铁路叫班系统控制主机设计实验研究.docx

铁路叫班系统控制主机设计实验研究 张利刚摘 要：在新型铁路叫班系统中，控制主机是核心，可以通过多种方式，实现对于整个系统的控制，控制主机的设计实现直接关系着系统的控制效果。本文针对铁路叫班系统控制主机的设计，从整体规划和软硬件系统两个方面进行了讨论，可以实现对不同类型数据的准确高效分析，以及系统自行运作与人工干预的组合式管理，起到了良好的效果。关键词：铁路叫班系统；控制主机；设计： TP368 ： A ： 1673-1069（2017）04-178-20 引言在铁路运营调度管理中，铁路叫班是非常重要的一项内容，简单来讲，就是根据铁路工作人员的工作计划，进行相应的排班和叫班，以确保各项工作的按时进行。铁路叫班系统的运行效果直接关系着铁路调度及管理的水平，一旦系统出现问题，轻则导致列车晚点，铁路运输拥堵，重则引发铁路安全事故。因此，做好铁路叫班系统控制主机的设计，保证良好的控制效果意义重大。1 铁路叫班系统概述作为铁路调度的重要组成部分，铁路叫班系统由来已久，其伴随着铁路运输系统的产生而出现，与铁路调度和铁路管理的需求相呼应。在发展初期，铁路叫班系统是由人工实现的，设置专门的管理人员，依照预先编制好的工作计划表，在相应的节点叫醒列车员。这种方式明显难以保证工作效率和准确性，容易受到人为因素的影响，如果叫班时间出现问题，则可能会引发比较严重的后果。在科学技术飞速发展的带动下，我国的铁路系统出现了很大的变化，在铁路运输中时常会出现一些特殊情况，要求铁路叫班系统必须保证标准化、精确性和实时性，当面对复杂情况时，系统可以及时做出补充和应对。结合上述需求，集成了计算机技术、信息技术以及通信技术等的新型铁路叫班系统的得以涌现，系统实现了对叫班系统和铁路公寓管理系统的有效整合，以嵌入式计算机系统为基础，结合数字化信息管理，可以有效满足铁路调度和管理的各种需求，而且自动化程度高，可以根据确定好的叫班计划自动运行，无须人工干预，也减少了人为因素引发的各种问题。2 铁路叫班系统控制主机的设计实现在针对铁路叫班系统进行规划设计时，必须立足相关铁路叫班计划，将加班系统与计划紧密结合在一起，依照时间点，将计划融入控制主机系统中，利用主机控制，实现对于叫班计划的监控和管理，确保计划的可靠落实。应该认识到，叫班系统必须紧跟叫班计划，满足计划落实的各种需求。2.1 控制方式在当前的技术条件下，铁路叫班系统的控制方式可以有几种不同的选择。一是PC控制，主要是针对存在大量数据输入的系统控制，用户可以通过PC机，针对铁路叫班系统进行远程控制和管理，如果需要输入控制指令时，可以利用PC机控制系统，经连接线将指令输入到控制主机，经主机翻译为操作指令，调动后台程序运作，PC控制是系统数据输入的主要方式。二是主机控制，也称KB控制，是一种最为快捷的系统操作方式，可以帮助管理人员实现对于系统的操作和监控，用户能够通过控制主机，实现对于系统运行的直接控制。在实际应用中，主机控制适用于叫班计划的监控管理，也可以針对少量数据进行编辑。三是远程电话控制，通常情况下并不会被当作主流控制手段，不过其在特殊情况应对方面具备显著优势，属于新型铁路叫班系统区别于传统系统的一个特色功能。用户通过电话实现对于系统的远程控制，输入控制命令，当系统遭遇特殊情况时，管理人员可以直接进行远程操作，从而保障系统运行的稳定性和安全性。2.2 主机功能在铁路叫班系统中，控制主机属于一种典型的嵌入式结构，从实际需求分析，其至少需要具备几个方面的功能：一是叫班功能，依照设定好的工作计划表，当达到相应的时间节点时，系统会直接针对被呼叫房间进行语音呼叫，或者提醒管理人员进行人工叫班，必须保证时刻的准确性以及语音的清晰；二是公寓管理功能，确保公寓管理人员能够利用叫班系统，对铁路公寓的使用情况进行查询；三是信息查询功能，管理人员应该能够从系统中查询一些基本的业务信息，如日期、时刻等。同时，为了能够更好地适应现代铁路运输的复杂要求，在控制主机的设计中，还应该加入一些新的功能，如语音通信功能、数字录音功能、远程控制功能等。2.3 整体设计作为铁路调度系统中的一个子系统，铁路叫班系统本身的运行环境比较特殊，功能需求也存在着一定的动态变化，因此对于系统控制主机的设计采用基于处理器的嵌入式手段。事实上，即使是传统的模拟式铁路叫班系统，同样是采用嵌入式设计的方式，因为这种设计方式可以保证软件硬件的自由裁剪和增减，能够满足系统可靠性、功能性、经济性等方面的需求。铁路叫班系统不仅要求较高的实时性和准确性，还要求对系统的成本、体积以及功耗等进行严格控制，在这种情况下，传统的通用式计算机吸引并不能满足实际需求，而且考虑到系统本身的专用性，需要做好软硬件的设计，硬件设备必须进行量身定做，不能直接选择现有设备，否则可能会影响系统的性能。2.4 硬件设系统在开展硬件系统设计的过程中，需要依照系统的功能划分，明确具体任务，然后针对每一个任务做好细致的规划，选择相应的硬件设备，需要从设备的性能、型号、成本等方面可进行综合分析。作为铁路叫班系统的核心，控制主机必须设置MCU核心部件，同时，考虑到在铁路叫班系统中，设计到大量的数据分析和存储，单纯依靠MCU的存储空间远远不够，还需要设置外部存储器。人际交互要求设置相应的数据接口以及各种外设，包括键盘、鼠标、显示器等，而从语音交互以及数字录音等功能分析，麦克风和扬声器也不可或缺，对于语音的数字化处理还要求系统具备AD、DA转换功能。另外，叫班系统要求时间准确，为了避免出现错误，还必须设置独立的钟表。为了实现PC控制，必须保证PC及与控制主机之间的数据传输渠道通畅，因此，在硬件系统设计中，选择RS232通信接口；为了实现远程电话控制，同样要求其与控制逐渐之间的可靠通信，不过与PC控制直接连接控制主机不同，远程控制要求将控制主机与外部电话通信网络连接在一起。控制主机本身的结构异常复杂，存在着大量的外部设置，而这些设备在与MCU连接时，接口方式也各不相同，例如，显示器、键盘、外部存储器可以通过GPIO实现与MCU的连接；RTC、FRAM以及交叉开关等与MCU的连接是通过SMBus接口，语音数据的数字化处理要求MCU必须能够实现AD和DA转换。在确定完单独任务需要的硬件设备后，从系统的整体性考虑，还应该设置相应的辅助设备，进行电路的规划以及器件的整合，整合时需要关注接口和时序问题。2.5 软件系统从总体上看，铁路叫班系统中的软件采用的是前后台设计，依照应用类型，可以将软件系统分为驱动函数、操作函数、应用函数以及系统函数。操作系统的编程应该关注系统函数和应用函数，可以适当忽略设备工作的一些细节，从而减少编程的复杂性。铁路叫班系统属于一种比较典型的裸机系统，需要开发人员结合设备功能需求，进行驱动函数和操作函数的手工编写。以驱动函数为例，在进行开发编写的过程中，主要是结合具体任务，对寄存器的工作状态进行优化配置，处理好系统调用驱动函数式的时序问题，依照先内后外的原则进行操作。系统在启动时需要进行初始化，先MCU驱动后外部设备驱动，而MCU驱动同样应该分清主次，将接口驱动放在时钟驱动之后，从而避免出现信号紊乱的问题。对于操作函数的设计，必须做好时序的把握，一般情况下，处理器的运行速度较高，在对数据读写函数和命令进行编写的过程中，尤其需要关注时延问题，避免系统集成环节出现问题和缺陷。相比之下，应用函数针对的是某一个具体的功能，其通常都会涉及底层设备的操作，可以隐藏起设备操作的细节，从而为上层的调用提供接口。应该注意，在单独函数编写完成后，还必须经过联机测试和系统整合，根据实际需求做出相应的调整，避免对软件架构的随意更改，防止开发成本的增加以及开发周期的延长。3 结语与传统铁路叫班系统相比，新型系统的技术性更强，通过计算机技术、网络技术、信息技术、通信技术等的集成应用，能够实现系统的完全自动化运行，不需要进行人工操作，而且叫班时刻准确，不容易出现问题，保证了铁路调度工作的顺利开展，对于提升铁路管理水平，推动铁路运输事业长远稳定发展意义重大。参 考 文 献1 黎勇.铁路叫板系统的设计与应用D.北京邮电大学，2009.2 贺海建.新型电脑叫班系统在铁路公寓的应用J.铁路计算机应用，2010，19（8）：26-28.3 孙超.铁路叫班系统控制主机的设计与实现D.北京交通大学，2011. -全文完-