閆云禎，鄭向東

（內(nèi)蒙古集通鐵路（集團）有限責任公司，助理工程師，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

現(xiàn)階段鐵路客貨車檢車員的培訓和考評手段仍停留在師傅帶徒弟或教練示范的教學形式，存在師資水平參差不齊，沒有明確的操作規(guī)范，以及傳統(tǒng)的手工命題考試速度慢、考試覆蓋面狹窄等問題。經(jīng)開發(fā)使用的檢車員自動化培訓和考評系統(tǒng)，不僅可模擬教練和考官，替代專職教師指導培訓人員標準化作業(yè)，還可對檢車員作業(yè)考核進行公平公正的自動評價〔1〕。自該系統(tǒng)實施應(yīng)用以來，使檢車員培訓和考評更加規(guī)范，并能更好地督促檢車員自覺練好基本功，使列檢作業(yè)標準化和規(guī)范化得到進一步提高。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)概述該系統(tǒng)是集計算機智能控制、多媒體功能、自我訓練與考核功能于一體的自動化培訓與考評系統(tǒng)。在培訓與考核過程中，教師或考官依據(jù)標準的作業(yè)步伐設(shè)置腳踏開關(guān)，并在待檢部位設(shè)置電子標簽（表示故障點）。檢車員按規(guī)范的步伐進行作業(yè)，當其踩踏到腳踏開關(guān)時，開關(guān)向PC機傳遞信息，PC機顯示該開關(guān)的相關(guān)信息；當檢車員發(fā)現(xiàn)故障時，用手持檢車錘對準該標簽，檢車錘射頻讀卡器讀取該標簽信息，并通過無線發(fā)送模塊發(fā)送該信號給地面基站無線接收發(fā)模塊接收，并通過RS-485總線傳送至PC機進行分析、存檔，考官根據(jù)PC機處理信息，結(jié)合列檢作業(yè)場列車技術(shù)檢查作業(yè)范圍和質(zhì)量標準，評定檢車員的作業(yè)標準性，并給出考核成績〔2〕。

1.2 系統(tǒng)考核內(nèi)容系統(tǒng)考核內(nèi)容組成：一是步伐，由腳踏開關(guān)來驗證檢車員是否按規(guī)定步伐踩到位。二是發(fā)現(xiàn)故障，在檢查到所有部位的前提下，能否發(fā)現(xiàn)故障由射頻標簽來驗證，若某部位懸掛的標簽被識別，則該位置被檢查到位。

1.3 系統(tǒng)的組成及功能系統(tǒng)按其功能可分為控制單元、射頻識別模塊、無線通信模塊和步伐識別模塊4個模塊。系統(tǒng)基本組成見圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.3.1 控制單元 控制單元由單片機和上位機構(gòu)成，單片機實現(xiàn)射頻標簽的識別和信息的無線傳輸；上位機接收和處理腳踏開關(guān)信號、檢車錘識別傳送標簽信息，對培訓與考核信息接收與處理。

1.3.2 射頻識別模塊 射頻識別模塊由射頻識別標簽和閱讀器組成，實現(xiàn)對檢測部位和故障的識別。

1.3.3 無線通信模塊 無線通信模塊實現(xiàn)采集標識碼無線傳輸與接收，檢車錘與PC機的通訊。

1.3.4 步伐識別模塊 步伐識別模塊由放置在地面上的腳踏開關(guān)組成，模擬固定點的步伐著地點。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

上位機在工業(yè)控制當中又被稱為HMI，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，當現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)問題在上位機上就能顯示出各設(shè)備之間的狀態(tài)（如正常、報警、故障等）?；谄?，本文暫不討論，重點介紹檢車錘的軟件設(shè)計。

本系統(tǒng)是基于Keil C 51的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)的〔3〕。手持檢車錘檢測到故障時，通過信號收發(fā)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)和接收端接收該數(shù)據(jù)。

2.1 發(fā)送程序流程對SPI初始化，并發(fā)送一個字節(jié)，發(fā)送命令成功復(fù)位CC 1100，SPI寫寄存器，若SPI寫命令成功，則讀寄存器，讀取成功配置CC 1100寄存器，由CC 1100發(fā)送一組數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，打開中斷等待。發(fā)送端流程見圖2所示。

圖2 發(fā)送端程序流程圖

2.2 接收端流程上電系統(tǒng)進行初始化，配置發(fā)射功率，預(yù)計接收是否正確，若不正確，重新配置發(fā)射功率，若正確，則經(jīng)串口發(fā)送到單片機，然后清空接收和發(fā)送的緩沖區(qū)，等待接收下一段數(shù)據(jù)。接收端流程見圖3所示。

圖3 接收端流程圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 檢車錘設(shè)計手持式檢車錘的設(shè)計是其中最關(guān)鍵的一步，檢車錘設(shè)計的好壞直接關(guān)系著系統(tǒng)的成功與否。手持式模擬檢車錘是實現(xiàn)列檢作業(yè)信息交互共享的系統(tǒng)，利用列檢手持機和列檢作業(yè)生產(chǎn)指揮中心的數(shù)據(jù)交換功能，實現(xiàn)作業(yè)信息自動接收和傳送。因此重點對檢車錘的硬件設(shè)計進行介紹。3.1.1 單片機選擇 為滿足智能檢測系統(tǒng)通用性、經(jīng)濟性的設(shè)計要求，單片機應(yīng)具備體積小、集成A/D，D/A功能、連接外圍器件便利、能夠在線編程調(diào)試的特點，為此選擇了STC12LE5410AD單片機。單片機接收射頻讀卡器讀取的射頻標簽的信息（即“身份證”號），并通過CC 1100芯片發(fā)送數(shù)據(jù)；地面基站模塊單片機控制CC 1100芯片接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過串口通信方式傳輸給PC機。

3.1.2 射頻讀卡器選擇 在檢修作業(yè)時，考官在貨車需檢修部位安裝電子標簽，每個標簽相當于每個部位的“身份證”，標簽內(nèi)存儲著貨車部位的基本信息，如部位號、標簽序號等。檢車錘內(nèi)部設(shè)置了射頻讀卡裝置和天線，由于設(shè)置的讀卡器需體積小巧、低功耗、讀卡距離遠等要求，可選擇TX 125射頻讀卡模塊。TX 125為非接觸IC卡射頻讀卡模塊采用125 kHz射頻基站。當有卡靠近模塊時，模塊會以韋根或UART方式輸出ID卡卡號，用戶僅需簡單的讀取即可〔4〕。

3.1.3 無線通信模塊選擇 檢車錘的射頻讀卡器讀取到標簽信息，然后通過錘子內(nèi)部的無線發(fā)射模塊發(fā)射給地面基站的信號接收站，故發(fā)射芯片應(yīng)選擇具有體積小、靈敏度高、低功耗和極少的外部元件等優(yōu)點的芯片。CC 1100是一種低成本RF技術(shù)的單片可編程UHF收發(fā)芯片，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計。因此本系統(tǒng)選擇CC 1100射頻收發(fā)芯片實現(xiàn)無線收發(fā)功能。

該檢車錘采用STC12LE5410AD單片機、CC1100模塊接口、TX125模塊接口，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 檢車錘結(jié)構(gòu)圖

3.2 腳踏開關(guān)腳踏開關(guān)由微動開關(guān)和腳踏板組成，通過腳踏來控制電路通斷。作業(yè)時可用地毯遮蓋腳踏開關(guān)，檢車員每一步都要走到位，漏步就會漏檢，錯步就會重檢。系統(tǒng)選用PCI 1751板卡來完成所有地面步伐信息采集點的信息處理工作。

3.3 地面基站地面基站通過無線接收模塊（CC 1100模塊）接收檢車錘無線發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機處理提取有效信息，并通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至PC機，由PC機對接收的信息進行處理〔4〕。地面基站設(shè)計如圖5所示。

圖5 地面基站設(shè)計圖

4 結(jié)束語

基于RFID技術(shù)檢車員標準化作業(yè)自動考評系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場實踐表明，該系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，培訓現(xiàn)場檢修作業(yè)人員658人/年，其中減少培訓考評人員3人/次，縮短培訓考評時間約87.73 h。該系統(tǒng)的運用有效提高檢車員作業(yè)效率，使檢車標準化作業(yè)水平得到一次質(zhì)的飛躍，從而促進和保障鐵路貨車運用安全。

〔1〕張智文.射頻識別技術(shù)理論與實踐〔M〕.北京：中國科學技術(shù)出版社，2008.

〔2〕王輝，何方.列檢、庫列檢車輛鉗工制動鉗工〔M〕.北京：中國鐵道出版社，2002年6月.

〔3〕徐愛鈞，彭秀.Keil Cx51V7.0單片機高級語言編程與μVision2應(yīng)運實踐〔M〕.北京：電子工業(yè)出版社，2008年5月.

〔4〕王樹東，劉旭東.基于PLC鐵路貨車標準化檢車培訓系統(tǒng)〔J〕.中國鐵路，2009，08：29-31.