鐵路叫班系統(tǒng)控制主機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究

張利剛

摘 要：在新型鐵路叫班系統(tǒng)中，控制主機(jī)是核心，可以通過(guò)多種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的控制，控制主機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)直接關(guān)系著系統(tǒng)的控制效果。本文針對(duì)鐵路叫班系統(tǒng)控制主機(jī)的設(shè)計(jì)，從整體規(guī)劃和軟硬件系統(tǒng)兩個(gè)方面進(jìn)行了討論，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確高效分析，以及系統(tǒng)自行運(yùn)作與人工干預(yù)的組合式管理，起到了良好的效果。

關(guān)鍵詞：鐵路叫班系統(tǒng)；控制主機(jī)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2017）04-178-2

0 引言

在鐵路運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理中，鐵路叫班是非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，簡(jiǎn)單來(lái)講，就是根據(jù)鐵路工作人員的工作計(jì)劃，進(jìn)行相應(yīng)的排班和叫班，以確保各項(xiàng)工作的按時(shí)進(jìn)行。鐵路叫班系統(tǒng)的運(yùn)行效果直接關(guān)系著鐵路調(diào)度及管理的水平，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，輕則導(dǎo)致列車晚點(diǎn)，鐵路運(yùn)輸擁堵，重則引發(fā)鐵路安全事故。因此，做好鐵路叫班系統(tǒng)控制主機(jī)的設(shè)計(jì)，保證良好的控制效果意義重大。

1 鐵路叫班系統(tǒng)概述

作為鐵路調(diào)度的重要組成部分，鐵路叫班系統(tǒng)由來(lái)已久，其伴隨著鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的產(chǎn)生而出現(xiàn)，與鐵路調(diào)度和鐵路管理的需求相呼應(yīng)。在發(fā)展初期，鐵路叫班系統(tǒng)是由人工實(shí)現(xiàn)的，設(shè)置專門的管理人員，依照預(yù)先編制好的工作計(jì)劃表，在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)叫醒列車員。這種方式明顯難以保證工作效率和準(zhǔn)確性，容易受到人為因素的影響，如果叫班時(shí)間出現(xiàn)問(wèn)題，則可能會(huì)引發(fā)比較嚴(yán)重的后果。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，我國(guó)的鐵路系統(tǒng)出現(xiàn)了很大的變化，在鐵路運(yùn)輸中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些特殊情況，要求鐵路叫班系統(tǒng)必須保證標(biāo)準(zhǔn)化、精確性和實(shí)時(shí)性，當(dāng)面對(duì)復(fù)雜情況時(shí)，系統(tǒng)可以及時(shí)做出補(bǔ)充和應(yīng)對(duì)。結(jié)合上述需求，集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)以及通信技術(shù)等的新型鐵路叫班系統(tǒng)的得以涌現(xiàn)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)叫班系統(tǒng)和鐵路公寓管理系統(tǒng)的有效整合，以嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)字化信息管理，可以有效滿足鐵路調(diào)度和管理的各種需求，而且自動(dòng)化程度高，可以根據(jù)確定好的叫班計(jì)劃自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)須人工干預(yù)，也減少了人為因素引發(fā)的各種問(wèn)題。

2 鐵路叫班系統(tǒng)控制主機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在針對(duì)鐵路叫班系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，必須立足相關(guān)鐵路叫班計(jì)劃，將加班系統(tǒng)與計(jì)劃緊密結(jié)合在一起，依照時(shí)間點(diǎn)，將計(jì)劃融入控制主機(jī)系統(tǒng)中，利用主機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)于叫班計(jì)劃的監(jiān)控和管理，確保計(jì)劃的可靠落實(shí)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，叫班系統(tǒng)必須緊跟叫班計(jì)劃，滿足計(jì)劃落實(shí)的各種需求。

2.1 控制方式

在當(dāng)前的技術(shù)條件下，鐵路叫班系統(tǒng)的控制方式可以有幾種不同的選擇。一是PC控制，主要是針對(duì)存在大量數(shù)據(jù)輸入的系統(tǒng)控制，用戶可以通過(guò)PC機(jī)，針對(duì)鐵路叫班系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理，如果需要輸入控制指令時(shí)，可以利用PC機(jī)控制系統(tǒng)，經(jīng)連接線將指令輸入到控制主機(jī)，經(jīng)主機(jī)翻譯為操作指令，調(diào)動(dòng)后臺(tái)程序運(yùn)作，PC控制是系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入的主要方式。二是主機(jī)控制，也稱KB控制，是一種最為快捷的系統(tǒng)操作方式，可以幫助管理人員實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)的操作和監(jiān)控，用戶能夠通過(guò)控制主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的直接控制。在實(shí)際應(yīng)用中，主機(jī)控制適用于叫班計(jì)劃的監(jiān)控管理，也可以針對(duì)少量數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。三是遠(yuǎn)程電話控制，通常情況下并不會(huì)被當(dāng)作主流控制手段，不過(guò)其在特殊情況應(yīng)對(duì)方面具備顯著優(yōu)勢(shì)，屬于新型鐵路叫班系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)系統(tǒng)的一個(gè)特色功能。用戶通過(guò)電話實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，輸入控制命令，當(dāng)系統(tǒng)遭遇特殊情況時(shí)，管理人員可以直接進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，從而保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 主機(jī)功能

在鐵路叫班系統(tǒng)中，控制主機(jī)屬于一種典型的嵌入式結(jié)構(gòu)，從實(shí)際需求分析，其至少需要具備幾個(gè)方面的功能：一是叫班功能，依照設(shè)定好的工作計(jì)劃表，當(dāng)達(dá)到相應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)直接針對(duì)被呼叫房間進(jìn)行語(yǔ)音呼叫，或者提醒管理人員進(jìn)行人工叫班，必須保證時(shí)刻的準(zhǔn)確性以及語(yǔ)音的清晰；二是公寓管理功能，確保公寓管理人員能夠利用叫班系統(tǒng)，對(duì)鐵路公寓的使用情況進(jìn)行查詢；三是信息查詢功能，管理人員應(yīng)該能夠從系統(tǒng)中查詢一些基本的業(yè)務(wù)信息，如日期、時(shí)刻等。同時(shí)，為了能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸?shù)膹?fù)雜要求，在控制主機(jī)的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)該加入一些新的功能，如語(yǔ)音通信功能、數(shù)字錄音功能、遠(yuǎn)程控制功能等。

2.3 整體設(shè)計(jì)

作為鐵路調(diào)度系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，鐵路叫班系統(tǒng)本身的運(yùn)行環(huán)境比較特殊，功能需求也存在著一定的動(dòng)態(tài)變化，因此對(duì)于系統(tǒng)控制主機(jī)的設(shè)計(jì)采用基于處理器的嵌入式手段。事實(shí)上，即使是傳統(tǒng)的模擬式鐵路叫班系統(tǒng)，同樣是采用嵌入式設(shè)計(jì)的方式，因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)方式可以保證軟件硬件的自由裁剪和增減，能夠滿足系統(tǒng)可靠性、功能性、經(jīng)濟(jì)性等方面的需求。鐵路叫班系統(tǒng)不僅要求較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，還要求對(duì)系統(tǒng)的成本、體積以及功耗等進(jìn)行嚴(yán)格控制，在這種情況下，傳統(tǒng)的通用式計(jì)算機(jī)吸引并不能滿足實(shí)際需求，而且考慮到系統(tǒng)本身的專用性，需要做好軟硬件的設(shè)計(jì)，硬件設(shè)備必須進(jìn)行量身定做，不能直接選擇現(xiàn)有設(shè)備，否則可能會(huì)影響系統(tǒng)的性能。

2.4 硬件設(shè)系統(tǒng)

在開展硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要依照系統(tǒng)的功能劃分，明確具體任務(wù)，然后針對(duì)每一個(gè)任務(wù)做好細(xì)致的規(guī)劃，選擇相應(yīng)的硬件設(shè)備，需要從設(shè)備的性能、型號(hào)、成本等方面可進(jìn)行綜合分析。

作為鐵路叫班系統(tǒng)的核心，控制主機(jī)必須設(shè)置MCU核心部件，同時(shí)，考慮到在鐵路叫班系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)到大量的數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)，單純依靠MCU的存儲(chǔ)空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要設(shè)置外部存儲(chǔ)器。人際交互要求設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口以及各種外設(shè)，包括鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等，而從語(yǔ)音交互以及數(shù)字錄音等功能分析，麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器也不可或缺，對(duì)于語(yǔ)音的數(shù)字化處理還要求系統(tǒng)具備AD、DA轉(zhuǎn)換功能。另外，叫班系統(tǒng)要求時(shí)間準(zhǔn)確，為了避免出現(xiàn)錯(cuò)誤，還必須設(shè)置獨(dú)立的鐘表。

為了實(shí)現(xiàn)PC控制，必須保證PC及與控制主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸渠道通暢，因此，在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇RS232通信接口；為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電話控制，同樣要求其與控制逐漸之間的可靠通信，不過(guò)與PC控制直接連接控制主機(jī)不同，遠(yuǎn)程控制要求將控制主機(jī)與外部電話通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起。控制主機(jī)本身的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，存在著大量的外部設(shè)置，而這些設(shè)備在與MCU連接時(shí)，接口方式也各不相同，例如，顯示器、鍵盤、外部存儲(chǔ)器可以通過(guò)GPIO實(shí)現(xiàn)與MCU的連接；RTC、FRAM以及交叉開關(guān)等與MCU的連接是通過(guò)SMBus接口，語(yǔ)音數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理要求MCU必須能夠?qū)崿F(xiàn)AD和DA轉(zhuǎn)換。在確定完單獨(dú)任務(wù)需要的硬件設(shè)備后，從系統(tǒng)的整體性考慮，還應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的輔助設(shè)備，進(jìn)行電路的規(guī)劃以及器件的整合，整合時(shí)需要關(guān)注接口和時(shí)序問(wèn)題。

2.5 軟件系統(tǒng)

從總體上看，鐵路叫班系統(tǒng)中的軟件采用的是前后臺(tái)設(shè)計(jì)，依照應(yīng)用類型，可以將軟件系統(tǒng)分為驅(qū)動(dòng)函數(shù)、操作函數(shù)、應(yīng)用函數(shù)以及系統(tǒng)函數(shù)。操作系統(tǒng)的編程應(yīng)該關(guān)注系統(tǒng)函數(shù)和應(yīng)用函數(shù)，可以適當(dāng)忽略設(shè)備工作的一些細(xì)節(jié)，從而減少編程的復(fù)雜性。鐵路叫班系統(tǒng)屬于一種比較典型的裸機(jī)系統(tǒng)，需要開發(fā)人員結(jié)合設(shè)備功能需求，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)函數(shù)和操作函數(shù)的手工編寫。以驅(qū)動(dòng)函數(shù)為例，在進(jìn)行開發(fā)編寫的過(guò)程中，主要是結(jié)合具體任務(wù)，對(duì)寄存器的工作狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化配置，處理好系統(tǒng)調(diào)用驅(qū)動(dòng)函數(shù)式的時(shí)序問(wèn)題，依照先內(nèi)后外的原則進(jìn)行操作。系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)需要進(jìn)行初始化，先MCU驅(qū)動(dòng)后外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)，而MCU驅(qū)動(dòng)同樣應(yīng)該分清主次，將接口驅(qū)動(dòng)放在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)之后，從而避免出現(xiàn)信號(hào)紊亂的問(wèn)題。

對(duì)于操作函數(shù)的設(shè)計(jì)，必須做好時(shí)序的把握，一般情況下，處理器的運(yùn)行速度較高，在對(duì)數(shù)據(jù)讀寫函數(shù)和命令進(jìn)行編寫的過(guò)程中，尤其需要關(guān)注時(shí)延問(wèn)題，避免系統(tǒng)集成環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題和缺陷。相比之下，應(yīng)用函數(shù)針對(duì)的是某一個(gè)具體的功能，其通常都會(huì)涉及底層設(shè)備的操作，可以隱藏起設(shè)備操作的細(xì)節(jié)，從而為上層的調(diào)用提供接口。

應(yīng)該注意，在單獨(dú)函數(shù)編寫完成后，還必須經(jīng)過(guò)聯(lián)機(jī)測(cè)試和系統(tǒng)整合，根據(jù)實(shí)際需求做出相應(yīng)的調(diào)整，避免對(duì)軟件架構(gòu)的隨意更改，防止開發(fā)成本的增加以及開發(fā)周期的延長(zhǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)鐵路叫班系統(tǒng)相比，新型系統(tǒng)的技術(shù)性更強(qiáng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)等的集成應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的完全自動(dòng)化運(yùn)行，不需要進(jìn)行人工操作，而且叫班時(shí)刻準(zhǔn)確，不容易出現(xiàn)問(wèn)題，保證了鐵路調(diào)度工作的順利開展，對(duì)于提升鐵路管理水平，推動(dòng)鐵路運(yùn)輸事業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展意義重大。

參 考 文 獻(xiàn)

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