無線通信的列車遠程監控系統應用范文

本站小編為你精心準備了無線通信的列車遠程監控系統應用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

近年來，隨著我國鐵路列車的不斷提速，對列車運行的安全性也提出了更為嚴格的要求。實時監控列車運行狀態，對于保障列車的行車安全非常重要，以無線通信方式來實現對列車實時性監控是行之有效的手段之一。長春軌道客車股份有限公司作為我國最大的鐵路客車和城市軌道車輛的研發與制造基地，近年來在吸收引進國外軌道交通設備先進技術的同時，也承擔著自主研發列車裝備技術的重任，在國產列車控制系統研究的過程中，形成了部分典型技術成果。本文所介紹的列車無線遠程監控系統在公司“北亞號”內燃動車組中得以應用，該系統將無線通信與列車通信網絡技術相融合，能夠實時監測列車運行狀態及故障信息，為列車安全運行提供有效保障，是國產列車控制系統發展歷程中的縮影。

1監控系統組成與工作原理

隨著移動通信業務的不斷發展成熟，無線移動數據通信的應用日益廣泛，與此同時，現代列車的過程控制己從集中型的直接數字控制系統發展為基于網絡的分布式控制系統，基于分布式控制的MVB（多功能車輛總線）是IEC61375-1（1999）TCN的標準方案，具有實時性強、可靠性高的特點，在列車通信網絡中已得到較為廣泛的應用，下文對基于以上技術的列車無線監控系統進行介紹。

1.1系統組成列車無線通信系統主要分為3大部分：安裝在移動列車上的GPRS/GPS車載終端、監控中心、車載終端與監控中心之間的無線通信網絡。車載終端包括GPS衛星接收模塊，嵌入式微控制器、GPRS無線通信模塊、TCP/IP模塊及外圍電路。GPRS無線鏈路基于GPRS移動通信公眾網，包括MSC基站控制器，SGSN業務支撐節點，GGSN網關支撐節點。監控中心包括網關和通信服務器。列車監控系統的體系結構如圖1所示。

1.2系統工作原理車載終端是整個系統中唯一安裝在車輛上的終端設備，它的主要功能是不斷獲取列車的位置信息、狀態信息，并將這些信息處理后通過無線網絡發送到監控中心，且隨時接受來自對方的監控調度命令。監控中心是基于GIS智能化的監控管理系統，其主要功能是隨時接收車載終端傳來的有效信息，并通過屏幕顯示出來，再將監控調度的相關命令返回車載終端，通信網絡則負責完成車載終端與監控調度中心之間的信息傳輸。GPRS允許用戶在端-端分組轉移模式下發送和接收數據，不需要利用電路交換模式的網絡資源；從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務，特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。

2車載終端硬件設計

車載終端的基本業務需求是通過GPRS無線鏈路把衛星定位信息以及列車運行的狀態信息傳送到監控中心。車載終端的硬件電路主要包括GPRS無線通信模塊、微處理器電路、GPS模塊、TCP/IP協議轉換模塊及外圍相關接口電路。考慮到列車GPRS終端低成本、小型化和移動靈活等要求，該系統中采用單片機對GPRS終端進行控制。微控制器的主要作用有：（1）通過AT指令初始化GPRS無線模塊，使之附著在GPRS網上，獲得網絡運營商動態分配給GPRS終端的IP地址，并與目的終端或服務器之間建立連接；（2）通過RS232串口向TCP/IP模塊收發數據；（3）從列車通信網絡的總線中提取列車的狀態信息，進行相應處理；（4）自主或根據遠程控制指令采取其他操作。微控制器工作時，用戶上位系統向控制器發送工作指令和數據，數據由TCP/IP模塊進行TCP/IP協議轉換，打成IP數據包，再由MC35模塊以GPRS數據包的形式發送到SGSN。GPRS無線模塊作為終端的無線收發模塊，將從單片機發送過來的IP包或基站傳來的分組數據進行相應的處理后再轉發。GPRS模塊采用德國Siemens公司生產的MC35模塊。該模塊主要由射頻天線、內部Flash、SRAM、GSM基帶處理器、匹配電源等組成。GSM基帶處理器是核心部件，其作用相當于一個協議處理器．用來處理外部系統通過串口發送AT指令。射頻天線部分主要實現信號的調制和解調，以及外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換。系統采用的GPS模塊為Motorola公司的M12，該模塊具有12個并行通道，體積小、重量輕、功耗低，適用于各類嵌入式設備。由于采用了先進的信號濾波技術，提高了抗遮擋性能，即使在城市、機場及其它靠近無線電輻射源和工業干擾的地方也能正常工作。系統采用的網絡處理器芯片是ConnectOne公司的iChipC0661AL。是可升級的通信外設芯片，能仲裁主機設備和互聯網間的連接。C0661AL包括存儲互聯網協議（IP）和配置參數的閃存存儲以及足夠的SRAM，防止包丟失；還包括有10個同時發生的TCP和UDP插座，以及用作服務器的2個TCP收聽插座，有睡眠模式以降低功耗（典型10uA）。整個車載終端的硬件原理框圖如圖2所示。

3車載終端與列車通信網絡的接口實現

列車內車載終端的主要功能之一是從列車通信網絡總線中提取列車狀態信息，經處理后由無線傳輸裝置發送出去。因此，車載終端與列車MVB總線的接口至關重要。MVB網絡接口單元（簡稱“MVB網卡”）主要負責實現物理層信號的轉換，執行數據鏈路層的通信規程，同時為CPU提供軟件接口，是實現MVB網絡連接的關鍵。根據列車中所需監控設備的特點和MVB的通信規約，該系統選擇帶BA（總線管理）功能的MVB-II型網卡。在實際運行中，列車內各種設備的模擬量信號通過車載微處理器進行處理之后，傳遞給MVB協議控制器，經過協議變換后將信號傳至MVB總線；現場數字信號量數據經過數據采集模塊采集傳送到車載FPGA，經過曼徹斯特編解碼器轉換后經由MVB接口電路傳到MVB總線，進而通過MVB-II型網絡接口單元處理，進行相應的協議轉換，傳遞給車載終端系統中的主控單片機，由單片機對這些信號進行相應處理后傳遞給TCP/IP模塊，為后續通過GPRSModem以無線的形式發出進行相應的協議準備。

4系統軟件設計

監控中心直接連接因特網，通過TCP/IP協議與建立起通路的終端進行通信，雙方采用先連接后通信的模式，通信過程中通路始終建立。該系統利用C++Builder進行網絡通信編程，監控中心與終端設備通信通過Socket形式實現。GPRS遠程通信終端對應Socket通信工作的客戶端，而服務器端則對應監控中心的上位機。客戶端先向服務器端發起連接請求，在接到客戶的連接請求后服務器即為其建立一個連接并給出應答請求，同時把與該連接有關的信息加入到用戶鏈表，服務器利用此鏈表管理客戶。客戶端在接到服務器的應答請求時做出響應，從而建立一個端到端的連接。建立連接后客戶端和服務器即可通過該連接進行交互。車載終端方面，單片機首先對MAX232進行初始化，完成與外接模塊協商處理，如波特率、是否有奇偶校驗等。接著通過串口1對MC35模塊進行初始化，檢查GPRS網絡信號等情況。接下來進行中斷掃描，監控是否有數據到來。有數據時，若為外部數據，即啟動數據打包處理過程；若為GPRS數據，即啟動數據解包處理過程；若無數據，系統則進入節電模式。在數據打包處理過程中，若檢測到系統信號不好，將進行數據發送緩存處理，同時將數據放進發送隊列等待發送。

5結語

本文所研究的列車遠程無線監控系統將無線通信技術與列車通信網絡MVB總線技術、GPS全球衛星定位技術相結合，在長春軌道客車股份有限公司“北亞號”內燃動車組中得以應用，其應用有效提高了動車組行車的安全性和運營效率，具有顯著的社會與經濟效益。該系統在國產列車監控系統的自主開發過程中具有典型的階段代表性。

作者：宋萌 常振臣 單位：北京市工程咨詢公司 長春軌道客車股份有限公司