青岛地铁11号线车辆段内股道信息系统开发

左元堃

（青岛地铁集团运营分公司 车辆检修工 山东 青岛 266207）

车辆段股道图是确认列车停放位置以及股道状态的重要工具，检修调度使用股道图记录列车的停放位置、作业内容、列车状态等。作业人员则根据图上列车的位置、状态判断能否进行作业，或以此为依据开展作业前的各项准备工作。

初期青岛地铁11号线使用EXCEL表格公示股道信息，但存在显示效果不佳、变更信息繁琐、功能单一等问题。本文开发的车辆段内股道信息显示系统，重点对显示效果、操作模式等进行优化，旨在提升检修调度办公自动化、高效化、智能化水平。

1 系统架构

该信息显示系统由主机、显示器、执行软件、专用控制器、鼠标、键盘等组成，其中执行软件和专用控制器为现在所研究软件和设备，其余均使用检修调度现有设备。该系统共有两种接口，一是通过键盘鼠标进行操作，二是使用专用控制器进行操作，本信息显示系统架构如图1所示。

图1 段内股道信息显示系统架构图

2 软件系统

2.1 开发语言 考虑到系统的开发周期不宜过长，界面的设计应尽可能简便，结合以上特点，系统界面选用易语言。易语言作为一款国产编程语言，在界面设计的灵活性上有着明显优势，一定程度上减少了工作量。

系统控制器以STM32F103C8T6单片机为核心，单片机程序使用Keil μVision5集成开发环境，C++语言进行编写。

2.2 界面布局 主界面共有正线列车表、日期时间、股道信息表等三个区域。其中，界面左上角为正线列车表，共有21个表项，用于显示正线运行列车车号。界面右上角为日期时间。界面中间部分为段内股道图，每条股道占用一行，显示股道号、车辆号、车辆状态、修程、铁鞋放置情况、库门状态等信息。主界面如图2所示。

图2 股道信息显示系统主界面

2.3 数据储存 系统信息以MDB(Microsoft Database)本地数据库的形式储存，对系统数据的修改最终都会体现在数据库的读写上，系统启动时读入数据库信息进行预载，用户更改界面内容后，会将新数据写入数据库，然后重新载入数据，刷新显示。本系统采用了一种闭环的以数据库为核心的显示方式，用户的操作首先不体现在界面的变化上，而是操作数据库，数据库操作完成后，将数据库的信息载入到界面。数据库操作流程如下图3所示。

图3 数据库操作流程图

3 系统控制器

3.1 硬件架构 控制器部件主要由STM32F103C8T6单片机、nRF24L01无线模块、3.5英寸触摸屏、外壳组成。nRF24L01作为无线通信部件，使用SPI(Serial Peripheral Interface)协议与单片机连接，3.5英寸电阻式触摸屏使用串口与单片机通讯。

控制器外壳使用PLA(聚乳酸)材料3 D打印制成，分为上下两个部分，通过M 3.5自攻螺丝钉固定，上部外壳有触摸屏安装位，通过四个M 2.6自攻螺丝钉固定，下部外壳用于安装单片机与无线模块，设计有1.5 mm凹槽固定PCB板，其余空间预留用于升级改造。控制器整体尺寸为121 mm×67 mm×39 mm，重量约130.9 g。控制器组成如图4所示。

图4 控制器组成

3.2 无线通信 本系统采用nRF24L01无线通信芯片进行无线数据传输，nRF24L01工作在ISM-2.4GHz公共频段，有125个可选工作频道，通过SPI接口实现与单片机通讯[1]。主机端采用USB转nRF24L01模块与单片机进行无线通信。

nRF24L01芯片单次有效传输1-31字节，其中0字节由系统保留，用于每次传输的数据包长度统计。此外nRF24L01无全双工模式，同一时刻下，仅允许数据从发射方到接收方，模块间的双向通讯需要不断切换模块的收发模式。

为确认通信可靠，进行数据传输实验。控制器与主机相距3米，控制器向主机每1 s发送1个长度为7字节的数据包，共发送1 000次，在主机端统计数据包的接收时间(接收时间由timeGetTime函数获得的系统时间表示)，若一个数据包到达之前，上一个数据包没有到达，则将上一个数据到达时间写0。若数据到达时间为0，即丢包，势必在折线图上会有明显归零的表现。

3.3 控制器通信 控制器触摸屏使用串行接口与单片机进行收据收发，当用户在触摸屏上点击按钮或者编辑文本框时候，串口触摸屏会发送一组结尾为 0xFF，0xFF，0xFF 数据给单片机，单片机通过USART1中断接收8bit数据包[2]，若数据包以0xFF，0xFF，0xFF结尾则判断为有效数据，随即操作SPI将数据包借由nRF24L01无线通信芯片发送给主机上的USB转nRF24L01模块。

主机与nRF24L01模块通信采用USB转串口方式，转换芯片使用CH340T，串口波特率为9 600 bps。

本系统下也可以实现主机到控制器的数据传输，在控制器主界面点击正线，进入正线页面，控制器此时会发送一个查询命令给主机，主机收到查询命令后，会直接发送串口屏的控制指令操作串口屏，将串口屏上已上线列车的底色修改为绿色。

3.4 控制器供电 控制器使用Micro-USB接口供电，供电电压5 V，使用UM 24 C测量控制器功耗，测得使用和待机电流均为0.167+0.002-0.002A，远小于电脑USB接口500 mA的最大电流，则此控制器可以连接到电脑USB接口正常使用。

4 交互方式

4.1 键鼠模式 本信息显示系统界面有鼠标键盘和控制器两种操作方式。使用鼠标在正线列车表与股道信息图上单击即可弹出“命令”对话框，对话框显示执行命令名称以及当前参数，可通过键盘上的数字键修改参数，回车键确认并执行当前命令，过程中无需再次操作鼠标。

4.2 控制器模式 控制器接通电源后，默认显示的页面为主界面，如下图5所示，在此页面可对股道进行选择，点击股道号即可进入股道信息修改界面，如下图6所示。

图5 控制器上电后默认显示页面

图6 股道信息修改页面

在此页面上可对停放的列车号、列车状态、修程、铁鞋放置情况进行修改，修改的数据在大屏幕上同步显示并且写入数据库。

在界面上点击正线，切换至正线页面，控制器发出检索命令，系统主机查询正线列车表后通过命令更改控制器上的正线列车表，实现控制器与系统大屏幕的同步显示。

5 结束语

本车辆段内股道信息显示系统对显示方式与控制方式进行改良后有以下改进：

1）较传统EXCEL显示方式更加清晰，可根据需要调整主界面布局。

2）操作方式更加多样化，鼠标键盘和专用控制器两种人机接口互为冗余。

3）专用控制器的使用使得检修调度的空间得以高效利用，减少桌面物品布置。

4）专用控制器提高了人机配合效率，同时程序语言的使用可以实现信息的批量化处理。

系统软硬件均有预留接口，后期可根据需要拓展功能。

5）系统制造成本极低，相对于委外软件开发节省了资金开支。