TAX信息模拟装置的设计

李光耀

(呼和浩特铁路局 科研所，内蒙古呼和浩特010051)

机车安全信息综合监测装置(简称TAX)是一种与列车运行安全有关的检测设备，与信息传输设备于一体的信息共享的工作平台，它集中供电，提供主机多级通信。随着车载系统信息化以来，一些与机车运行有关的辅助安全检测及数据传输设备越来越多，如内燃机车油耗设备、轨道动态检测设备、弓网检测设备、无线列调语音录音设备等，它们在研究和工作过程中均需要从TAX提取车辆运行数据，如时间、公里标、速度、车次、车号、主副司机号等信息才能使检测数据产生实际意义。如直接在既有机车上进行研究、试验不现实，因为系统的开发周期都相对比较长，机车承担着繁重的运输任务，在时间上不允许;再者机车上空间比较狭小，电源等供给条件比较单一且取电不方便;若另购置一台机车安全信息综合监测装置，价格比较昂贵，另外它本身体积大，移动不方便，鉴于上述原因提出了TAX信息模拟装置课题，它不仅体积小、移动方便，而且成本相对于机车安全信息综合监控装置低很多。

据调研，目前国内外大多专注于机车安全信息综合监测装置的改进和研究，对于专门为其他项目服务、针对TAX信息模拟装置还没有研究。

1 设计原理与实现

1.1 总体设计思想

本装置主要是模拟TAX的通信记录单元，通过RS－485串行通信方式，以28 800波特率、每隔50 ms周期地按固定顺序向外发送，供其他各功能单元(或设备)使用，并将列车运行情况等信息显示在自身液晶屏幕上，使用人员可以根据需求通过液晶屏幕上面的触摸屏设置所需的各类信息内容。装置设计时考虑到使用方便、稳定、数据处理速度快、抗干扰性强等原则，在功能设计上，选择常规、成熟功能，在电子元器件选型上，选用性能稳定的电子元器件，其总体结构如图1所示。

图1 总体结构框图

1.2 数据传输设计

本装置数据传输采用RS485通信实现，它主要是负责周期的向外发送信息，时间间隔50 ms，信息内容为设置好的TAX信息，包括本板地址、特征码、检测单元代码、时间、速度、机车信号、机车工况、信号机编号、信号机种类、公里标、总重、计长、辆数、本/补、客/货、车次、区段号(交路号)、车站号、司机号、副司机号、机车号、机车型号、列车管压力、装置状态、备用、校验和，用MAX485集成模块实现。为保证通信可靠，不受外界干扰，增加了光电隔离技术，用高速光电耦 TLP113和2701实现，具体如图2所示。

图2 RS485通信

本装置模拟的TAX信息是在原TAX2信息40字节数据串前增加32字节数据，用于需要增加扩充的车次等信息，多字节存放格式为低字节在前，高字节在后，与原40字节数据串一起发送，这样兼容了原40字节的TAX信息方案，不仅适应新设备，还可适应未改造的其他设备，确保其他设备在过渡期间能够正常工作。其通信协议如表1。

表1 通信协议表

续表1

1.3 模拟信息存储设计

本装置CPU选用新华龙公司生产的C8051F020，它内部有64 k+128字节的可编程FLASH存储器，用于程序代码和非易失性数据存储，能承受至少20 000个擦写周期。尽管FLASH存储器可以每次写一个字节，但必须首先擦除整个扇区。128字节的扇区规模使数据更新更加容易，可以不浪费程序存储器或RAM空间，尤其适于作为通用的非易失性临时存储。该128字节的扇区在64 k字节FLASH存储器中是双映射的，它的地址范围从0x00到0x7F，本装置就利用这个区域存储设定的TAX模拟信息。

每次设定TAX模拟信息完成后写入一次FLASH，起始地址为0，共占用72字节;当装置开机时读取一次FLASH，从地址0开始连续读取72字节。这里需要注意的是写FLASH存储器可以清除数据位，但不能使数据位置1;只有擦除操作能将FLASH中的数据位置1。所以在写入新值之前，必须先擦除待编程的地址。一次擦除操作将擦除整个扇区(将扇区内的所有字节设置为0xFF)，写、擦除时序由硬件自动控制。

1.4 时钟电路设计

(1)系统时钟

本设计系统时钟采用外部振荡器驱动电路产生，晶体振荡器为外部振荡器源，频率为22.118 4 MHz，由于它对PCB布局非常敏感，所以应将晶体尽可能地靠近CPU的XTAL引脚，并在晶体引脚接负载电容，引线应尽可能地短并用地平面屏蔽，防止其他引线引入噪声或干扰。电路如图3所示。

图3 晶体振荡电路图

(2)实时时间电路

本装置选择DS1302芯片运行和保持时间，晶振为32.768 kHz，外配后备电池，在装置断电后可以保持时钟正常运行，为设备提供实时准确时间;当装置运行时，每秒读取一次该时间，经分析计算后将年、月、日、时、分、秒按TAX信息中时间格式压缩成4字节，保存到待发送的72字节信息中的35～38字节中，然后发送给各检测单元(或设备);同时其自带的31字节存储空间可以用于保存软件版本等必要信息，其电路如图4所示。

图4 DS1302时钟电路

1.5 液晶显示及触摸屏

本装置选用北京宁和电子有限公司的彩色液晶显示控制模块NH056DN04实现信息显示，上面加置一触摸屏，用于TAX模拟信息中各类信息内容及系统时间的设置。

1.6 软件设计

鉴于上述硬件和功能需求，装置软件设计流程如图5、图6所示。

图5 主程序流程图

图6 WHILE(1)循环流程图

2 实际应用测试

以HTK/L-YHJL-I型内燃机车油耗计量仪为测试平台搭建了测试环境，需要器材有TAX信息模拟装置、HTK/L-YHJL-I型内燃机车油耗计量仪主板和显示器、双路输出稳压电源、导线若干，如图7所示。

当接线完毕，开通电源，HTK/L-YHJL-I型内燃机车油耗计量仪主板指示灯显示工作，油耗显示器的车次、总重和司机号显示为TAX信息模拟装置传输来的内容，整套设备工作正常，如图8所示。

图7 测试平台

图8 装置测试正常图片

如果要修改各类信息内容及系统时间，点击工作界面中的“修改”按钮，进入修改界面，如图9所示，通过触摸界面右方的数字按钮进行所选元素内容的修改，通过“↑”、“↓”键进行所要修改元素项的选择，当移动图9(a)中的最后一行“公里标”时，再继续按“↓”键可进入图9(b)界面继续修改其他元素;当移动图9(b)中的最后一行“车站号”时，再继续按“↓”键可进入图9(c)界面继续修改其他元素。若修改结束，可以按“确定”按钮，显示图9(d)“设置完成”界面，等待大约3s时间，自动跳转到工作主界面，如图8所示，并按照新设定的内容进行工作。

图9 修改元素界面

经过上述测试，说明TAX信息模拟装置完全符合设计要求，可以为以后的相关产品开发提供很大方便、节约大量成本。

3 结束语

本装置根据实际需求而提出立项，为自主研发设计。据调研全铁路目前还没有关于这方面的研究，一些与机车运行有关的检测及数据传输设备在研发和试验中还是千方百计地从机车的TAX箱获取数据，很不方便且影响了研发进度，因此对于这些项目的研发与试验来说，都急需一套这样简单方便的TAX信息模拟装置。它外形轻巧，使用和移动方便，不仅为相关项目的研发、试验提供了捷径、降低了研发成本，而且使项目开发过程摆脱了机车上狭小空间等局限，缩短项目研发周期。因此TAX信息模拟装置在整个铁路内都具有广阔的推广应用前景。