重慶軌道AFC 驅動主板模擬測試平臺搭建

義 軍，馮光成

（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶，401120）

重慶軌道AFC 驅動主板模擬測試平臺搭建

義 軍，馮光成

（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶，401120）

AFC（Automatic Fare Collection）系統是實現軌道交通售票、檢票、收費、統計、清分、管理等全過程的自動化系統。半自動售票機（BOM）和自動售票機（TVM）在AFC系統中有著舉足輕重的地位，而票卡傳輸控制驅動主板是它們中最重要的主板之一，也是故障率最高的主板。本文針對半自動售票機（BOM）和自動售票機（TVM）票卡傳輸控制驅動主板容易損壞，維修點無設備測試修好的主板的現狀，綜合運用了串口抓包、協議分析、單片機模擬發包等技術成功實現了對其測試平臺的模擬。實踐證明，模擬測試平臺效果顯著，非常具有借鑒意義。

Automatic Fare Collection; 驅動主板; 協議分析; 模擬測試平臺

0 引言

AFC系統是城市軌道交通的關鍵組成部分，根據功能從上到下分為5層，其中半自動售票機（BOM）、自動售票機（TVM）和自動檢票閘機(AGM) 是乘客和工作人員使用最頻繁的設備?，F有的半自動售票機（BOM）和自動售票機（TVM）中票卡傳輸控制驅動主板為108板（以板子上的標號命名）的占了很高的比例，在使用的過程中此控制板的損壞率非常高，平均每個月的報修數量都有數十塊之多，沒有它設備就無法使用。目前，各運營部門時常遇到領取到的已修復板子仍舊無法使用的情況，而維修中心也因無相應AFC設備無法對已修復板子進行很好地檢測，專門為檢測購置新設備價格昂貴且不具有通用性。因此，本文以重慶AFC系統售票終端中的108板為研究對象，討論在沒有BOM和TVM實體設備的情況下，通過模擬測試平臺來對其進行修復檢測。

1 協議分析

1.1 系統分析

通過前期分析可知，BOM和TVM的票卡控制驅動板主要負責的是控制出票、票箱升降等功能，而其實質是對馬達的控制，在BOM終端程序中維護平臺里的硬件測試里有其對應的功能測試。

目前，對票卡控制驅動板的測試主要涉及“測試”和“基本操作”這兩個模塊。因此，為了在沒有終端環境的情況下測試驅動板的好壞，只需對BOM終端程序中相應的操作進行模擬即可。根據平時在終端程序上測試的實際情況，對票卡控制驅動板的測試需要測試“基本操作”模塊中的“初始化”、“1#票箱上升”、“1#票箱下降”以及“測試”模塊中關于馬達的測試即可。

通過查看配置文件可知，馬達測試使用的是COM 1，為了獲取到馬達測試相關的串口數據，我們使用Virtual Serial Port Driver來模擬1對串口的連接，需要注意選擇沒有被占用的串口進行模擬，準備好后就可以通過串口調試助手監聽COM 2來獲取相關的串口協議了。

1.2 協議分析

在COM 2上監聽多次（5次以上）“初始化”串口所收到的數據，每次截取到的數據形如“02 10 03 30 2F 00 62 03 02 10 03 30 07 00 3A 03 02 10 03 30 07 00 3A 03”。通過分析各次獲取到的串口數據可知，串口數據中一些位置上的數據每次都不一樣，而某些位置的數據每次都相同，如前4位、第8位、第9位、最后一位等。由此猜測那些變化數據的值與主板的控制無關，經過反復試驗印證了我們的猜測。在確定了固定格式的控制數據后考慮對其進行精簡，在精簡的過程中采用的是嘗試刪除待精簡數據，通過串口調試助手將精簡后的數據發送給主控板，通過觀察

其是否正常執行相應動作來確定該數據是否可精簡。實驗證明，對驅動板的初始化只需發送“02 10 03 30 2F 00 62 03”即可完成，其中倒數第2位和第4位是變化的，它的值不會影響對主控板的控制，隨便填充一個數據即可。同樣的方法分析“測試主馬達”、“#1刮票馬達測試”等命令的串口數據后得到相關的控制命令如表1所示。

表1 控制命令串口數據

在實際測試中還發現，在執行所有命令前都須先執行一次“初始化”操作，否則驅動板將不工作。另外，為了讓驅動板執行票箱的升降操作只靠發送控制命令是不行的，驅動板在接收到控制命令后會先檢測傳感器的狀態，以此來確定當前票箱的位置，只有在檢測到相應的到位傳感器為特定狀態時電機才會轉動。因此，為了讓模擬平臺能正?？刂乞寗影鍒绦衅毕涞纳祫幼?，除控制命令外還需要創造相應的執行環境。

2 模擬測試平臺搭建

2.1 硬件設計

通過對串口協議的分析已得到了檢測驅動板所需的控制命令，也得到了測試票箱升降的傳感器狀態。電源供電部分采用從待測板上取電方式，減少了外部供電的干擾和硬件成本。本文以PIC18F452作為主控芯片來控制模擬平臺串口指令的發送，用按鍵開關來模擬各種控制命令的觸發，用撥碼開關來模擬各種傳感器的狀態，用步進電機來模擬真實設備中的刮票電機和票箱控制電機，用直流電機來模擬真實設備中的主電機。當按鍵被按下時特定的控制命令通過串口發送到驅動板上，通過觀察驅動板能否按預期控制電機的轉動來達到檢測驅動板的目的。硬件設計如圖1所示。

2.2 軟件設計

軟件程序在上電時，先對MCU內部端口方向、串口、定時器、系統時鐘等各寄存器資源進行系統初始化配置，然后進過一段時間的延時，等待待測電路板上電系統初始化穩定，在循環檢測用戶按鍵狀態，檢測到某一個功能按鈕被按下，立即發送相應按鈕的控制指令。在發送相應功能指令時，必須先進行初始化命令來保持待測板子保持工作狀態，防止由于其他意外原因造成系統處于非工作狀態。發送初始化命令后需進行適當延時以等待待測板子初始化的完成。在測試票箱升降過程中需注意對相應端口狀態進行檢測以滿足驅動板正常動作的條件。軟件業務邏輯如圖2所示。

2.3 平臺應用

模擬測試平臺選用萬能板搭建測試主控板，采用自制驅動板限位卡槽，搭建的測試平臺具有成本低廉、使用簡單、準確率高等特點。測試人員只需將待測試驅動板放入測試平臺指定位置，傳感器接口插入預先設置好的撥碼開關模擬傳感器接口板，用串口線將測試主控板與待測驅動板相連接，并把各電機接入到待測驅動板中，最后將待測驅動板電源輸入接口接入24V直流電源，就可以通過按下測試主控板上的按鈕來模擬真實設備對驅動板發出指令。目前，搭建的模擬測試平臺已投入使用1年多了，通過它測試的驅動板已有上千塊，至今未發現任何問題，極大地節省了驅動板的維修周期和相關人力資源，也為其他設備的測試工作提供了很好的參考。

圖2 軟件業務邏輯

在實踐中發現，模擬測試平臺除了可以測試108板外還可以測試116板，只需寫入不同的控制程序即可。116板由于電磁鐵的狀態無法直觀觀察到，所以在測試時使用模擬平臺上的指示燈來表示電磁鐵的狀態。

圖3 116板測試情況

3 結束語

隨著我國城市軌道交通的迅速發展，AFC系統也在逐步走向標準化、國產化和智能化的道路，這也為我們的測試檢測工作提出了更高要求，要求我們不僅要會熟練運用各種測試工具，還要能根據實際情況造測試工具。本次我們綜合運用協議分析、硬件模擬等技術成功地實現了票卡控制驅動主板的模擬。雖然這次我們成功地實現了票卡控制驅動主板測試環境的模擬，在整個過程中也積累一些經驗和教訓，但仍有不少地方需要完善和加強，在今后的工作中需針對這些問題加以改進。同時，我們可以將本次的成功經驗運用到AFC系統其他模塊乃至其他系統的檢測中，為我們的軌道運營提供最堅實的保障。

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[3]齊巖磊,陳娟,祁欣.基于單片機和組態王的溫度監控系統的設計[J].電子測量技術，2011:54-57+74.

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Design Chongqing Rail Traffic AFC Drive Motherboard Simulation Test Platform

Yi Jun，Feng Guangcheng
(Chongqing rail transit (Group) Co., Ltd.,Chongqing,401120)

AFC (Automatic Fare Collection) system is an automated system for realizing the whole process of rail transit ticket, ticket checking, charging, statistics, clearing，management etc. Booking Office Machine (BOM) and Ticket Vending Machine (TVM) in the AFC system take on a important position, and transmission control drive motherboard of ticket card is one of the most important, and also is the highest failure device of them. This article for the Booking Office Machine (BOM) and Ticket Vending Machine (TVM) transmission control drive motherboard of ticket card is easy to damage, and is hard to repair without special repair equipment The synthesis use of packet capture using serial port, protocol analysis, MCU simulation sending data package technology, we achieved successfully a simulation platform The simulation test platform is effective solution for repairing transmission control drive motherboard, and very useful reference for other industry

Automatic Fare Collection; Driver Motherboard; Protocol Analysis; Simulation Test Platform