鐵路叫班系統控制主機設計實驗研究

張利剛

摘 要：在新型鐵路叫班系統中，控制主機是核心，可以通過多種方式，實現對于整個系統的控制，控制主機的設計實現直接關系著系統的控制效果。本文針對鐵路叫班系統控制主機的設計，從整體規劃和軟硬件系統兩個方面進行了討論，可以實現對不同類型數據的準確高效分析，以及系統自行運作與人工干預的組合式管理，起到了良好的效果。

關鍵詞：鐵路叫班系統；控制主機；設計

中圖分類號： TP368 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）04-178-2

0 引言

在鐵路運營調度管理中，鐵路叫班是非常重要的一項內容，簡單來講，就是根據鐵路工作人員的工作計劃，進行相應的排班和叫班，以確保各項工作的按時進行。鐵路叫班系統的運行效果直接關系著鐵路調度及管理的水平，一旦系統出現問題，輕則導致列車晚點，鐵路運輸擁堵，重則引發鐵路安全事故。因此，做好鐵路叫班系統控制主機的設計，保證良好的控制效果意義重大。

1 鐵路叫班系統概述

作為鐵路調度的重要組成部分，鐵路叫班系統由來已久，其伴隨著鐵路運輸系統的產生而出現，與鐵路調度和鐵路管理的需求相呼應。在發展初期，鐵路叫班系統是由人工實現的，設置專門的管理人員，依照預先編制好的工作計劃表，在相應的節點叫醒列車員。這種方式明顯難以保證工作效率和準確性，容易受到人為因素的影響，如果叫班時間出現問題，則可能會引發比較嚴重的后果。在科學技術飛速發展的帶動下，我國的鐵路系統出現了很大的變化，在鐵路運輸中時常會出現一些特殊情況，要求鐵路叫班系統必須保證標準化、精確性和實時性，當面對復雜情況時，系統可以及時做出補充和應對。結合上述需求，集成了計算機技術、信息技術以及通信技術等的新型鐵路叫班系統的得以涌現，系統實現了對叫班系統和鐵路公寓管理系統的有效整合，以嵌入式計算機系統為基礎，結合數字化信息管理，可以有效滿足鐵路調度和管理的各種需求，而且自動化程度高，可以根據確定好的叫班計劃自動運行，無須人工干預，也減少了人為因素引發的各種問題。

2 鐵路叫班系統控制主機的設計實現

在針對鐵路叫班系統進行規劃設計時，必須立足相關鐵路叫班計劃，將加班系統與計劃緊密結合在一起，依照時間點，將計劃融入控制主機系統中，利用主機控制，實現對于叫班計劃的監控和管理，確保計劃的可靠落實。應該認識到，叫班系統必須緊跟叫班計劃，滿足計劃落實的各種需求。

2.1 控制方式

在當前的技術條件下，鐵路叫班系統的控制方式可以有幾種不同的選擇。一是PC控制，主要是針對存在大量數據輸入的系統控制，用戶可以通過PC機，針對鐵路叫班系統進行遠程控制和管理，如果需要輸入控制指令時，可以利用PC機控制系統，經連接線將指令輸入到控制主機，經主機翻譯為操作指令，調動后臺程序運作，PC控制是系統數據輸入的主要方式。二是主機控制，也稱KB控制，是一種最為快捷的系統操作方式，可以幫助管理人員實現對于系統的操作和監控，用戶能夠通過控制主機，實現對于系統運行的直接控制。在實際應用中，主機控制適用于叫班計劃的監控管理，也可以針對少量數據進行編輯。三是遠程電話控制，通常情況下并不會被當作主流控制手段，不過其在特殊情況應對方面具備顯著優勢，屬于新型鐵路叫班系統區別于傳統系統的一個特色功能。用戶通過電話實現對于系統的遠程控制，輸入控制命令，當系統遭遇特殊情況時，管理人員可以直接進行遠程操作，從而保障系統運行的穩定性和安全性。

2.2 主機功能

在鐵路叫班系統中，控制主機屬于一種典型的嵌入式結構，從實際需求分析，其至少需要具備幾個方面的功能：一是叫班功能，依照設定好的工作計劃表，當達到相應的時間節點時，系統會直接針對被呼叫房間進行語音呼叫，或者提醒管理人員進行人工叫班，必須保證時刻的準確性以及語音的清晰；二是公寓管理功能，確保公寓管理人員能夠利用叫班系統，對鐵路公寓的使用情況進行查詢；三是信息查詢功能，管理人員應該能夠從系統中查詢一些基本的業務信息，如日期、時刻等。同時，為了能夠更好地適應現代鐵路運輸的復雜要求，在控制主機的設計中，還應該加入一些新的功能，如語音通信功能、數字錄音功能、遠程控制功能等。

2.3 整體設計

作為鐵路調度系統中的一個子系統，鐵路叫班系統本身的運行環境比較特殊，功能需求也存在著一定的動態變化，因此對于系統控制主機的設計采用基于處理器的嵌入式手段。事實上，即使是傳統的模擬式鐵路叫班系統，同樣是采用嵌入式設計的方式，因為這種設計方式可以保證軟件硬件的自由裁剪和增減，能夠滿足系統可靠性、功能性、經濟性等方面的需求。鐵路叫班系統不僅要求較高的實時性和準確性，還要求對系統的成本、體積以及功耗等進行嚴格控制，在這種情況下，傳統的通用式計算機吸引并不能滿足實際需求，而且考慮到系統本身的專用性，需要做好軟硬件的設計，硬件設備必須進行量身定做，不能直接選擇現有設備，否則可能會影響系統的性能。

2.4 硬件設系統

在開展硬件系統設計的過程中，需要依照系統的功能劃分，明確具體任務，然后針對每一個任務做好細致的規劃，選擇相應的硬件設備，需要從設備的性能、型號、成本等方面可進行綜合分析。

作為鐵路叫班系統的核心，控制主機必須設置MCU核心部件，同時，考慮到在鐵路叫班系統中，設計到大量的數據分析和存儲，單純依靠MCU的存儲空間遠遠不夠，還需要設置外部存儲器。人際交互要求設置相應的數據接口以及各種外設，包括鍵盤、鼠標、顯示器等，而從語音交互以及數字錄音等功能分析，麥克風和揚聲器也不可或缺，對于語音的數字化處理還要求系統具備AD、DA轉換功能。另外，叫班系統要求時間準確，為了避免出現錯誤，還必須設置獨立的鐘表。

為了實現PC控制，必須保證PC及與控制主機之間的數據傳輸渠道通暢，因此，在硬件系統設計中，選擇RS232通信接口；為了實現遠程電話控制，同樣要求其與控制逐漸之間的可靠通信，不過與PC控制直接連接控制主機不同，遠程控制要求將控制主機與外部電話通信網絡連接在一起。控制主機本身的結構異常復雜，存在著大量的外部設置，而這些設備在與MCU連接時，接口方式也各不相同，例如，顯示器、鍵盤、外部存儲器可以通過GPIO實現與MCU的連接；RTC、FRAM以及交叉開關等與MCU的連接是通過SMBus接口，語音數據的數字化處理要求MCU必須能夠實現AD和DA轉換。在確定完單獨任務需要的硬件設備后，從系統的整體性考慮，還應該設置相應的輔助設備，進行電路的規劃以及器件的整合，整合時需要關注接口和時序問題。

2.5 軟件系統

從總體上看，鐵路叫班系統中的軟件采用的是前后臺設計，依照應用類型，可以將軟件系統分為驅動函數、操作函數、應用函數以及系統函數。操作系統的編程應該關注系統函數和應用函數，可以適當忽略設備工作的一些細節，從而減少編程的復雜性。鐵路叫班系統屬于一種比較典型的裸機系統，需要開發人員結合設備功能需求，進行驅動函數和操作函數的手工編寫。以驅動函數為例，在進行開發編寫的過程中，主要是結合具體任務，對寄存器的工作狀態進行優化配置，處理好系統調用驅動函數式的時序問題，依照先內后外的原則進行操作。系統在啟動時需要進行初始化，先MCU驅動后外部設備驅動，而MCU驅動同樣應該分清主次，將接口驅動放在時鐘驅動之后，從而避免出現信號紊亂的問題。

對于操作函數的設計，必須做好時序的把握，一般情況下，處理器的運行速度較高，在對數據讀寫函數和命令進行編寫的過程中，尤其需要關注時延問題，避免系統集成環節出現問題和缺陷。相比之下，應用函數針對的是某一個具體的功能，其通常都會涉及底層設備的操作，可以隱藏起設備操作的細節，從而為上層的調用提供接口。

應該注意，在單獨函數編寫完成后，還必須經過聯機測試和系統整合，根據實際需求做出相應的調整，避免對軟件架構的隨意更改，防止開發成本的增加以及開發周期的延長。

3 結語

與傳統鐵路叫班系統相比，新型系統的技術性更強，通過計算機技術、網絡技術、信息技術、通信技術等的集成應用，能夠實現系統的完全自動化運行，不需要進行人工操作，而且叫班時刻準確，不容易出現問題，保證了鐵路調度工作的順利開展，對于提升鐵路管理水平，推動鐵路運輸事業長遠穩定發展意義重大。

參 考 文 獻

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