动车组多协议一体化LED屏幕故障综合检测平台研究

刘宜祥 中国铁路上海局集团有限公司上海铁路机车车辆发展有限公司

1 研究现状

随着铁路客运的发展，高铁动车逐渐进入批量运营阶段，对检修维护技术和成本的要求也日益提高，上海局集团公司从自身建设出发，考虑到大批的动车组接近厂商的维保期，有必要宏观降低维护成本。

目前现有CRH1、CRH2、CRH3等车型，每种车型厂商不同，主控台控制系统软硬件环节不同，车厢控制器的控制网络通信协议（物理接口、电气特性）也各不相同，对于LED显示屏的检修与统一测试带来极大的不便，迫切需要开发一套基于多协议一体化的LED屏幕检修测试平台。

2 研究方案

2.1 设计原理与技术难点

本检测平台的设计原理，采用模块化的设计思维，可以分为:电源测试系统、检测通信接口、测试屏幕故障点、检测显示模式、数据分析重组等。涉及到总线通讯原理、控制原理、软件编码、协议转换等方面技术。

技术难点主要是破译通讯协议。动车组多协议一体化LED屏幕综合测试检修系统采用Windows WDK开发技术进行数据的实时采集和归纳分析。它可模拟与列车总线设备的通讯，并提供大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储，同时开发自动化测试采集、分析与数据显示功能，将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中。具有监测数据精确度高，监测数据多样，信息数据存储量大，系统维护简便的特点。

2.2 研究方法与手段

总体的研究方法是通过车控总线的在线数据采集和离线分析、软件开发与离线仿真测试、软件与辅助环境的通讯测试开发，最后汇总实现一体化平台的整合。

针对不同CRH型动车组的屏幕接口特征，通过现场测试和确认其硬件接口的电气特性、接口的通讯类型(单工/双工/其他)、硬件接口的供电、硬件地址辨别、接口插座的外形（CRH1、2、3型动车组屏幕硬件接口定义如图1、图2、图3所示）等。

图1 CRH1型动车组屏幕硬件接口定义

图2 CRH2型动车组屏幕硬件接口定义

图3 CRH3型动车组屏幕硬件接口定义

对CRH1/2/3型动车组的屏幕进行现场数据截取，在列车有电的状态下，通过控制室内操作屏幕显示台对车厢内屏幕发送中文/英文字符串，此时使用软件工具经RS485/422接口进行数据截取。

在已截取大数据的情况下，对已有数据进行整理分析，按照规律的可行性，分析其协议包的格式(帧头/帧尾/内容/校验等)以及内容部分包含的特征(是否有地址或其他问询)，以及在发送内容包的前后是否有发送相应请求的帧消息和确认等，反复推敲其可行性后再次整理成软件开发需要的文档。

通过借用屏幕，我们将现场截取、整理、提取的消息（如图4、5、6所示），通过软件工具模拟车辆控制台对其车控总线上的屏幕进行消息推送测试。以此方法来验证我们截取和整理的消息的可靠性和可行性，同时确认消息前后所需要的问询方法和手段，确认校验验证的正确性；再次验证发送我们想要的任何信息。

图4 CRH1帧结构

图5 CRH2帧结构

图6 CRH3帧结构

通过编写软件代码实现通讯接口部分代码，我们将模拟仿真整理出的消息使用软件实现(类似车辆控制台)消息发送，灵活实现任何消息的发送和在屏幕端的显示（如图7所示）。

图7 软件离线仿真测试分析结果

3 技术创新

动车组多协议一体化LED屏幕故障综合测试检修平台，基于RS232/485的链路通讯手段，分别与CRH1/CRH2/CRH3系列进行通讯，实现数据的交互，从而达到对显示屏信息的发送和检测，同时对测试的结果报告实现文档归类保存。

多协议转换控制器是针对各车型不同的LED屏幕物理接口，接线方式，串口通信的实现方式，识别电压差分与电流环模式，调整不同的通信规程参数，统一转换为可以与主机232串口进行数据通讯的方式。

多功能通信控制软件是集调试、测试、监视、过滤一体的通信控制软件(利用Windows WDK设备驱动编程技术)，具有监视、过滤、调试、测试的功能。设置丰富的调试功能，非常专业的测试功能，监视功能可以监视别的应用程序对串口的任何访问，过滤可以不占用串口资源而对数据流进行更改。系统模拟动车信息控制终端实现对显示屏的信息维护和发送，同时对通信协议的解释和协议包解析重组。

环境温度、湿度检测模块，利用ModbusRTU协议与软件平台通讯，提取现场环境的温度和湿度，硬件采用智能型接口的一体式传感器直接通讯，模拟显示在控制台软件界面上。工作电压电流检测模块，利用Modbus-RTU协议与软件平台通讯，提取现场环境工作电流、电压、功率，模拟显示在控制台软件界面上。在操作台操作面的显示器上模拟电子屏显示器各种功能和型号输出，以便观察检测显示器的动态，采用数据库管理系统，生成检测报告，并具有查询打印功能。同时控制台显示的电子显示屏的工作电压及电流、显示功率，通电试验环境由温湿度传感器显示。

4 结束语

动车组多协议一体化LED屏幕综合测试平台系统的推广使用，有利于提高LED的检修效率、大大降低了维护成本。采用软硬件相结合的技术实现自动化、本地、简单、方便的检测，具备较高的智能化过程，提高检测速度、降低错、漏检率，提高了工作效率，满足铁路降低维护成本的需要。对于各个动车所的运维检修过程，有着明显的帮助，方便LED故障定位和硬件维修。