動車組多協議一體化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有限公司上海鐵路機車車輛發展有限公司

1 研究現狀

隨著鐵路客運的發展，高鐵動車逐漸進入批量運營階段，對檢修維護技術和成本的要求也日益提高，上海局集團公司從自身建設出發，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成本。

目前現有CRH1、CRH2、CRH3等車型，每種車型廠商不同，主控臺控制系統軟硬件環節不同，車廂控制器的控制網絡通信協議（物理接口、電氣特性）也各不相同，對于LED顯示屏的檢修與統一測試帶來極大的不便，迫切需要開發一套基于多協議一體化的LED屏幕檢修測試平臺。

2 研究方案

2.1 設計原理與技術難點

本檢測平臺的設計原理，采用模塊化的設計思維，可以分為:電源測試系統、檢測通信接口、測試屏幕故障點、檢測顯示模式、數據分析重組等。涉及到總線通訊原理、控制原理、軟件編碼、協議轉換等方面技術。

技術難點主要是破譯通訊協議。動車組多協議一體化LED屏幕綜合測試檢修系統采用Windows WDK開發技術進行數據的實時采集和歸納分析。它可模擬與列車總線設備的通訊，并提供大量的工具與函數用于數據采集、分析、顯示和存儲，同時開發自動化測試采集、分析與數據顯示功能，將廣泛的數據采集、分析與顯示功能集中在了同一個環境中。具有監測數據精確度高，監測數據多樣，信息數據存儲量大，系統維護簡便的特點。

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據采集和離線分析、軟件開發與離線仿真測試、軟件與輔助環境的通訊測試開發，最后匯總實現一體化平臺的整合。

針對不同CRH型動車組的屏幕接口特征，通過現場測試和確認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型動車組的屏幕進行現場數據截取，在列車有電的狀態下，通過控制室內操作屏幕顯示臺對車廂內屏幕發送中文/英文字符串，此時使用軟件工具經RS485/422接口進行數據截取。

在已截取大數據的情況下，對已有數據進行整理分析，按照規律的可行性，分析其協議包的格式(幀頭/幀尾/內容/校驗等)以及內容部分包含的特征(是否有地址或其他問詢)，以及在發送內容包的前后是否有發送相應請求的幀消息和確認等，反復推敲其可行性后再次整理成軟件開發需要的文檔。

通過借用屏幕，我們將現場截取、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，同時確認消息前后所需要的問詢方法和手段，確認校驗驗證的正確性；再次驗證發送我們想要的任何信息。

圖4 CRH1幀結構

圖5 CRH2幀結構

圖6 CRH3幀結構

通過編寫軟件代碼實現通訊接口部分代碼，我們將模擬仿真整理出的消息使用軟件實現(類似車輛控制臺)消息發送，靈活實現任何消息的發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果

3 技術創新

動車組多協議一體化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系列進行通訊，實現數據的交互，從而達到對顯示屏信息的發送和檢測，同時對測試的結果報告實現文檔歸類保存。

多協議轉換控制器是針對各車型不同的LED屏幕物理接口，接線方式，串口通信的實現方式，識別電壓差分與電流環模式，調整不同的通信規程參數，統一轉換為可以與主機232串口進行數據通訊的方式。

多功能通信控制軟件是集調試、測試、監視、過濾一體的通信控制軟件(利用Windows WDK設備驅動編程技術)，具有監視、過濾、調試、測試的功能。設置豐富的調試功能，非常專業的測試功能，監視功能可以監視別的應用程序對串口的任何訪問，過濾可以不占用串口資源而對數據流進行更改。系統模擬動車信息控制終端實現對顯示屏的信息維護和發送，同時對通信協議的解釋和協議包解析重組。

環境溫度、濕度檢測模塊，利用ModbusRTU協議與軟件平臺通訊，提取現場環境的溫度和濕度，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協議與軟件平臺通訊，提取現場環境工作電流、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，采用數據庫管理系統，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，通電試驗環境由溫濕度傳感器顯示。

4 結束語

動車組多協議一體化LED屏幕綜合測試平臺系統的推廣使用，有利于提高LED的檢修效率、大大降低了維護成本。采用軟硬件相結合的技術實現自動化、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，滿足鐵路降低維護成本的需要。對于各個動車所的運維檢修過程，有著明顯的幫助，方便LED故障定位和硬件維修。