列车广播系统的联挂设计

周珏凯，屠　宣，曾进豪

(1.重庆市轨道交通(集团)有限公司，重庆　401120；2. 中国电子科技集团公司第三研究所，北京　100015)

列车广播系统的联挂设计

周珏凯1，屠宣1，曾进豪2

(1.重庆市轨道交通(集团)有限公司，重庆401120；2. 中国电子科技集团公司第三研究所，北京100015)

摘要:列车广播系统基于CAN总线通信网络设计，通过音频通道，实现自动广播、人工广播和报警/对讲等功能，几列车联挂后，各车的广播系统成为一个系统协调工作。提出了一套地铁列车广播系统联挂设计方案，从列车广播系统介绍入手，逐渐展开提出了广播系统联挂过程的设计以及实现方法。列车广播系统的联挂设计主要涉及几个方面：通信系统联挂、广播通道联挂、对讲报警通道联挂。

关键词:列车广播系统；联挂；车载电子

列车联挂运行在动车组列车中比较常见，它是一种采用专用的连接器将两列或者多列独立的列车连接成一个整体来运行的方式，目的是为了提高列车的运载能力。

现有地铁列车的联挂是为车辆救援设置的，一般联挂线缆较少，其中列车广播系统的联挂线只有通信线和司机对讲音频线，目的是通过联挂线缆，使救援车辆与被救援车辆的司机之间能够进行信息交换，以便及时了解被救车辆的状况。救援联挂车辆的数量一般不会超过2列，所以这种联挂方式相对简单易实现，救援联挂使用频率很低。

目前随着动车组列车的联挂运行日益普遍，这种灵活方便的列车运行方式逐渐得到业界的认可，一些市郊快速城市列车也准备尝试联挂运行。相比之前的救援联挂，联挂运行时，系统联挂变成了列车运行工作的常态，它对联挂的可靠性要求更高，实现也变得复杂。对广播系统而言，几列车联挂以后，各车的广播系统要成为一个系统协调工作[1]。

1列车广播系统介绍

介绍列车广播系统联挂设计之前，首先需要了解列车广播系统的功能及工作原理。

1.1列车广播系统的组成及功能

列车广播系统是地铁列车的配套系统，列车广播是车载电子系统的重要组成部分。列车广播系统一般由司机室设备和客室设备组成，详见表1。

表1列车广播系统组成

序号位置设备名称数量/辆Tc车M车M车M车M车Tc车总数/列123司机室司机室广播主机1————12LED终点站显示器1————12司机控制单元1————1245678客室客室广播分机1111116客室扬声器88888848紧急报警器22222212噪声检测器22222212动态电子地图88888848

列车广播系统的主要功能有：

1)列车自动报站广播功能，是指在列车行驶过程中，广播系统根据车辆提供的门和速度信号或者根据列车控制网络(TCMS)提供的信号自动进行广播报站。

2)人工广播报站功能，是指司机通过系统配置的话筒对全车进行语音报站。

3)司机室对讲功能，是指两个司机室间的通话。

4)乘客紧急报警功能，指当列车车厢发生紧急事件时，乘客借助安装在客室内的紧急报警装置直接和司机对话。

5)动态地图显示功能，为乘客提供列车运行线路、站点信息。

6)LED终点显示功能，显示列车运行的终点信息，设备一般安装在车头位置。

1.2列车广播系统的工作原理

列车广播系统原理框图如图1所示。

图1　列车广播系统原理框图

列车广播系统是基于CAN总线通信网络设计，通过音频通道，实现自动广播、人工广播和报警/对讲等功能。为确保广播系统可靠的工作，设备之间采用硬线连接，一共使用5对列车导线贯穿全车来完成系统所有功能。

1)1对全车通信总线。通常采用工业级控制总线CAN总线，主要用于命令、信息传递，是连接司机室和客室信息交换的桥梁。全车通信网络采用分级CAN通信。一级CAN总线是全车主通信网络，负责司机室和客室间通信；每个客室内部又形成各自独立的CAN通信子网络，每个子网络分别连接各自客室的分设备。这样设计的优点是：能充分保证主网络通信畅通，提高通信成功率。

2)1对人工广播总线。采用独立的人工广播通道，当系统因为各种原因导致自动广播失效时，只要供电正常，紧急情况下可启用人工广播通道对客室进行广播[2]。

3)1对自动广播总线。列车自动广播音频的传输通道。

4)2对对讲报警总线。司机之间、司机和乘客之间通话的全双工语音通道。

音频信号由司机室统一输出，升压变压器定压传输到客室，客室降压后由功放输出给扬声器，这种信号定压传输方式能增加信号的抗干扰能力，提高系统可靠性。另外，两个司机室的控制设备采用热备份方式，一主一备，主子机可以互相切换，音频输出和控制由主机完成。

2列车广播系统的联挂设计

列车联挂以后，列车广播系统除了具备其基本的功能外，各客室的广播和显示必须与为主机的司机室保持一致，而且联挂后各车司机室能够互相对讲通话；

列车重连后各客室的乘客紧急报警器都能与主机端司机室通信和通话。

当联挂列车数量超过2列时，联挂的过程应该是先联挂好两列车，然后联挂好的车辆作为一个整体再跟第三列车联挂，依此类推，这样能充分保证联挂的可靠性，也能简化联挂的控制过程。

列车联挂后，为了能够完成整车的通信、控制、音频传输等功能，需明确联挂后各司机室的状态，联挂车辆的列车号等信息。

首先介绍列车联挂后各司机室状态定义。如图2所示，实际物理参与联挂的司机室定义为联挂态司机室，其余的定义为非联挂司机室。另外根据列车司控钥匙的位置，又可以将司机室定义为主机(司控钥匙所在的司机室)和子机(没有司控钥匙的司机室)。根据以上对司机室状态的两种定义，联挂后司机室可能出现的状态如表2所示。

图2　多车重联后司机室状态

表2　列车联挂后司机室状态

根据司机室的状态不同，其地位和功能也不同。列车联挂后，整列车有且只有一个主机司机室，所有的控制和命令处理都由其完成，其余司机室都为子机状态。联挂态的子机只负责通信数据的转发，包括转入和转出[3]。联挂态的主机除了转发数据还负责数据分析处理。

列车联挂后可以通过两种方式获取司机室状态信息。第一种方式是通过读取列车控制网络系统(TCMS)发送的数据直接获取。第二种方式是通过各车司机室的联挂通信判断自身是否联挂端，具体实现方式后面会有介绍。这种方式只有在列车控制网络失效时使用。

其次介绍列车号的作用。列车联挂前，每列车作为独立个体时，车上每个设备都是按照相同的命名规则在本列车范围内拥有唯一的通信地址，列车联挂后所有设备通信命令必须携带列车号信息，保证地址的唯一性。列车号只有设备上车后才能确定，获取列车号可以通过列车控制网络系统(TCMS)，也可以在线通过司机控制单元手动输入，优先使用TCMS网络提供的列车号。

基于上述列车广播系统的联挂要求以及设计过程，列车广播系统的联挂设计主要涉及几个方面：通信系统联挂、广播通道联挂、对讲报警通道联挂。

2.1通信系统联挂

通信系统联挂是列车广播系统联挂设计的关键部分。为了使列车通信网络层次清晰，方便联挂管理，在列车司机室广播主机增加CAN通信联挂模块，联挂CAN模块是连接两列车通信的桥梁，负责解析联挂协议，一方面接收联挂车辆信息，解析并转发给本车控制模块；另一方面将本车的信息转发出去。通过CAN联挂模块可以方便地获取联挂车辆的信息，如列车编号、列车联挂端、各车客室端的通信信息等。

本设计中，联挂CAN模块采用stm32系列ARM芯片实现，该芯片是意法半导体公司推出的一款ARM芯片，采用ARM32bitcortexTM-M3CPU，芯片处理速度快；I/O管脚和通信接口丰富，有多达14个外部通信接口，其中两个CAN通信接口可以分别作为CAN联挂模块的内部CAN接口和联挂CAN接口，满足设计要求。

通信联挂框图如图3所示，简单介绍其联挂过程：联挂列车物理连接好后，TCMS系统发送各车列车号和司机室联挂状态给各车司机室设备。主机端司机室设备发送联挂信息启动列车联挂，各联挂端互相发送带有列车号的联挂信息，并最终转发给主机端司机室保存[4]。

图3　通信联挂框图

列车联挂好后，由车头主机端统一进行报站控制和广播音频输出， 联挂建立后，通信线上传递的通信命令主要包括：主子机切换命令、站点信息命令、客室报警命令，设备故障信息等。

2.2广播通道联挂

广播通道联挂除了物理连接好以外，还应该考虑总线音量值的调节问题，否则联挂车辆多时，会影响客室广播音量。

2.3对讲报警通道联挂

列车联挂后，在主机端司机室保存了各联挂车辆的列车号，司机可以通过司机控制单元选择呼通任意一个司机室进行对讲通话。而且每次只能有两个司机室对讲[5]。

报警联挂后，各客室的报警信息通过本车CAN联挂模块附加列车号信息转发至主机端，司机接通报警后可与乘客通话。

以报警为例简要介绍联挂过程：图4为3列车联挂示意框图，主机在列车1的司机室2，进行报警操作的报警器在列车3。报警命令通过本车通信总线传送至两端司机室，司机室2既不是主机也没有连接，所以不对该命令处理；司机室1是联挂态子机只负责命令转发，不进行数据处理；列车2的司机室2和司机室1也是联挂态子机，同样只负责命令转发；列车1的司机室2是联挂态主机，当收到报警命令后对其进行处理，响应命令以同样的传送方式向相反的方向下传给列车3的报警器，报警接通。

图4　列车联挂示意图

3联挂后的广播系统原理

联挂后的广播系统原理图见图5。各列车联挂后作为一个整体广播系统，能够为乘客提供自动广播、人工广播、乘客/司机紧急对讲通话、司机/司机对讲通话、车辆运营正常/特殊终点显示、运营信息显示、运行线路及运营站点信息显示等功能。

4结束语

本文根据目前各客车厂提出的地铁列车联挂运行需求，针对广播系统的联挂进行了系统的设计，提出了一套切实可行的联挂方案，有一定的实用价值。

参考文献：

[1]刘璠.上海市轨道交通车载乘客信息系统设计[J].铁路通信信号工程技术，2010(2)：9-10.

[2]王磊，何正友.高速列车通信网络技术特点及其应用[J].城市轨道交通研究，2008(2)：20-21.

[3]程宏声.上海轨道交通5号线列车广播系统的改造[J].城市轨道交通研究，2014(5)：15-18.

[4]汤俊芹.直流不间断电源在乘客信息系统中的应用[J].电声技术，2014，38(8)：27-30.

[5]肖滋洪，陈帝水.地铁列车联挂后无法广播的原因分析及改进[J].城市轨道交通研究，2016(1)：30-35.

图5　联挂后的广播系统原理图

责任编辑：许盈

Designofcouplingfortrainbroadcastingsystem

ZHOUJuekai1，TUXuan1，ZENGJinhao2

(1.Chongqing Rail Transit (Group) Co., Ltd., Chongqing 401120, China;2.No.3 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Beijing 100015, China)

Abstract:Train broadcasting system is designed based on CAN bus communication network, functions such as automatic broadcasting, artificial broadcasting and alarm/intercom are achieved via audio channel. Broadcasting system of each car works as a overall system after coupling. A design scheme of coupling for metro train broadcasting system is proposed, starting from the train broadcasting system introduced, the design and implementation of coupling process for train broadcasting system is unfolded and put forward. Coupling for communication system, broadcasting channel and alarm/intercom channel are involved for train broadcasting system.

Key words:train broadcasting system; coupling; train electron

收稿日期：2015-12-01