检车员自动化培训与考核系统设计

闫云祯，郑向东

（内蒙古集通铁路（集团）有限责任公司，助理工程师，内蒙古 呼和浩特 010050）

现阶段铁路客货车检车员的培训和考评手段仍停留在师傅带徒弟或教练示范的教学形式，存在师资水平参差不齐，没有明确的操作规范，以及传统的手工命题考试速度慢、考试覆盖面狭窄等问题。经开发使用的检车员自动化培训和考评系统，不仅可模拟教练和考官，替代专职教师指导培训人员标准化作业，还可对检车员作业考核进行公平公正的自动评价〔1〕。自该系统实施应用以来，使检车员培训和考评更加规范，并能更好地督促检车员自觉练好基本功，使列检作业标准化和规范化得到进一步提高。

1 系统的整体设计

1.1 系统概述该系统是集计算机智能控制、多媒体功能、自我训练与考核功能于一体的自动化培训与考评系统。在培训与考核过程中，教师或考官依据标准的作业步伐设置脚踏开关，并在待检部位设置电子标签（表示故障点）。检车员按规范的步伐进行作业，当其踩踏到脚踏开关时，开关向PC机传递信息，PC机显示该开关的相关信息；当检车员发现故障时，用手持检车锤对准该标签，检车锤射频读卡器读取该标签信息，并通过无线发送模块发送该信号给地面基站无线接收发模块接收，并通过RS-485总线传送至PC机进行分析、存档，考官根据PC机处理信息，结合列检作业场列车技术检查作业范围和质量标准，评定检车员的作业标准性，并给出考核成绩〔2〕。

1.2 系统考核内容系统考核内容组成：一是步伐，由脚踏开关来验证检车员是否按规定步伐踩到位。二是发现故障，在检查到所有部位的前提下，能否发现故障由射频标签来验证，若某部位悬挂的标签被识别，则该位置被检查到位。

1.3 系统的组成及功能系统按其功能可分为控制单元、射频识别模块、无线通信模块和步伐识别模块4个模块。系统基本组成见图1所示。

图1 系统组成框图

1.3.1 控制单元 控制单元由单片机和上位机构成，单片机实现射频标签的识别和信息的无线传输；上位机接收和处理脚踏开关信号、检车锤识别传送标签信息，对培训与考核信息接收与处理。

1.3.2 射频识别模块 射频识别模块由射频识别标签和阅读器组成，实现对检测部位和故障的识别。

1.3.3 无线通信模块 无线通信模块实现采集标识码无线传输与接收，检车锤与PC机的通讯。

1.3.4 步伐识别模块 步伐识别模块由放置在地面上的脚踏开关组成，模拟固定点的步伐着地点。

2 系统软件设计

上位机在工业控制当中又被称为HMI，监控现场设备的运行状态，当现场设备出现问题在上位机上就能显示出各设备之间的状态（如正常、报警、故障等）。基于篇幅，本文暂不讨论，重点介绍检车锤的软件设计。

本系统是基于Keil C 51的51系列兼容单片机C语言软件开发的〔3〕。手持检车锤检测到故障时，通过信号收发模块发送数据和接收端接收该数据。

2.1 发送程序流程对SPI初始化，并发送一个字节，发送命令成功复位CC 1100，SPI写寄存器，若SPI写命令成功，则读寄存器，读取成功配置CC 1100寄存器，由CC 1100发送一组数据，当数据发送成功后，打开中断等待。发送端流程见图2所示。

图2 发送端程序流程图

2.2 接收端流程上电系统进行初始化，配置发射功率，预计接收是否正确，若不正确，重新配置发射功率，若正确，则经串口发送到单片机，然后清空接收和发送的缓冲区，等待接收下一段数据。接收端流程见图3所示。

图3 接收端流程图

3 系统硬件设计

3.1 检车锤设计手持式检车锤的设计是其中最关键的一步，检车锤设计的好坏直接关系着系统的成功与否。手持式模拟检车锤是实现列检作业信息交互共享的系统，利用列检手持机和列检作业生产指挥中心的数据交换功能，实现作业信息自动接收和传送。因此重点对检车锤的硬件设计进行介绍。3.1.1 单片机选择 为满足智能检测系统通用性、经济性的设计要求，单片机应具备体积小、集成A/D，D/A功能、连接外围器件便利、能够在线编程调试的特点，为此选择了STC12LE5410AD单片机。单片机接收射频读卡器读取的射频标签的信息（即“身份证”号），并通过CC 1100芯片发送数据；地面基站模块单片机控制CC 1100芯片接收传输的数据，通过串口通信方式传输给PC机。

3.1.2 射频读卡器选择 在检修作业时，考官在货车需检修部位安装电子标签，每个标签相当于每个部位的“身份证”，标签内存储着货车部位的基本信息，如部位号、标签序号等。检车锤内部设置了射频读卡装置和天线，由于设置的读卡器需体积小巧、低功耗、读卡距离远等要求，可选择TX 125射频读卡模块。TX 125为非接触IC卡射频读卡模块采用125 kHz射频基站。当有卡靠近模块时，模块会以韦根或UART方式输出ID卡卡号，用户仅需简单的读取即可〔4〕。

3.1.3 无线通信模块选择 检车锤的射频读卡器读取到标签信息，然后通过锤子内部的无线发射模块发射给地面基站的信号接收站，故发射芯片应选择具有体积小、灵敏度高、低功耗和极少的外部元件等优点的芯片。CC 1100是一种低成本RF技术的单片可编程UHF收发芯片，为低功耗无线应用而设计。因此本系统选择CC 1100射频收发芯片实现无线收发功能。

该检车锤采用STC12LE5410AD单片机、CC1100模块接口、TX125模块接口，其结构如图4所示。

图4 检车锤结构图

3.2 脚踏开关脚踏开关由微动开关和脚踏板组成，通过脚踏来控制电路通断。作业时可用地毯遮盖脚踏开关，检车员每一步都要走到位，漏步就会漏检，错步就会重检。系统选用PCI 1751板卡来完成所有地面步伐信息采集点的信息处理工作。

3.3 地面基站地面基站通过无线接收模块（CC 1100模块）接收检车锤无线发送的数据，经单片机处理提取有效信息，并通过RS485总线将数据传输至PC机，由PC机对接收的信息进行处理〔4〕。地面基站设计如图5所示。

图5 地面基站设计图

4 结束语

基于RFID技术检车员标准化作业自动考评系统经现场实践表明，该系统应用效果良好，培训现场检修作业人员658人/年，其中减少培训考评人员3人/次，缩短培训考评时间约87.73 h。该系统的运用有效提高检车员作业效率，使检车标准化作业水平得到一次质的飞跃，从而促进和保障铁路货车运用安全。

〔1〕张智文.射频识别技术理论与实践〔M〕.北京：中国科学技术出版社，2008.

〔2〕王辉，何方.列检、库列检车辆钳工制动钳工〔M〕.北京：中国铁道出版社，2002年6月.

〔3〕徐爱钧，彭秀.Keil Cx51V7.0单片机高级语言编程与μVision2应运实践〔M〕.北京：电子工业出版社，2008年5月.

〔4〕王树东，刘旭东.基于PLC铁路货车标准化检车培训系统〔J〕.中国铁路，2009，08：29-31.