孫惠琴

（中國鐵道科學(xué)研究院機車車輛研究所，北京100081）

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

整個系統(tǒng)的軟件開發(fā)工具選用了Microsoft Visual Studio 2005開發(fā)嵌入式Windows CE應(yīng)用程序。Microsoft Embedded CE是一個緊湊、高效和可擴展的操作系統(tǒng)，擁有多線程、多任務(wù)、確定性的實時和完全搶先式優(yōu)先級等特性；模塊化設(shè)計使得它能夠在大量的平臺上定制使用，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非常適合動車組的車載故障診斷系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于GPRS （通用無線分組業(yè)務(wù)）進行無線通信，實現(xiàn)動車組車載主機與地面服務(wù)器之間的通信。GPRS有諸多優(yōu)點：覆蓋范圍廣，一直在線，資費便宜，登陸速度快等。目前，鐵路正在建設(shè)GSM-R（鐵路移動通信全球系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)，可以保證動車組正常傳輸數(shù)據(jù)， GSM-R網(wǎng)絡(luò)兼容GPRS。

系統(tǒng)中，車載系統(tǒng)的GPRS模塊采用西門子的MC55模塊，連接在PC/104（CPU）的串口COM3上，串口波特率設(shè)置為115200。通過向串口COM3發(fā)送AT指令，實現(xiàn)與地面服務(wù)器的無線通信。

將動車組運行過程中的實時數(shù)據(jù)和故障信息打包，通過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。當接收到車載主機發(fā)送的實時報警信息后，地面服務(wù)器的客戶端軟件對這些報警報文進行解包，并將解包后的信息插入到Oracle數(shù)據(jù)庫中，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)膭榆嚱M車載故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1。

2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(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)母咚賱榆嚱M車載故障診斷系統(tǒng)

表1 AT指令表

2.2 數(shù)據(jù)傳輸流程

車載主機與地面服務(wù)器的信息傳輸過程包括：車載主機在運行過程中與地面服務(wù)器通過GPRS建立Internet連接、發(fā)送車載系統(tǒng)初始參數(shù)、傳輸實時數(shù)據(jù)和報警信息。程序開發(fā)工具使用Microsoft Visual Studio 2005，信息傳輸過程包括傳輸通道的建立、傳輸數(shù)據(jù)與結(jié)束，都通過向串口COM3發(fā)送AT指令實現(xiàn)。在程序設(shè)計中，保證了傳輸數(shù)據(jù)的實時可靠，當不可避免出現(xiàn)GPRS暫時中斷后，程序可以自動通過GPRS與地面服務(wù)器重新建立Internet連接，符合現(xiàn)場基本運用需求。整個傳輸流程如圖2。

動車組車載故障診斷系統(tǒng)的GPRS傳輸特點：

圖2 車載主機與地面服務(wù)器的GPRS連接與數(shù)據(jù)傳輸過程

（1）保證車地交換數(shù)據(jù)的可靠性非常重要。動車組在運行過程中，不可避免要經(jīng)過隧道或是其它無法接收GPRS信號的地方，要保證動車組出了隧道之后，很快能自動通過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，可以在程序中通過軟件來保障，通過出現(xiàn)一定次數(shù)的GPRS連接錯誤后，重啟GPRS模塊（發(fā)送at+cfun指令）建立連接等機制實現(xiàn)。

（2）保證一個GPRS連接不要過長時間占用無線信道，以便保證所有運行的動車組能均衡地占用無線信道。對GPRS 連接時間進行統(tǒng)計，超過一定的連接時間之后，退出GPRS連接，保證其它動車組能夠連接地面服務(wù)器。此功能可以在程序中實現(xiàn)，通過統(tǒng)計連接時間，超過一定的連接時間后，發(fā)送at^sisc指令退出此連接完成這項功能。

（3）GPRS通信為雙工通信。通過向串口COM3發(fā)送AT指令，實現(xiàn)車載主機與地面服務(wù)器的雙向通信。車載主機可以向地面服務(wù)器傳輸車載初始參數(shù)，包括軟件版本、主機型號以及實時故障信息；地面服務(wù)器可以向車載主機傳輸參數(shù)回復(fù)、進行車載主機參數(shù)設(shè)置等信息。

2.3 故障報文的格式與地面數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)

車地傳輸數(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] [包類型] [數(shù)據(jù)內(nèi)容長度] [數(shù)據(jù)內(nèi)容] [FCS校驗碼] [幀尾] 。（不包含其中的“[”和“] ”。）

其中，當[包類型] 為0x01時，代表發(fā)送的是實時故障；[數(shù)據(jù)內(nèi)容長度] 為要傳輸?shù)膶崟r故障的長度；[數(shù)據(jù)內(nèi)容] 包括需要傳輸?shù)膶崟r故障的具體內(nèi)容，這些故障包括轉(zhuǎn)向架故障、制動故障、軸溫報警等。

地面服務(wù)器接收到上述報文，要對這些報文進行解包，然后將信息填入到ORACLE數(shù)據(jù)庫的表中，以便于查詢與統(tǒng)計。

3 結(jié)束語

本文在軟件實現(xiàn)無線傳輸?shù)目煽啃苑矫孢M行了設(shè)計和實現(xiàn)。測試過程中，發(fā)現(xiàn)其傳輸數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定可靠，即使出現(xiàn)了暫時的信號中斷，軟件也會很快地自動重新恢復(fù)GPRS的連接。

穩(wěn)定可靠的車地無線傳輸是一種發(fā)展趨勢，本文在這方面進行了有益的探索和實現(xiàn)。

[1] 嚴雋耄. 車輛工程[M] . 北京：中國鐵道出版社，2004.

[2] 馬慶龍，杜普選. 基于GPRS的機車信號遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)[J] . 鐵道通信信號，2007（1）.

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