车载机车综合无线通信操作显示终端仿真研究

孙 宇，孔繁虹

（同济大学 电子与信息工程学院，上海 201804）

车载机车综合无线通信操作显示终端仿真研究

孙 宇，孔繁虹

（同济大学 电子与信息工程学院，上海 201804）

车载CIR操作显示终端是列车正常行驶必不可少的部分，它集车次号注册、语音通话、调度命令传输等功能于一体。本文在通过嵌入式技术构建Windows系统的基础上，开发软件操作界面，结合网络通信技术，实现对列车车载CIR操作显示终端的仿真研究。

车载操作显示终端； 综合无线通信；网络通信；嵌入式

机车无线通信包括语音、数据等业务，随着通信技术的发展和业务需求的不断增加，机车无线通信的内容也得到了完善与发展，并形成了机车综合无线通信平台。根据实际运用需求进行功能模块配置，机车综合无线通信（CIR，Cab Integrated Radio）设备可覆盖450 MHz、GSM-R调度通信系统（语音通信，调度命令，列尾，列车车次号等），并具有列车安全预警，高速数据传输等功能。

1 CIR概述

1.1 CIR组成

车载CIR操作终端由主机、操作显示终端、送受话器、扬声器、打印终端、天线及连接电缆组成。

1.1.1 主机

CIR主机用于数据处理，操作系统硬件环境的支持，是整个CIR操作终端的核心。

1.1.2 操作显示终端

CIR操作显示终端用于显示数据信息，实现功能操作。可通过操作显示终端显示调度信息，安全警告；也可实现呼叫，挂断和查询调度信息等操作。

1.1.3 送受话器

送受话器主要具有语音录入与播放功能，用于语音信息的采集与处理，将语音信号经处理电路后输入设备主机进行传输或输入扬声器进行播放。

1.1.4 打印终端

打印终端主要用于调度信息，行车信息以及其它文本的打印工作。

1.1.5 天线

CIR具有GSM-R天线、GPRS天线、450 MHz天线、800 MHz天线等通信天线，用于不同网络的数据传输。列车车载CIR实物如图1所示。

1.2 CIR功能

1.2.1 机车电台功能

车载CIR具有《列车无线调度系统制式及主要技术条件》中规定的车载电台功能，能够接收无线电台信号。

1.2.2 数据信息传输功能

车载CIR能够向调度无线传输包括列车车次号，尾部风压等数据，也可接收调度文本命令。

图1 列车车载CIR实物

1.2.3 GSM-R调度通信系统功能

车载CIR具有与调度、车站间语音通话功能，接受语音调度命令。同时还具有组呼功能，实现对车站的邻站组呼。

1.2.4 GPS定位功能

车载CIR能够获取本车位置信息，并向调度等发送位置信息。

2 CIR仿真环境搭建

根据CIR的组成，对其重要功能部件进行仿真研究，实现CIR的基本功能。使用工控板作为主机，基于微软基础类（MFC，Microsoft Foundation classes）编写操作显示终端显示界面，基于STC15F2K60S2单片机设计PS/2操作键盘，并利用Socket技术实现数据无线传输。仿真环境框架如图2所示。

图2 仿真环境框架

2.1 CIR仿真硬件环境

2.1.1 嵌入式平台搭建

本文嵌入式硬件平台采用嵌入Intel Atom N2800双核处理器的EPIC-N26主板。通过附加电源供电，处理器主频为1.86 GHz，搭配Intel NM10高速芯片组，内置Intel GMA3650显示控制器，支持2.0 GB DDR3 SDRAM。主板提供VGA、HDMI接口显示输出，包含2个USB2.0接口，1个SATA接口，6个RS232串口，支持PS/2键盘和鼠标接入。

2.1.2 语音处理电路

语音处理电路采用了LM386、LM258等放大器设计电压放大电路、功率放大电路，对输入语音信号与输出语音信号进行处理。语音输入为麦克风端采集的语音数据或数据接口传输数据，麦克风采集的语音数据经功率放大电路处理之后输入数据传输接口，数据接口传输来的语音数据经处理电路后输出至听筒，从而实现了语音的录入与播放以及发送。语音处理电路如图3所示。

图3 语音处理电路

2.1.3 PS/2键盘硬件电路

车载CIR操作面板使用PS/2键盘输入，实现呼叫、挂断、设置等操作功能。本文基于STC15F2K60S2单片机设计8x4、8x2矩阵键盘，利用MAX232芯片进行电平转换，使用PS/2接口协议，实现操作信号的扫描输入与处理。

PS/2键盘接口电路如图4所示。

2.2 CIR仿真软件环境

软件仿真环境主要包括操作系统，图形用户界面开发等。主流操作系统主要有Windows，Linux等。

图形用户界面（GUI）是指采用图形方式显示计算机操作用户界面，具有很强的直观性，可以优化产品性能，使操作人性化，减轻用户的认知负担，更符合使用者的需求。

图4 PS/2键盘接口电路

系统车载CIR软件仿真环境采用Windows操作系统，使用VS2010作为图形用户界面开发工具，编写信息显示界面及不同功能界面，实现对现实操作终端软件环境的高真实性仿真。

3 CIR仿真功能实现

3.1 软件界面实现

本文使用VS2010作为软件界面开发工具，编写CIR操作显示终端的主界面、设置界面、线路切换界面以及实现警号显示等。CIR主界面主要显示车次号，列尾状态，警告消息，呼叫信息等；设置界面主要显示车次号注册，线路选择，音量调整等操作功能。

C++语言的优势在于它的封装性，使用C++的类可以方便高效地开发显示效果。通过CDialog类自定义对话框数组，插入对话框资源并关联相关类，在类中实现显示界面的自定义开发，从而实现不同功能界面的显示。

CIR的设置界面如图5所示。

图5 设置界面

3.2 外接PS/2键盘操作实现

外接PS/2键盘通过嵌入式主板上的PS/2接口接入，主机通过不断扫描外设接口产生中断，根据相应的扫描码实现具体的功能操作。

在VS环境下，通过PreTranslateMessage函数获取消息产生事件，由于Windows环境下外设扫描码与虚拟键码一一对应，在VS环境下通过虚拟键码获取与判断可在软件中实现外设操作信息的读取与处理。如虚拟键VK_RETURN对应键盘回车键，VK_ESCAPE对应键盘Esc键，VK_NUMPAD0代表小键盘0，字符‘A’则表示键盘A键。

3.3 数据信息传输功能实现

本文基于无线网络通信原理，利用VS环境下Socket网络编程技术，实现在无线网络中对通信数据进行发送与接收。

Socket技术主要是通过无线网络，将数据包发送至指定IP地址的计算机。本文采用UDP传输协议，无需握手，建立通信信道。首先利用MFC消息响应机制，获取网络事件发生消息，再定义Socket套接字，通过消息处理函数，使用套接字recvfrom函数获取网络事件发生处的IP地址及端口号等地址信息，通过数据头判断数据类别，利用套接字sendto函数发送相应的响应数据，完成点对点的无线网络通信。

当发生状况时，CIR能接收来自调度的调度信息，以文本形式显示，司机阅读完毕后自动储存，也可通过“查询”按键进入查询界面进行调度信息的查看。调度信息显示界面如图6所示。

图6 调度信息显示

3.4 调度通话功能实现

本文利用VS环境下音频处理函数，实现对音频数据的打包与网络发送。当呼叫与接听时，录音与放音流程如图7所示。

图7 音频处理流程

其中waveInOpen为打开录音设备函数；wave-InPrepareHeader为录音设备准备缓存函数；wave-InAddBuffer为给输入设备增加缓存函数；wave-InStart为开始录音函数；waveInUnprepareHeader为清除缓存函数；waveInReset为停止录音函数；waveInClose为关闭录音设备函数；waveOutOpen为打开放音设备函数；waveOutPrepareHeader为放音设备准备缓存函数；waveOutWrite为放音函数。

当开始录音后Buffer已满时，将收到MM_ WIM_DATA消息，处理该消息可以保存已录好数据。在消息处理函数中捕获MM_WIM_DATA消息，将已录好的语音信息通过Socket进行无线发送。CIR呼叫调度界面如图8所示，调度显示CIR呼入界面如图9所示。

图8 CIR呼叫

CIR通过按键呼叫指定对象（以调度为例），界面显示呼叫信息“↗XXXX....”，对方接通后呼叫状态变化为“XXXX...”，开始接收话筒采集的语音信息， 经语音处理电路后通过网卡进行无线发送。有语音呼入时,显示呼入消息“↙XXXX....”，接通后显示“XXXX...”接收语音信号，经处理电路后送至扬声器，实现语音通话。

图9 调度显示CIR呼入

4 结束语

本文利用嵌入式硬件平台与基于VS2010环境的软件开发实现列车车载CIR的仿真研究，结合网络通信技术，完成CIR的基本功能与操作实现。本方法对于现实车载终端具有一定的参考意义，也可用于模拟驾驶等培训课程，具有实用价值。

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责任编辑 陈 蓉

Simulation of train CIR operation and display terminal

SUN Yu, KONG Fanhong
( School of Electronic and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China )

The vehicle-mounted CIR( Cab Integrated Radio ) operation and display terminal was an essential part of the train in normal running, it combined train number registion, voice calling, dispatching command transmission and other functions together. Based on the Windows System constructed by embedded technology, the paper developed the user interface and implemented the simulation of vehicle-mounted CIR operation and display terminal combined with network communication technology.

vehicle-mounted operation and display terminal; Cab Integrated Radio (CIR); network communication；embedded technology

U285.211∶TP39

A

1005-8451（2015）07-0053-04

2014-12-10

孙 宇，在读硕士研究生；孔繁虹，副教授。