通過(guò)分布式集成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

引言

隨著鐵路信息化數(shù)字化的發(fā)展，提出了機(jī)車(chē)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，要求對(duì)車(chē)載設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)。這對(duì)為技術(shù)人員提供及時(shí)準(zhǔn)確的機(jī)車(chē)信息，保證列車(chē)運(yùn)行的安全有著重要的意義。

本文介紹一種基于VC++的機(jī)車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，是由后臺(tái)控制監(jiān)控系統(tǒng)和前臺(tái)采集系統(tǒng)所組成的一個(gè)分布式集成網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)控制監(jiān)控系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)車(chē)進(jìn)行通訊，則后臺(tái)控制監(jiān)控系統(tǒng)顯示計(jì)算機(jī)顯示的就是機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)記錄儀采集到的各種機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)。

2 功能分析

2.1 上位機(jī)的軟件功能主要有以下幾點(diǎn)：

1）與下位機(jī)（機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)儀）進(jìn)行通信，完成對(duì)下位機(jī)的讀寫(xiě);

2）能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的識(shí)別，提取數(shù)據(jù)中的有用信息（如機(jī)車(chē)型號(hào)，機(jī)車(chē)編號(hào)，機(jī)車(chē)標(biāo)稱功率等）;

3）對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能夠以曲線或圖表形式顯示車(chē)輛運(yùn)行狀況;

4）為數(shù)據(jù)的查找與定位提供方便的手段，便于局部數(shù)據(jù)分析;

5）具有存檔、打印功能。

2.2 上位機(jī)主控程序功能劃分：

3 軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 通訊協(xié)議

所謂通訊協(xié)議就是通訊雙方為了達(dá)到正確傳送和接收數(shù)據(jù)而達(dá)成的一組通訊規(guī)定。它包括發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的格式、數(shù)據(jù)編寫(xiě)與解讀方法以及通訊參數(shù)的設(shè)定。在通訊協(xié)議中，通訊參數(shù)的設(shè)定是通訊的前提，包括串口的選取，波特率設(shè)定，有無(wú)奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位的位數(shù)，以及停止位的位數(shù)。下面介紹一下數(shù)據(jù)的格式和數(shù)據(jù)傳送。

數(shù)據(jù)格式: 定位數(shù)據(jù)從0開(kāi)始。第0-第3字節(jié)=0x57, 0x77, 0x44, 0x4C為當(dāng)量里程記錄儀轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件類(lèi)型標(biāo)識(shí)頭;累計(jì)數(shù)據(jù)共176字節(jié)，占數(shù)據(jù)文件中的第24字節(jié)到第199字節(jié);瞬時(shí)數(shù)據(jù)從第256字節(jié)開(kāi)始，一直到結(jié)束，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度=瞬時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀數(shù)×數(shù)據(jù)幀長(zhǎng);瞬時(shí)數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)包含幀校驗(yàn)碼。文件尾占3字節(jié)=0x45, 0x4e, 0x44。

數(shù)據(jù)傳送：累積數(shù)據(jù)每176個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)為一個(gè)數(shù)據(jù)塊;瞬時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度=瞬時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀數(shù)×數(shù)據(jù)幀長(zhǎng);瞬時(shí)數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)包含幀校驗(yàn)碼。

下位機(jī)每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，隨即就發(fā)該數(shù)據(jù)塊的校驗(yàn)和，如果檢驗(yàn)和有誤，就重發(fā)該數(shù)據(jù)塊;如果數(shù)據(jù)未讀完，重復(fù)本操作，直到數(shù)據(jù)讀完。 命令中的校驗(yàn)占一個(gè)字節(jié)，[校驗(yàn)]=（[命令]+[目標(biāo)代碼]+[數(shù)據(jù)].字節(jié)1+…+[數(shù)據(jù)].字節(jié)n）mod 0x100。執(zhí)行結(jié)果返回值中的校驗(yàn)也占一個(gè)字節(jié)，[校驗(yàn)]=（[執(zhí)行結(jié)果代碼]+[數(shù)據(jù)].字節(jié)1+…+[數(shù)據(jù)].字節(jié)n）mod 0x100。

3.2 通訊流程

監(jiān)控系統(tǒng)與下位機(jī)（機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)記錄儀）的通訊只需用到以下幾條命令：查詢下位機(jī)硬件工作狀態(tài)、查詢下位機(jī)數(shù)據(jù)紀(jì)錄狀態(tài)、讀累計(jì)數(shù)據(jù)、讀瞬時(shí)數(shù)據(jù)、寫(xiě)數(shù)據(jù)。在上位機(jī)發(fā)出命令之前，下位機(jī)處于等待狀態(tài);當(dāng)命令發(fā)出之后，下位機(jī)探測(cè)所發(fā)出的命令并判斷該命令是否對(duì)自己操作。如果是，則按命令要求返回所要求的數(shù)據(jù);如果不是，則不回應(yīng);下位機(jī)收到采集系統(tǒng)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)以后，對(duì)它進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行顯示和保存。

將上位機(jī)的各種命令獨(dú)立地建立一個(gè)類(lèi)MasterCommand，就用來(lái)處理上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送的命令。以下是對(duì)這個(gè)類(lèi)的定義。

//命令碼，命令碼長(zhǎng)度，命令顯示字串，獲取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度/最大長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)放置起始位置，數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)定義位置

MasterCommand（char ＊comCode, const int &comCodeLen, CString comDispStr, const int &getDataLen, const int &dataPos, const int &dataSignPos）

｛

init（comCode, comCodeLen, comDispStr, getDataLen, dataPos, dataSignPos）;

｝

3.2.1 查詢

A. 查詢下位機(jī)硬件工作狀態(tài)

用戶通過(guò)串口發(fā)送命令，如果命令正確執(zhí)行，則返回硬件的工作狀態(tài)，根據(jù)數(shù)據(jù)交換

命令集可以判斷硬件工作得是否正常。程序?qū)⒂布ぷ鳡顟B(tài)顯示在用戶界面上，讓用戶可以很方便地了解硬件的工作狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)硬件有工作不正常的狀態(tài)，就可以對(duì)硬件進(jìn)行相應(yīng)的處理。

B. 查詢下位機(jī)數(shù)據(jù)紀(jì)錄狀態(tài)

用戶通過(guò)串口發(fā)送命令，如果命令正確執(zhí)行，則返回下位機(jī)數(shù)

據(jù)記錄狀態(tài)，根據(jù)數(shù)據(jù)交換命令集可以判斷數(shù)據(jù)記錄是否正常。如果數(shù)據(jù)記錄不正常，用戶也可以在界面上看到是哪方面出了問(wèn)題，可以進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3.2.2 讀數(shù)據(jù)

A. 讀累計(jì)數(shù)據(jù)

用戶在上位機(jī)發(fā)送讀累計(jì)數(shù)據(jù)的命令，下位機(jī)收到命令后向上位機(jī)返回執(zhí)行結(jié)果。執(zhí)行結(jié)果返回值：[執(zhí)行結(jié)果代碼] [數(shù)據(jù)] [校驗(yàn)]。

其中： [執(zhí)行結(jié)果代碼] 和 [校驗(yàn)] 均占一個(gè)字節(jié)。當(dāng)命令校驗(yàn)失敗或執(zhí)行失敗時(shí)，下位機(jī)只返回 [執(zhí)行結(jié)果代碼] 和 [校驗(yàn)] 碼。累計(jì)數(shù)據(jù)一共占176個(gè)字節(jié)，在當(dāng)量?jī)x數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式中對(duì)每一個(gè)字節(jié)都有詳細(xì)的定義。在程序中按照格式將數(shù)據(jù)取出來(lái)，并在用戶界面顯示出來(lái)。在所有數(shù)據(jù)正確接收后用戶可以選擇保存數(shù)據(jù)，以供以后進(jìn)一步地查看，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

B. 讀瞬時(shí)數(shù)據(jù)

瞬時(shí)數(shù)據(jù)從第256字節(jié)開(kāi)始，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度=瞬時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀數(shù)×數(shù)據(jù)幀長(zhǎng);瞬時(shí)數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)包含幀校驗(yàn)碼。

3.2.3 寫(xiě)數(shù)據(jù)

主機(jī)下送數(shù)據(jù)到從機(jī)，寫(xiě)當(dāng)量記錄儀中的所有累計(jì)數(shù)據(jù)。執(zhí)行正確時(shí)返回上位機(jī)要求寫(xiě)入的數(shù)據(jù)（二進(jìn)制表示）。便于上位機(jī)校驗(yàn)。

4. 界面設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的界面共有四個(gè)，它們是主界面、累計(jì)數(shù)據(jù)顯示界面、選擇寫(xiě)入下位機(jī)數(shù)據(jù)界面。

⑴ 主界面

主界面是系統(tǒng)運(yùn)行的主要界面，它的作用向下位機(jī)是發(fā)送各種命令和對(duì)串口通訊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)各種命令才會(huì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和進(jìn)行監(jiān)控的功能。也只有在發(fā)送各種命令時(shí)才會(huì)調(diào)用和顯示其他功能界面（如累計(jì)數(shù)據(jù)顯示界面等），也就是說(shuō)主界面是其他功能界面的聯(lián)系紐帶。

在主界面的設(shè)計(jì)中采用了組合框、樹(shù)形視圖、列表框等控件，在界面下方的列表框中可以顯示運(yùn)行的程序、出錯(cuò)報(bào)告及系統(tǒng)的狀態(tài)等。

（2）累計(jì)數(shù)據(jù)顯示界面

此界面的作用是當(dāng)上位機(jī)完成了采集下位機(jī)的累計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，可以由用戶選擇是否顯示采集的累計(jì)數(shù)據(jù)。用戶檢查了機(jī)車(chē)的累計(jì)數(shù)據(jù)后，可以在界面對(duì)累計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更改，然后就將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以便將來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

（3） 選擇寫(xiě)入下位機(jī)數(shù)據(jù)界面

上位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)都可以保存，若下位機(jī)此時(shí)的數(shù)據(jù)有必要進(jìn)行更改，可以從以前采集到的數(shù)據(jù)中選擇一份寫(xiě)入下位機(jī)，也就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的控制功能。

5. 小結(jié)

本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行良好，數(shù)據(jù)的完整性、實(shí)時(shí)性和程序的可靠性高。它操作簡(jiǎn)便，具有很強(qiáng)的易用性。