本發(fā)明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種地鐵門控單元實(shí)時(shí)故障檢測裝置系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前國內(nèi)使用的地鐵列車尚有相當(dāng)數(shù)量系由國外進(jìn)口，外商出于出口設(shè)備的貿(mào)易壟斷性和技術(shù)封閉性之目的，一般不向需求方提供任何內(nèi)特性參數(shù)及其故障分析與甄別技術(shù)，這就給地鐵運(yùn)營單位對(duì)設(shè)備安全評(píng)估帶來極大的隱患。以地鐵列車門控單元為例，常見的維修和保障方式主要停留于離線式的維護(hù)，即將門控單元取下后，放置在專用的故障檢測平臺(tái)上對(duì)其進(jìn)行檢測，這種維修方式延長了維修時(shí)間，不利于對(duì)故障的判斷，且其關(guān)鍵技術(shù)多在門控單元設(shè)備提供商處，列車運(yùn)營方缺乏對(duì)門控單元有效的處理手段。

門控單元是地鐵門控系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)門電機(jī)開關(guān)門操作、狀態(tài)檢測、安全防護(hù)以及各種燈光聲音提示等控制功能，是一個(gè)多輸入多輸出的控制盒。本文所研究的門控制單元，針對(duì)于iFE公司所生產(chǎn)的基于RS-485／232通信協(xié)議的PMC20—110R型門控單元。其外部配置有兩排16路輸入輸出接口，RS．232和RS485兩個(gè)通訊端口。門控單元通過兩排16路的輸入輸出接口與外部電氣設(shè)備相連，完成對(duì)列車門控系統(tǒng)外部的電氣和機(jī)械設(shè)備的主要控制與檢測功能，通過RS485通訊接口與列車車廂內(nèi)通訊總線相連，完成同其他門控單元及車廂主控設(shè)備的通訊功能。在列車正常運(yùn)行中，門控單元的Rs．485接口與列車車廂上的RS_485通訊總線相連，通過RS．485與列車車廂的上級(jí)控制單元通訊，其中主要的通訊內(nèi)容為車門的初始化、狀態(tài)信息以及車門故障信息。本文研究的主要對(duì)象就是基于RS485通訊的相關(guān)信息，開發(fā)出以監(jiān)聽通訊信息為基礎(chǔ)的在線隨車故障檢測系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)地鐵列車門控單元的技術(shù)現(xiàn)狀，通過多工況下的外特性連續(xù)性能檢測采樣，掌握門控單元的構(gòu)成和運(yùn)行情況、通信協(xié)議、電路結(jié)構(gòu)等相關(guān)技術(shù)原理和參數(shù)的基礎(chǔ)上，研制了一種可以隨車運(yùn)行記錄門控單元故障的便攜式設(shè)備——地鐵門控單元實(shí)時(shí)故障檢測裝置系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

地鐵門控單元實(shí)時(shí)故障檢測裝置系統(tǒng)由由兩個(gè)子系統(tǒng)組成：隨車故障記錄子系統(tǒng)和便攜式信息查詢子系統(tǒng)。由于兩個(gè)子系統(tǒng)均有便攜性要求，所以均采用嵌入式系統(tǒng)解決方案來完成兩個(gè)子系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用上位機(jī)與下位機(jī)的結(jié)構(gòu)模式。作為下位機(jī)的隨車故障記錄子系統(tǒng)本身不帶任何人機(jī)交互功能，僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集記錄與通訊功能。而便攜式信息查詢子系統(tǒng)著重于提供一個(gè)良好的人機(jī)交互界面，輔之以通訊程序和相應(yīng)的配置程序與下位機(jī)協(xié)調(diào)完成一個(gè)完整的測試任務(wù)。

所述的隨車故障記錄子系統(tǒng)在不改變列車車廂原有通訊總線拓?fù)涞那闆r下，掛載到通訊總線上，實(shí)時(shí)監(jiān)聽通訊總線上所有的通訊信息，并記錄相關(guān)狀態(tài)信息和故障信息，存儲(chǔ)于系統(tǒng)的SD卡中。

所述的便攜式信息查詢子系統(tǒng)通過藍(lán)牙方式可隨時(shí)與隨車故障記錄子系統(tǒng)通訊，完成隨車故障記錄子系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)置以及問詢隨車故障記錄子系統(tǒng)中存儲(chǔ)的相關(guān)記錄信息，并顯示在人機(jī)界面上。

所述的隨車故障記錄子系統(tǒng)包含基于Cortex．M3為核心的STM32微處理器的控制核心的硬件系統(tǒng)以及基于uCoS—II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)。其中硬件系統(tǒng)還包含RS．485數(shù)據(jù)采集模塊、基于SPI模式的SD卡讀寫模塊以及藍(lán)牙通訊模塊等功能模塊，對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)中配置了相應(yīng)的功能任務(wù)，通過ucos—II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的調(diào)度來實(shí)現(xiàn)具體的功能，包括工作模式選擇、對(duì)RS一485數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)采集、對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、對(duì)識(shí)別后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析翻譯、基于微型FAT文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的記錄與讀取、與便攜式信息查詢子系統(tǒng)進(jìn)行藍(lán)牙通訊，通過這些任務(wù)的合理調(diào)度整合來實(shí)現(xiàn)其自身的完整功能。

所述的便攜式信息查詢子系統(tǒng)包含安裝有Android操作系統(tǒng)的便攜移動(dòng)終端設(shè)備以及運(yùn)行在Android系統(tǒng)上的專用信息查詢應(yīng)用軟件。

本發(fā)明的有益效果是：

本文所提供的一種基于嵌入式系統(tǒng)的地鐵門控單元實(shí)時(shí)故障檢測裝置系統(tǒng)，包含一個(gè)掛載在車輛門控系統(tǒng)總線上的監(jiān)測子系統(tǒng)和一個(gè)Android便攜設(shè)備的查詢子系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)門控單元在線故障監(jiān)測與記錄的功能。在列車運(yùn)行過程中，隨車故障記錄子系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄門控單元所有的列車控制信號(hào)和狀態(tài)變化。便攜式信息查詢子系統(tǒng)隨時(shí)與隨車故障記錄子系統(tǒng)通過藍(lán)牙連接，對(duì)列車門控單元的實(shí)時(shí)狀態(tài)和故障信息進(jìn)行查看，或者查詢已保存的歷史記錄。因此，一旦列車出現(xiàn)故障，系統(tǒng)能夠在實(shí)時(shí)記錄的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)與營運(yùn)人員的遠(yuǎn)程信息交互以保障故障的事實(shí)排除。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)工作的正確性，可正確反映和記錄門控單元的故障信息，并為門控單元故障檢測和維修提供技術(shù)支持和理論積累。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)構(gòu)架圖。

圖2是硬件功能模塊圖。

圖3是系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度邏輯圖。

圖4是模式選擇任務(wù)模塊流程圖。

圖5是監(jiān)聽模塊流程圖。

圖6是后臺(tái)程序功能框圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，地鐵門控單元實(shí)時(shí)故障檢測裝置系統(tǒng)由由兩個(gè)子系統(tǒng)組成：隨車故障記錄子系統(tǒng)和便攜式信息查詢子系統(tǒng)。隨車故障記錄子系統(tǒng)在不改變列車車廂原有通訊總線拓?fù)涞那闆r下，掛載到通訊總線上，實(shí)時(shí)監(jiān)聽通訊總線上所有的通訊信息，并記錄相關(guān)狀態(tài)信息和故障信息，存儲(chǔ)于系統(tǒng)的SD卡中。隨車故障記錄子系統(tǒng)包含基于Cortex．M3為核心的STM32微處理器的控制核心的硬件系統(tǒng)以及基于u CoS—II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)。其中硬件系統(tǒng)還包含RS．485數(shù)據(jù)采集模塊、基于SPI模式的SD卡讀寫模塊以及藍(lán)牙通訊模塊等功能模塊，對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)中配置了相應(yīng)的功能任務(wù)，通過u CoS—II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的調(diào)度來實(shí)現(xiàn)具體的功能，包括工作模式選擇、對(duì)RS一485數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)采集、對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、對(duì)識(shí)別后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析翻譯、基于微型FAT文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的記錄與讀取、與便攜式信息查詢子系統(tǒng)進(jìn)行藍(lán)牙通訊，通過這些任務(wù)的合理調(diào)度整合來實(shí)現(xiàn)其自身的完整功能。便攜式信息查詢子系統(tǒng)通過藍(lán)牙方式可隨時(shí)與隨車故障記錄子系統(tǒng)通訊，完成隨車故障記錄子系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)置以及問詢隨車故障記錄子系統(tǒng)中存儲(chǔ)的相關(guān)記錄信息，并顯示在人機(jī)界面上。由于兩個(gè)子系統(tǒng)均有便攜性要求，所以均采用嵌入式系統(tǒng)解決方案來完成兩個(gè)子系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用上位機(jī)與下位機(jī)的結(jié)構(gòu)模式。作為下位機(jī)的隨車故障記錄子系統(tǒng)本身不帶任何人機(jī)交互功能，僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集記錄與通訊功能。而便攜式信息查詢子系統(tǒng)著重于提供一個(gè)良好的人機(jī)交互界面，輔之以通訊程序和相應(yīng)的配置程序與下位機(jī)協(xié)調(diào)完成一個(gè)完整的測試任務(wù)。

如圖2所示，隨車故障記錄子系統(tǒng)硬件部分由上文所述的四個(gè)主要模塊組成。由STM32控制模塊協(xié)調(diào)控制各模塊完成相應(yīng)功能并負(fù)責(zé)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的處理和分析。sTM32控制核心模塊以ST公司的STM32F103zET6微控制器芯片為核心，外圍輔以電源電路、JTAG仿真調(diào)試電路、時(shí)鐘電路、Reset電路，使STM32微控制器芯片可以正常工作并提供完成相應(yīng)功能所需要的基本條州制。RS-485采集模塊的設(shè)計(jì)采用Maxim公司的MAx485專用通訊芯片，將STM32微控制器芯片中的通用同步異步收發(fā)機(jī)(USART)輸出的數(shù)字邏輯電平轉(zhuǎn)換為符合RS485總線協(xié)議的電氣信號(hào)，并將總線上的RS485總線信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制器芯片可以識(shí)別的信號(hào)輸入到芯片中以備進(jìn)行進(jìn)一步的處理。SD卡模塊中，采用SPI模式對(duì)sD卡的引腳進(jìn)行接線，使用3．3v的I／0電平，并在特定管腳接入上拉電阻以保證其正常工作。同時(shí)也留出接口，為以后設(shè)備升級(jí)提供可能。藍(lán)牙通訊模塊是將標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙信號(hào)轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)的模塊，開發(fā)時(shí)只需要按照串口方式操作控制，提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期，并可以使開發(fā)人員更多的關(guān)注系統(tǒng)本身而不需要過多的研究通信底層知識(shí)。

如圖3所示，隨車故障記錄子系統(tǒng)軟件部分是基于u CoS—II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)的，開發(fā)過程分為操作系統(tǒng)移植、功能初始化模塊和主體功能任務(wù)開發(fā)等步驟。其中，u C0S．II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為開源操作系統(tǒng)，僅需要對(duì)其部分文件改寫之后便可移植到硬件平臺(tái)上；功能初始化配置模塊主要負(fù)責(zé)在u CoS—II系統(tǒng)啟動(dòng)前對(duì)系統(tǒng)及外圍組件完成初始化工作；主體功能任務(wù)是按照實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)任務(wù)的思想，根據(jù)系統(tǒng)功能應(yīng)用的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照各自優(yōu)先級(jí)及資源信號(hào)配置由u CoS—II統(tǒng)一調(diào)度以實(shí)現(xiàn)完整的軟件功能。下面對(duì)功能任務(wù)部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。按照功能模塊的思想，將需求不同的應(yīng)用任務(wù)模塊進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)，核心的任務(wù)包括模式選擇任務(wù)模塊、監(jiān)聽任務(wù)模塊、記錄讀取任務(wù)模塊等。其中有些模塊并非都是單一的任務(wù)，需要信息收發(fā)任務(wù)進(jìn)行同步合作，所以這些模塊中可能包含多個(gè)子任務(wù)或者多個(gè)功能函。

如圖4所示，該模塊負(fù)責(zé)接收便攜式信息查詢子系統(tǒng)通過藍(lán)牙發(fā)送的模式選擇指令，根據(jù)指令的不同來選擇不同的工作模式。該模塊由兩個(gè)任務(wù)組成：指令接收任務(wù)和調(diào)度任務(wù)，兩者采用互斥信號(hào)量進(jìn)行配合工作。其中，“缺省指令”執(zhí)行監(jiān)聽任務(wù)。

如圖5所示，監(jiān)聽模塊為本次設(shè)計(jì)中的中心模塊，由監(jiān)聽任務(wù)、狀態(tài)分析任務(wù)、SD卡寫入部分共同構(gòu)成。其主要功能依次為循環(huán)采集列車門控單元的RS485總線上的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和讀取，建立狀態(tài)分析任務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析，調(diào)用SD卡寫入操作，記錄對(duì)應(yīng)的門控單元地址信息、狀態(tài)以及故障信息和時(shí)間信息。當(dāng)狀態(tài)備份字中數(shù)據(jù)有改動(dòng)時(shí)，再次進(jìn)行解析，重復(fù)上述過程。SD卡寫入功能部分中的操作基于FatFS文件系統(tǒng)，可以通過windows系統(tǒng)對(duì)其創(chuàng)建的文件直接進(jìn)行操作。狀態(tài)分析任務(wù)根據(jù)監(jiān)聽任務(wù)中得到的RS．485端口反饋幀進(jìn)行分析，對(duì)門控單元回復(fù)的自診斷信息進(jìn)行解碼和翻譯，得到門控單元的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，達(dá)到收集和記錄數(shù)據(jù)的功能。另外，記錄讀取模塊主要負(fù)責(zé)將已經(jīng)記錄的狀態(tài)或故障信息從SD卡的文件中讀取出來并通過藍(lán)牙發(fā)送到便攜式信息查詢子系統(tǒng)上。完成后自我銷毀并將控制權(quán)交還給調(diào)度任務(wù)。同樣也是基于FatFS文件系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的文件操作。

如圖6所示，便攜式信息查詢子系統(tǒng)包含安裝有Android操作系統(tǒng)的便攜移動(dòng)終端設(shè)備以及運(yùn)行在Android系統(tǒng)上的專用信息查詢應(yīng)用軟件。本文的研究著重于開發(fā)一款兼容大部分Android系統(tǒng)智能移動(dòng)終端的專用信息查詢應(yīng)用軟件，僅需要將該軟件安裝于帶有藍(lán)牙設(shè)備的Andmid智能移動(dòng)終端上，就可以通過藍(lán)牙設(shè)備與隨車故障記錄子系統(tǒng)進(jìn)行通訊完成相應(yīng)的功能。該Andmid應(yīng)用包含人機(jī)界面，通過藍(lán)牙控制模塊將指令發(fā)送給隨車故障記錄子系統(tǒng)，從而進(jìn)行相關(guān)功能配置，通過藍(lán)牙控制模塊完成同隨車故障記錄子系統(tǒng)通訊，數(shù)據(jù)顯示與處理模塊完成相應(yīng)信息的顯示以及對(duì)顯示信息的相關(guān)處理。此處著重對(duì)應(yīng)用程序后臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。后臺(tái)應(yīng)用程序主要負(fù)責(zé)通過藍(lán)牙與隨車故障記錄子系統(tǒng)進(jìn)行信息交流，向隨車故障記錄子系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)指令和接受隨車故障記錄子系統(tǒng)發(fā)送的信息并顯示。分為藍(lán)牙功能模塊、指令按鍵設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示模塊。該部分的所有功能均圍繞藍(lán)牙通訊模塊來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)工作時(shí)，通過查找設(shè)備按鈕向周圍發(fā)出會(huì)話請求，周圍設(shè)備接收到會(huì)話請求后給出回復(fù)，完成連接后，將這個(gè)外部設(shè)備實(shí)例化到程序中的藍(lán)牙設(shè)備對(duì)象以供后面的程序調(diào)用。