重庆轨道AFC 驱动主板模拟测试平台搭建

义 军，冯光成

（重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆，401120）

重庆轨道AFC 驱动主板模拟测试平台搭建

义 军，冯光成

（重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆，401120）

AFC（Automatic Fare Collection）系统是实现轨道交通售票、检票、收费、统计、清分、管理等全过程的自动化系统。半自动售票机（BOM）和自动售票机（TVM）在AFC系统中有着举足轻重的地位，而票卡传输控制驱动主板是它们中最重要的主板之一，也是故障率最高的主板。本文针对半自动售票机（BOM）和自动售票机（TVM）票卡传输控制驱动主板容易损坏，维修点无设备测试修好的主板的现状，综合运用了串口抓包、协议分析、单片机模拟发包等技术成功实现了对其测试平台的模拟。实践证明，模拟测试平台效果显著，非常具有借鉴意义。

Automatic Fare Collection; 驱动主板; 协议分析; 模拟测试平台

0 引言

AFC系统是城市轨道交通的关键组成部分，根据功能从上到下分为5层，其中半自动售票机（BOM）、自动售票机（TVM）和自动检票闸机(AGM) 是乘客和工作人员使用最频繁的设备。现有的半自动售票机（BOM）和自动售票机（TVM）中票卡传输控制驱动主板为108板（以板子上的标号命名）的占了很高的比例，在使用的过程中此控制板的损坏率非常高，平均每个月的报修数量都有数十块之多，没有它设备就无法使用。目前，各运营部门时常遇到领取到的已修复板子仍旧无法使用的情况，而维修中心也因无相应AFC设备无法对已修复板子进行很好地检测，专门为检测购置新设备价格昂贵且不具有通用性。因此，本文以重庆AFC系统售票终端中的108板为研究对象，讨论在没有BOM和TVM实体设备的情况下，通过模拟测试平台来对其进行修复检测。

1 协议分析

1.1 系统分析

通过前期分析可知，BOM和TVM的票卡控制驱动板主要负责的是控制出票、票箱升降等功能，而其实质是对马达的控制，在BOM终端程序中维护平台里的硬件测试里有其对应的功能测试。

目前，对票卡控制驱动板的测试主要涉及“测试”和“基本操作”这两个模块。因此，为了在没有终端环境的情况下测试驱动板的好坏，只需对BOM终端程序中相应的操作进行模拟即可。根据平时在终端程序上测试的实际情况，对票卡控制驱动板的测试需要测试“基本操作”模块中的“初始化”、“1#票箱上升”、“1#票箱下降”以及“测试”模块中关于马达的测试即可。

通过查看配置文件可知，马达测试使用的是COM 1，为了获取到马达测试相关的串口数据，我们使用Virtual Serial Port Driver来模拟1对串口的连接，需要注意选择没有被占用的串口进行模拟，准备好后就可以通过串口调试助手监听COM 2来获取相关的串口协议了。

1.2 协议分析

在COM 2上监听多次（5次以上）“初始化”串口所收到的数据，每次截取到的数据形如“02 10 03 30 2F 00 62 03 02 10 03 30 07 00 3A 03 02 10 03 30 07 00 3A 03”。通过分析各次获取到的串口数据可知，串口数据中一些位置上的数据每次都不一样，而某些位置的数据每次都相同，如前4位、第8位、第9位、最后一位等。由此猜测那些变化数据的值与主板的控制无关，经过反复试验印证了我们的猜测。在确定了固定格式的控制数据后考虑对其进行精简，在精简的过程中采用的是尝试删除待精简数据，通过串口调试助手将精简后的数据发送给主控板，通过观察

其是否正常执行相应动作来确定该数据是否可精简。实验证明，对驱动板的初始化只需发送“02 10 03 30 2F 00 62 03”即可完成，其中倒数第2位和第4位是变化的，它的值不会影响对主控板的控制，随便填充一个数据即可。同样的方法分析“测试主马达”、“#1刮票马达测试”等命令的串口数据后得到相关的控制命令如表1所示。

表1 控制命令串口数据

在实际测试中还发现，在执行所有命令前都须先执行一次“初始化”操作，否则驱动板将不工作。另外，为了让驱动板执行票箱的升降操作只靠发送控制命令是不行的，驱动板在接收到控制命令后会先检测传感器的状态，以此来确定当前票箱的位置，只有在检测到相应的到位传感器为特定状态时电机才会转动。因此，为了让模拟平台能正常控制驱动板执行票箱的升降动作，除控制命令外还需要创造相应的执行环境。

2 模拟测试平台搭建

2.1 硬件设计

通过对串口协议的分析已得到了检测驱动板所需的控制命令，也得到了测试票箱升降的传感器状态。电源供电部分采用从待测板上取电方式，减少了外部供电的干扰和硬件成本。本文以PIC18F452作为主控芯片来控制模拟平台串口指令的发送，用按键开关来模拟各种控制命令的触发，用拨码开关来模拟各种传感器的状态，用步进电机来模拟真实设备中的刮票电机和票箱控制电机，用直流电机来模拟真实设备中的主电机。当按键被按下时特定的控制命令通过串口发送到驱动板上，通过观察驱动板能否按预期控制电机的转动来达到检测驱动板的目的。硬件设计如图1所示。

2.2 软件设计

软件程序在上电时，先对MCU内部端口方向、串口、定时器、系统时钟等各寄存器资源进行系统初始化配置，然后进过一段时间的延时，等待待测电路板上电系统初始化稳定，在循环检测用户按键状态，检测到某一个功能按钮被按下，立即发送相应按钮的控制指令。在发送相应功能指令时，必须先进行初始化命令来保持待测板子保持工作状态，防止由于其他意外原因造成系统处于非工作状态。发送初始化命令后需进行适当延时以等待待测板子初始化的完成。在测试票箱升降过程中需注意对相应端口状态进行检测以满足驱动板正常动作的条件。软件业务逻辑如图2所示。

2.3 平台应用

模拟测试平台选用万能板搭建测试主控板，采用自制驱动板限位卡槽，搭建的测试平台具有成本低廉、使用简单、准确率高等特点。测试人员只需将待测试驱动板放入测试平台指定位置，传感器接口插入预先设置好的拨码开关模拟传感器接口板，用串口线将测试主控板与待测驱动板相连接，并把各电机接入到待测驱动板中，最后将待测驱动板电源输入接口接入24V直流电源，就可以通过按下测试主控板上的按钮来模拟真实设备对驱动板发出指令。目前，搭建的模拟测试平台已投入使用1年多了，通过它测试的驱动板已有上千块，至今未发现任何问题，极大地节省了驱动板的维修周期和相关人力资源，也为其他设备的测试工作提供了很好的参考。

图2 软件业务逻辑

在实践中发现，模拟测试平台除了可以测试108板外还可以测试116板，只需写入不同的控制程序即可。116板由于电磁铁的状态无法直观观察到，所以在测试时使用模拟平台上的指示灯来表示电磁铁的状态。

图3 116板测试情况

3 结束语

随着我国城市轨道交通的迅速发展，AFC系统也在逐步走向标准化、国产化和智能化的道路，这也为我们的测试检测工作提出了更高要求，要求我们不仅要会熟练运用各种测试工具，还要能根据实际情况造测试工具。本次我们综合运用协议分析、硬件模拟等技术成功地实现了票卡控制驱动主板的模拟。虽然这次我们成功地实现了票卡控制驱动主板测试环境的模拟，在整个过程中也积累一些经验和教训，但仍有不少地方需要完善和加强，在今后的工作中需针对这些问题加以改进。同时，我们可以将本次的成功经验运用到AFC系统其他模块乃至其他系统的检测中，为我们的轨道运营提供最坚实的保障。

[1]邓先评.我国城市轨道交通AFC系统的现状及发展[J].都市快轨交通,2005:18-21.

[2]邓小健.浅谈地铁AFC系统[J].科技信息,2010:763-764.

[3]齐岩磊,陈娟,祁欣.基于单片机和组态王的温度监控系统的设计[J].电子测量技术，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