铁路叫班系统控制主机设计实验研究

张利刚

摘 要：在新型铁路叫班系统中，控制主机是核心，可以通过多种方式，实现对于整个系统的控制，控制主机的设计实现直接关系着系统的控制效果。本文针对铁路叫班系统控制主机的设计，从整体规划和软硬件系统两个方面进行了讨论，可以实现对不同类型数据的准确高效分析，以及系统自行运作与人工干预的组合式管理，起到了良好的效果。

关键词：铁路叫班系统；控制主机；设计

中图分类号： TP368 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）04-178-2

0 引言

在铁路运营调度管理中，铁路叫班是非常重要的一项内容，简单来讲，就是根据铁路工作人员的工作计划，进行相应的排班和叫班，以确保各项工作的按时进行。铁路叫班系统的运行效果直接关系着铁路调度及管理的水平，一旦系统出现问题，轻则导致列车晚点，铁路运输拥堵，重则引发铁路安全事故。因此，做好铁路叫班系统控制主机的设计，保证良好的控制效果意义重大。

1 铁路叫班系统概述

作为铁路调度的重要组成部分，铁路叫班系统由来已久，其伴随着铁路运输系统的产生而出现，与铁路调度和铁路管理的需求相呼应。在发展初期，铁路叫班系统是由人工实现的，设置专门的管理人员，依照预先编制好的工作计划表，在相应的节点叫醒列车员。这种方式明显难以保证工作效率和准确性，容易受到人为因素的影响，如果叫班时间出现问题，则可能会引发比较严重的后果。在科学技术飞速发展的带动下，我国的铁路系统出现了很大的变化，在铁路运输中时常会出现一些特殊情况，要求铁路叫班系统必须保证标准化、精确性和实时性，当面对复杂情况时，系统可以及时做出补充和应对。结合上述需求，集成了计算机技术、信息技术以及通信技术等的新型铁路叫班系统的得以涌现，系统实现了对叫班系统和铁路公寓管理系统的有效整合，以嵌入式计算机系统为基础，结合数字化信息管理，可以有效满足铁路调度和管理的各种需求，而且自动化程度高，可以根据确定好的叫班计划自动运行，无须人工干预，也减少了人为因素引发的各种问题。

2 铁路叫班系统控制主机的设计实现

在针对铁路叫班系统进行规划设计时，必须立足相关铁路叫班计划，将加班系统与计划紧密结合在一起，依照时间点，将计划融入控制主机系统中，利用主机控制，实现对于叫班计划的监控和管理，确保计划的可靠落实。应该认识到，叫班系统必须紧跟叫班计划，满足计划落实的各种需求。

2.1 控制方式

在当前的技术条件下，铁路叫班系统的控制方式可以有几种不同的选择。一是PC控制，主要是针对存在大量数据输入的系统控制，用户可以通过PC机，针对铁路叫班系统进行远程控制和管理，如果需要输入控制指令时，可以利用PC机控制系统，经连接线将指令输入到控制主机，经主机翻译为操作指令，调动后台程序运作，PC控制是系统数据输入的主要方式。二是主机控制，也称KB控制，是一种最为快捷的系统操作方式，可以帮助管理人员实现对于系统的操作和监控，用户能够通过控制主机，实现对于系统运行的直接控制。在实际应用中，主机控制适用于叫班计划的监控管理，也可以針对少量数据进行编辑。三是远程电话控制，通常情况下并不会被当作主流控制手段，不过其在特殊情况应对方面具备显著优势，属于新型铁路叫班系统区别于传统系统的一个特色功能。用户通过电话实现对于系统的远程控制，输入控制命令，当系统遭遇特殊情况时，管理人员可以直接进行远程操作，从而保障系统运行的稳定性和安全性。

2.2 主机功能

在铁路叫班系统中，控制主机属于一种典型的嵌入式结构，从实际需求分析，其至少需要具备几个方面的功能：一是叫班功能，依照设定好的工作计划表，当达到相应的时间节点时，系统会直接针对被呼叫房间进行语音呼叫，或者提醒管理人员进行人工叫班，必须保证时刻的准确性以及语音的清晰；二是公寓管理功能，确保公寓管理人员能够利用叫班系统，对铁路公寓的使用情况进行查询；三是信息查询功能，管理人员应该能够从系统中查询一些基本的业务信息，如日期、时刻等。同时，为了能够更好地适应现代铁路运输的复杂要求，在控制主机的设计中，还应该加入一些新的功能，如语音通信功能、数字录音功能、远程控制功能等。

2.3 整体设计

作为铁路调度系统中的一个子系统，铁路叫班系统本身的运行环境比较特殊，功能需求也存在着一定的动态变化，因此对于系统控制主机的设计采用基于处理器的嵌入式手段。事实上，即使是传统的模拟式铁路叫班系统，同样是采用嵌入式设计的方式，因为这种设计方式可以保证软件硬件的自由裁剪和增减，能够满足系统可靠性、功能性、经济性等方面的需求。铁路叫班系统不仅要求较高的实时性和准确性，还要求对系统的成本、体积以及功耗等进行严格控制，在这种情况下，传统的通用式计算机吸引并不能满足实际需求，而且考虑到系统本身的专用性，需要做好软硬件的设计，硬件设备必须进行量身定做，不能直接选择现有设备，否则可能会影响系统的性能。

2.4 硬件设系统

在开展硬件系统设计的过程中，需要依照系统的功能划分，明确具体任务，然后针对每一个任务做好细致的规划，选择相应的硬件设备，需要从设备的性能、型号、成本等方面可进行综合分析。

作为铁路叫班系统的核心，控制主机必须设置MCU核心部件，同时，考虑到在铁路叫班系统中，设计到大量的数据分析和存储，单纯依靠MCU的存储空间远远不够，还需要设置外部存储器。人际交互要求设置相应的数据接口以及各种外设，包括键盘、鼠标、显示器等，而从语音交互以及数字录音等功能分析，麦克风和扬声器也不可或缺，对于语音的数字化处理还要求系统具备AD、DA转换功能。另外，叫班系统要求时间准确，为了避免出现错误，还必须设置独立的钟表。

为了实现PC控制，必须保证PC及与控制主机之间的数据传输渠道通畅，因此，在硬件系统设计中，选择RS232通信接口；为了实现远程电话控制，同样要求其与控制逐渐之间的可靠通信，不过与PC控制直接连接控制主机不同，远程控制要求将控制主机与外部电话通信网络连接在一起。控制主机本身的结构异常复杂，存在着大量的外部设置，而这些设备在与MCU连接时，接口方式也各不相同，例如，显示器、键盘、外部存储器可以通过GPIO实现与MCU的连接；RTC、FRAM以及交叉开关等与MCU的连接是通过SMBus接口，语音数据的数字化处理要求MCU必须能够实现AD和DA转换。在确定完单独任务需要的硬件设备后，从系统的整体性考虑，还应该设置相应的辅助设备，进行电路的规划以及器件的整合，整合时需要关注接口和时序问题。

2.5 软件系统

从总体上看，铁路叫班系统中的软件采用的是前后台设计，依照应用类型，可以将软件系统分为驱动函数、操作函数、应用函数以及系统函数。操作系统的编程应该关注系统函数和应用函数，可以适当忽略设备工作的一些细节，从而减少编程的复杂性。铁路叫班系统属于一种比较典型的裸机系统，需要开发人员结合设备功能需求，进行驱动函数和操作函数的手工编写。以驱动函数为例，在进行开发编写的过程中，主要是结合具体任务，对寄存器的工作状态进行优化配置，处理好系统调用驱动函数式的时序问题，依照先内后外的原则进行操作。系统在启动时需要进行初始化，先MCU驱动后外部设备驱动，而MCU驱动同样应该分清主次，将接口驱动放在时钟驱动之后，从而避免出现信号紊乱的问题。

对于操作函数的设计，必须做好时序的把握，一般情况下，处理器的运行速度较高，在对数据读写函数和命令进行编写的过程中，尤其需要关注时延问题，避免系统集成环节出现问题和缺陷。相比之下，应用函数针对的是某一个具体的功能，其通常都会涉及底层设备的操作，可以隐藏起设备操作的细节，从而为上层的调用提供接口。

应该注意，在单独函数编写完成后，还必须经过联机测试和系统整合，根据实际需求做出相应的调整，避免对软件架构的随意更改，防止开发成本的增加以及开发周期的延长。

3 结语

与传统铁路叫班系统相比，新型系统的技术性更强，通过计算机技术、网络技术、信息技术、通信技术等的集成应用，能够实现系统的完全自动化运行，不需要进行人工操作，而且叫班时刻准确，不容易出现问题，保证了铁路调度工作的顺利开展，对于提升铁路管理水平，推动铁路运输事业长远稳定发展意义重大。

参 考 文 献

[1] 黎勇.铁路叫板系统的设计与应用[D].北京邮电大学，2009.

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