(diào)試功能，非常專業(yè)的測試功能，監(jiān)視功能可以監(jiān)視別的應(yīng)用程序?qū)Υ诘娜魏卧L問，過濾可以不占用串口資源而對數(shù)據(jù)流進(jìn)行更改。系統(tǒng)模擬動車信息控制終端實(shí)現(xiàn)對顯示屏的信息維護(hù)和發(fā)送，同時對通信協(xié)議的解釋和協(xié)議包解析重組。

環(huán)境溫度、濕度檢測模塊，利用ModbusRTU協(xié)議與軟件平臺通訊，提取現(xiàn)場環(huán)境的溫度和濕度，硬件采用智能型接口的一體式傳感器直接通訊，模擬顯示在控制臺軟件界面上。工作電壓電流檢測模塊，利用Modbus-RTU協(xié)議與軟件平臺通訊，提取現(xiàn)場環(huán)境工作電流、電壓、功率，模擬顯示在控制臺軟件界面上。在操作臺操作面的顯示器上模擬電子屏顯示器各種功能和型號輸出，以便觀察檢測顯示器的動態(tài)，采用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，生成檢測報告，并具有查詢打印功能。同時控制臺顯示的電子顯示屏的工作電壓及電流、顯示功率，通電試驗環(huán)境由溫濕度傳感器顯示。

4 結(jié)束語

動車組多協(xié)議一體化LED屏幕綜合測試平臺系統(tǒng)的推廣使用，有利于提高LED的檢修效率、大大降低了維護(hù)成本。采用軟硬件相結(jié)合的技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動化、本地、簡單、方便的檢測，具備較高的智能化過程，提高檢測速度、降低錯、漏檢率，提高了工作效率，滿足鐵路降低維護(hù)成本的需要。對于各個動車所的運(yùn)維檢修過程，有著明顯的幫助，方便LED故障定位和硬件維修。