新型旅客引导系统设计

第２２卷第３期　甘肃科技　Ｖ　Ｚ．２２　Ｎｏ．３　２００６年３月　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｍａｒ．　２００６　新型旅客引导系统设计　王卓，张有鹏　（兰州交通大学信息与电气工程学院．甘肃兰州７３００７０）　摘　要：本课题分析了旧的旅客引导系统存在的缺陷，对新系统的开发遵循完整性、实用性和开放　性的原则，采用ＣＡＮ总线技术，设计出了一个符合实际需要的系统模型。　关键词：旅客引导系统；通信协议；现场总线；ＣＡＮ总线　中图分类号：Ｕ２９３．２５　求。所以研制一套可靠性高、可维护性好的旅客引　导系统对铁路运输具有重要的意义。　１　旅客引导系统简介　旅客引导系统是集计算机网络技术、通信技术、　３　引导系统通信协议的选择　计算机控制技术、多媒体显示技术等多种高新技术　目前的引导系统基本上都是基于ＲＳ一４８５网　为一体的计算机网络系统。它能使广大旅客做出正　络构建的，由于其不能满足现在实时测控网络系统　确的判断，快速、便捷的完成旅行。对减轻客运人员　的要求，因此需要选择新的通信技术。目前在测控　的劳动强度，有效疏导旅客，切实提高客运服务质　网络中，设备控制层常用的通信协议有工业以太网　量，有着重要的意义。根据《中华人民共和国铁道行　和现场总线。　业标准》中的《铁路车站旅客引导显示系统的设置标　工业以太网采用的是由ＩＥＥＥ８０２．３所定义的　准》，旅客引导显示系统由动态显示系统和固定显示　数据传输协议，是一个开放的标准，与现场总线相　组成。动态显示系统：显示各种实时信息，如列车到　比，具有向下兼容性、全双工传输、带宽１０ＭＢ到　发，检票状态等。固定显示：显示各种固定信息，如”　１０００ＭＢ，适用于工业环境下的网络系统。由于工　候车室”、　售票处”等，一般由图形和文字组成。　业以太网的设备工作现场和办公现场存在较大的差　别，所以工业以太网设备要求电源冗余、抗振和抗冲　２　旅客引导系统现状　击，工作温度范围较宽，并且ＭＴＢＦ（平均无故障时　随着计算机技术、控制技术、多媒体显示技术的　间）值要求远远大于普通以太网的设备。现场总线　发展，旅客引导系统正逐渐成熟、完善。但是现有的　是应用于过程控制现场的一种数字网络，它不仅包　系统也存在较大的不足，这集中体现在上，下微机通　含有过程控制信息交换，而且还包含设备管理信息　信方面。目前，许多旅客引导系统都是基于ＲＳ～　的交流。通过现场总线，各种智能设备（智能变送　４８５网络构建的，这种基于ＲＳ一４８５网络的系统由　器、调节法、分析仪和Ｉ／Ｏ分布式单元）可以方便的　于具有结构简单、抗干扰能力强、传输距离远、成本　进行数据交换，过程控制策略可以安全的在现场各　低等优点而被广泛应用于各种工业现场。在构建旅　层上实现。应用现场总线技术可以将各种分布控制　客引导系统这种复杂工业现场的实施测控网络系统　现场的相关智能设备和Ｉ／Ｏ单元方便的连接在一　时，我们遇到的主要问题是必须保证系统具有良好　起，构成控制系统，这种结构已经成为ＤＣＳ（分布式　的可靠性、抗干扰性、实时性和足够的通信距离。由　控制系统）发展的趋势。　于ＲＳ一４８５网络自身的缺陷：系统故障隔离能力　下面从通信带宽、传输短报文时带宽利用率等　差，网络系统的总体可靠性低和系统上微机的调度　四个方面对工业以太网和现场总线进行比较。　及通信软件的编制较复杂，使得它面对以上问题时　３．１　通信带宽　不能给出一个很好的解决方案。目前，随着铁路改　以太网的通信率较高，其标准带宽为ｌＯＭｂｐｓ，　革的深入，客观上对旅客引导系统提出了更高的要　后来又出现了快速以太网（１Ｏ０Ｍｂｐｓ）。而一般的现　维普资讯 http://www.cqvip.com

５２　甘肃科技　第２２卷　场总线的带宽都没有超过１２Ｍｂｐｓ。表１中列出了　几种现场总线的最大带宽。　衰１几种现场总线的最大带宽（单位ｂｐｓ）　选择在旅客引导系统中采用的总线。　（１）Ｐｒｏｆｉｂｕｓ。Ｐｒｏｆｉｂｕｓ采用了ＯＳＩ模型的物　理层、数据链路层。Ｐｒｏｆｉｂｕｓ的优点是能够高速处　理大量的数据．对于每个字节来说，每个报文最多包　含２４４字节的数据。其缺点是传输的数据少时，额　外开销大，因为每个报文均有１２个字节的额外开　销。　Ｉ现场总线Ｉ　Ｐｒｏｆｉｂｕｓ　ｌ　ＦＦ　ｌＬｏｎＷｏｒｋｓＩ　ＣＡＮ　Ｉ　Ｉ最大带宽Ｉ　１２Ｍ　ｌ　２．５Ｍ　ｌ　１．５Ｍ　Ｉ　１Ｍ　ｌ　从带宽的角度看，工业以太网较现场总线有一定优　势。但是，在一般的工业控制现场，对通信速率的要求并　不是很高，现场总线的通信速率可以满足要求。　３．２　传输短报文时带宽利用率　在实际的工业现场，一般站点之间的通信以交　换短报文（由几个字节组成）为主。以太网的ＭＡＣ　（媒体访问）子层中，采用ＣＳＭＡ／ＣＤ（带冲突检测的　载波侦听多路访问）协议。当一个站点发送短帧时，　有可能第一个位尚未到达电缆的最远端就已经完成　发送，于是造成有冲突发生却检测不到的现象，导致　通信无法正常进行。为了避免产生这种现象，必须　对最短帧长度进行。ＩＥＥＥ８０２．３协议中规定，　对于最大长度为２５００ｍ拥有４个中继器的１０Ｍｂｐｓ　网络，其最短帧长度为７２字节。随着网络速度的提　高，其最小帧长度必须增大，或者减小最大电缆长　度。。采用现在总线技术，可以使帧长减小。以　ＣＡＮ２．０为例，其最短数据帧仅有４４位，最长数据　帧的长度为１０８位。　从以上比较可以看出，采用以太网来传输短报　文，造成了很大的带宽浪费，使其用于传输有用信息　的速率大打折扣。　３．３　实时性　旅客引导系统要求数据必须在确定的时间内到　达目的站点。对于信道的访问，以太网采用ＣＳ—　ＭＡ／ＣＤ协议，这种协议不能确保报文何时到达目　的站点。现场总线技术的传输是确定性的，可以预　知报文何时到达目的站点　３．４　对工业现场的适应性　以太网的连接器脆弱。与大多数现场总线相　比，以太网更容易受电磁干扰以及射频干扰。　３．５结论　从上述比较可以看出，现场总线技术有诸多优　点，因此，在新型的旅客引导系统中，采用现场总线　作为现场设备控制层的通信线路。　４现场总线技术的选择　’　由于目前缺乏统一的国际标准，在未来一段时　期内，将会出现几种现场总线标准共存的局面。下　面对几种有影响的现场总线技术进行比较，并从中　（２）ＦＦ。ＦＦ可以通过传输数据的总线为现场　设备提供工作电源。ＦＦ定义了ＯＳｌ模型中的物理　层、数据链路层、应用层、用户层。ＦＦ的优点是配置　灵活，协议的功能齐全。其缺点是实现复杂，兼容设　备有限，另外其标准化的进程以及被工业应用接受　的进程比较缓慢。　（３）ＬｏｎＷｏｒｋｓ。ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术采用了开放式　通信协议Ｌｏｎ　Ｔａｌｋ。Ｌｏｎ　Ｔａｌｋ协议最大的特点是　支持ＯＳ１的七层协议，是直接面向对象的网络协　议。由于ＬｏｎＷｏｒｋｓ的成本较高，使它的应用受到　了　（４）ＣＡＮ。２０世纪８Ｏ年代初，德国Ｂｏｓｃｈ公司　为了解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的　数据交换问题，开发了一种串行数据通信协议　ＣＡＮ。ＣＡＮ是一种可以有效支持分布式控制系统　或实时控制系统的串型通信网络，由于其性能较好，　已经从汽车行业推广到其它工业控制领域，成为一　种事实上的工业标准。　ＣＡＮ定义了ＯＳＩ模型中的物理层和数据链路　层，对应用层没有定义。其中，物理层采同双绞线，　符合ＩＳＯ　ＤＩＳ　１１８９８标准。ＣＡＮ的最大特点是其　可靠性高。根据统计分析，在一个世纪内ＣＡＮ报　文发生错误的次数少于１。　４．５结论　．　在成本上，ＬｏｎＷｏｒｋｓ与Ｐｒｏｆｉｂｕｓ比较高。而　ＦＦ实现比较复杂，并且兼容设备有限。因此，综合　旅客引导系统的实际需求，ＣＡＮ是一种比较适中的　现场总线。　５　ＣＡＮ总线　ＣＡＮ总线具有以下特性：　（１）多主站依据优先权进行总线访问；　（２）基于优先权无破坏性的总线仲裁；　（３）借助接收滤波的多点传送；　（４）配置灵活：当ＣＡＮ网络中添加节点时，不　必对网络中任何节点的软件或硬件进行修改；　（５）全系统的数据相容性：当某个报文在网络中　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　王卓等：新型旅客弓Ｉ导系统设计　５３　传输时，ＣＡＮ网络可以确保要么网络中所有节点同　个系统。系统运行过程中，上位机把数据发送给指　时收到该报文，要么所有节点均没有收到；　定的显示屏。ＰＣ／ＣＡＮ是ＣＡＮ总线通讯适配卡，一一一一一一一　　（６）提供有错误检测和出错信令：当某个节点检　它使ＰＣ机方便的连接到ＣＡＮ总线上。　测报文有错误后，对其进行标识，这个报文将被丢失　８２Ｃ２５０是ＣＡＮ收发器，它是ＣＡＮ控制器和　并且会自动重发；　物理总线之间的接口，可提供对总线的差动发送和　（７）若某帧在发送期间仲裁失败，或由于出错而　接收功能。　一一～一～一一　遭到破坏，可以在总线空闲时自动重发；　ｓＪＡ１０００是ＣＡＮ通讯控制器，它具有完成　（８）对发生暂时错误和永久性故障的节点进行　ＣＡＮ通信协议所要求的全部特性。经过简单总线　判断，并使故障节点自动脱离。　连接的ＳＪＡ１０００可完成ＣＡＮ总线的物理层和数据　链路层的所有功能。　６旅客引导系统的设计　ＡＴ８９Ｃ５１单片机是ＬＥＤ显示屏的核心，它接　本系统有上位机、通信接Ｅｌ和下位机及显示屏　受上位机所送的数据，并按时序要求向逻辑控制电　组成　具体结构如下图所示：　路发出控制信号和所要显示的信息数据。一一一一一一一　　驱动电路为显示屏显示提供足够的驱动电流。　三　上位机　ｒ　７　结束语　ｐＣ，ＣＡＮ　本设计采用ＣＡＮ总线这种新型的现场总线技　术替代目前广泛使用的ＲＳ一４８５作为整个系统通　信的方式。成功的解决了因为ＲＳ一４８５可靠性差　而导致整个引导系统可靠性不高的问题。　参考文献：　［１］李洪儒冯证声．面向对象仿真的基本概念框架研究．　计算机仿真．２０００（５）．　围２智能网络化旅客引导系统的结构示意田　［２］彭志平．从面向对象模型到关系模型．计算机工程与应　用．２０００（８）　上位机是旅客引导系统的核心，它负责管理整　（上接第１０８页）　息利用水平，极大地提高医疗服务质量，在医院的管　除一些明显不相关的属性，使用一些算法定量地评　理和决策中会起到越来越重要的作用。　价一些模糊的属性。决策树的生成需要经过多次反　参考文献：　复的建树与剪枝，要根据结论反复地修正训练集数　［１］Ｊｉａｗｅｉ　Ｈａｎ　Ｍｉｃｈｅｌｉｎｅ　Ｋａｍｂｅｒ著．范明孟小峰等译数　据。辅助疾病诊疗结构示意图如下：　据挖掘一概念与技术机械工业出版社２００１　［２］　飞思科技产品研发中心编著Ｏｒａｃｌｅ　９ｉ数据仓库构建　技术电子工业出版社２００３　［３］罗运模等编著ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　２０００数据仓库应用与开发　人民邮电出版社２００１　［４］徐洁磐编著数据仓库与决策支持系统科学出版社　２００５　［５］王珊陈红等编著数据仓库技术与联机分析处理科　５　总结　学出版社１９９８　在国内目前数据仓库、数据挖掘技术在医院信　［６］夏火松主编数据仓库与数据挖掘技术科学出版社　息系统中的应用研究上处于起步阶段，随着信息化　２００４　技术和医院的发展，数据仓库将大大改善医院的信