任寧 上海鐵路局科研所

基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)妮喼貎x數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研發(fā)

任寧 上海鐵路局科研所

基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)妮喼貎x數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對輪重儀檢測數(shù)據(jù)的接收、整理，同時(shí)把檢測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)/延時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理服務(wù)器，自動保存到數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)基于B/S架構(gòu)的客戶端軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、查詢、分析和管理。

輪重儀；藍(lán)牙通信；手持機(jī)；Socket通信協(xié)議；數(shù)據(jù)管理

1 背景

鐵路提速對影響運(yùn)輸安全的貨車超偏載檢測提出了更高要求，采用先進(jìn)的檢測手段是確保安全運(yùn)輸?shù)谋匾侄巍WLS-Ⅰ型便攜式鐵道車輛輪重儀是在鐵路裝車現(xiàn)場檢測車輛超載、偏載、偏重的專用檢測設(shè)備，已被全路各裝車點(diǎn)廣泛使用，為確保提速運(yùn)輸?shù)陌踩峁┯行Ъ夹g(shù)手段。隨著輪重儀的普遍使用，產(chǎn)生了大量的檢測數(shù)據(jù)，目前這些檢測數(shù)據(jù)只停留在現(xiàn)場檢測使用，未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲和分析統(tǒng)計(jì)，如果能夠?qū)z測數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘處理，將使輪重儀的檢測效率得到更大的提升，同時(shí)對現(xiàn)場的運(yùn)輸安全和管理者的決策提供更多的幫助。基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)妮喼貎x數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)就是在此基礎(chǔ)上為對輪重儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的開發(fā)利用而研發(fā)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對輪重儀檢測數(shù)據(jù)的傳輸接收處理，為現(xiàn)場作業(yè)和管理部門提供支持。

2 系統(tǒng)建設(shè)思路

RWLS-Ⅰ型便攜式鐵道車輛輪重儀是在鐵路裝車現(xiàn)場使用的檢測設(shè)備，要想實(shí)現(xiàn)對其檢測數(shù)據(jù)的管理，首先必須解決數(shù)據(jù)的傳輸問題，為了不改變輪重儀的本體結(jié)構(gòu)，我們利用輪重儀測力打印裝置的輸出口，進(jìn)行數(shù)據(jù)接口的轉(zhuǎn)換，并通過藍(lán)牙模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送到移動設(shè)備，然后利用無線技術(shù)再把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器設(shè)備，最后通過終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。

2.1 系統(tǒng)總體目標(biāo)

基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)妮喼貎x數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建立了輪重儀檢測數(shù)據(jù)管理中心，實(shí)時(shí)監(jiān)聽下位手持式終端發(fā)送至數(shù)據(jù)管理服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，自動保存到數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)開發(fā)基于B/S架構(gòu)的客戶端軟件，實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、查詢、分析、管理等功能。基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)妮喼貎x數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

輪重儀八個輪重的測量數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙無線傳輸將結(jié)果傳輸?shù)绞殖謾C(jī)，在手持機(jī)界面中輸入車牌號、自重等信息后自動顯示接收結(jié)果，計(jì)算得到每一節(jié)車的總重、偏重、偏載等數(shù)據(jù)，并把檢測數(shù)據(jù)通過3G遠(yuǎn)程發(fā)送，實(shí)時(shí)/延時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器保存至數(shù)據(jù)庫，終端用戶通過網(wǎng)頁實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的訪問。設(shè)計(jì)思路如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)思路

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）兼容性強(qiáng)。RWLS-Ⅰ型便攜式鐵道車輛輪重儀已在現(xiàn)場廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮兼容性，即不能改變輪重儀本體的結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)就利用輪重儀的打印輸出接口，通過更換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的外部數(shù)據(jù)線，可兼容已經(jīng)出售的4針數(shù)據(jù)線輪重儀和6針數(shù)據(jù)線輪重儀，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

（2）模塊化設(shè)計(jì)。使用外置便攜打印機(jī)，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行選配?？蓴U(kuò)展性強(qiáng)。

（3）可靠性高。輪重儀檢測數(shù)據(jù)關(guān)系到鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩虼讼到y(tǒng)設(shè)計(jì)之初應(yīng)充分考慮到設(shè)備的可靠性，為此手持機(jī)選用了工業(yè)性機(jī)型，該種機(jī)型數(shù)據(jù)存儲容量大，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，很好的滿足了用戶對設(shè)備的可靠性要求。

3.4 數(shù)據(jù)管理便捷

為使管理者能快速的掌握輪重儀檢測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理便捷至關(guān)重要。本系統(tǒng)中手持機(jī)可查詢所有錄入的歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理平臺用B/S模式，任何能接入互聯(lián)網(wǎng)有權(quán)限的瀏覽器終端用戶均能訪問，且系統(tǒng)升級維護(hù)方便。

4 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

（1）帶安卓系統(tǒng)的手持機(jī)與服務(wù)器之間通過3G進(jìn)行無線通訊。該通訊系統(tǒng)主要是利用了面向連接的Socket通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。該模式下客戶端的Socket必須在發(fā)送數(shù)據(jù)之前與服務(wù)器的Socket取得連接。一旦連接建立了，Socket就可以使用一個流接口進(jìn)行打開、讀、寫、關(guān)閉等操作。本系統(tǒng)把手持機(jī)作為客戶端，PC機(jī)作為服務(wù)器端。當(dāng)裝有安卓系統(tǒng)的手持機(jī)與服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，先運(yùn)行服務(wù)器端通過ServerSocket編制的接收信息程序模塊，使服務(wù)器處于監(jiān)聽狀態(tài)，然后運(yùn)行安裝在安卓客戶端通過Socket（IP地址）編制的發(fā)送信息程序模塊，其中Socket中的IP地址是服務(wù)器的IP地址，連接成功后，兩者就可以相互通信了。

（2）藍(lán)牙通訊的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)中手持機(jī)與輪重儀的數(shù)據(jù)傳輸以及手持機(jī)與打印機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸都是通過藍(lán)牙通訊來實(shí)現(xiàn)的。藍(lán)牙通訊也是通過Socket通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的，主要利用了BluetoothSocket和BluetoothServerSocket類。通過BluetoothAdapter.getDefaultAdapter()取得默認(rèn)的藍(lán)牙適配器，當(dāng)擁有本地適配器以后，用戶可以獲得BluetoothDevice(藍(lán)牙設(shè)備)，獲取藍(lán)牙地址，進(jìn)行藍(lán)牙通信。在服務(wù)器端，使用BluetoothServerSocket類來創(chuàng)建一個監(jiān)聽服務(wù)端口。當(dāng)一個連接被BluetoothServerSocket所接受，它會返回一個新的BluetoothSocket來管理該連接。在客戶端，使用一個單獨(dú)的BluetoothSocket類去初始化一個外接連接和管理該連接。一旦建立連接，就能進(jìn)行讀寫等操作了。

（3）基于B/S（Browser/Server,瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)的客戶端應(yīng)用程序開發(fā)。該結(jié)構(gòu)模式將系統(tǒng)分為用戶界面層（也稱為表現(xiàn)層）、業(yè)務(wù)邏輯層（也稱為功能層）和數(shù)據(jù)庫服務(wù)層（也稱為數(shù)據(jù)層），其優(yōu)點(diǎn)是分布性強(qiáng)、維護(hù)和升級方式簡單且共享性強(qiáng)，充分適用于設(shè)備分布地域廣、應(yīng)用分散的特點(diǎn)，為輪重儀檢測數(shù)據(jù)的查詢、監(jiān)控、分析提供長期技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。

5 下位數(shù)據(jù)采集與無線傳輸終端設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊采用基于ARMCortex-M3內(nèi)核的工業(yè)級STM32芯片，32位數(shù)據(jù)，時(shí)鐘頻率72MHz，超低功耗?？蓮妮喼貎x中引出共4根線，分別為5V電源線和UART3根線線（TX、RX、GND）。數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行5V到3.3V的電源轉(zhuǎn)換，并將UART的TTL電平轉(zhuǎn)換為LVTTL電平，并進(jìn)行數(shù)據(jù)接口的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)手持機(jī)的藍(lán)牙無線通訊，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與手持機(jī)RS232通訊有線數(shù)據(jù)傳輸。

無線傳輸終端由輪重儀數(shù)據(jù)藍(lán)牙傳輸模塊、手持機(jī)系統(tǒng)和工業(yè)級便攜藍(lán)牙熱敏打印機(jī)三部分組成。通過輪重儀的打印口，將數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙方式轉(zhuǎn)發(fā)給終端手持機(jī)，手持機(jī)通過安卓系統(tǒng)的程序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、查詢以及存儲。

手持機(jī)的外觀及參數(shù)要求如下：

外形尺寸：外觀最大尺寸：190mm×75mm×30mm；手持部分：90mm×60mm×25mm

重量：350g（帶電池）

操作系統(tǒng)：支持Android等主流操作系統(tǒng)，支持多語言

CPU：1GHz

顯示屏：3.5英寸TFT-LCDVGA（480×640）彩色觸控屏幕

內(nèi)存：ROM：512MBNandFlash；RAM：512MBMobile DDR

安卓系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用程序運(yùn)行界面如圖3所示。用戶登錄后選擇相應(yīng)的菜單功能鍵，進(jìn)入相應(yīng)操作界面。

圖3 程序運(yùn)行首界面

圖4 連接情況

進(jìn)入數(shù)據(jù)采集，自動連接綁定的藍(lán)牙地址，并顯示與輪重儀藍(lán)牙的連接情況，如圖4左側(cè)所示；接收數(shù)據(jù)成功后，直接彈出圖4右側(cè)的界面。

按鈕標(biāo)題上直徑顯示“第1組數(shù)據(jù)”，“第2組數(shù)據(jù)”，“第3組數(shù)據(jù)”，“第4組數(shù)據(jù)”字樣，不需要顯示具體的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入圖5左側(cè)的數(shù)據(jù)輸入界面；輸入車牌號和自重點(diǎn)擊“顯示”后，會出現(xiàn)圖5右側(cè)的輪重儀數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊下方的各按鈕實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的操作。

圖5 數(shù)據(jù)采集

圖6 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢可按日期或車牌號對輪重儀數(shù)據(jù)查詢。單擊每條記錄最右邊的“查看”按鈕就可以顯示具體數(shù)據(jù)；單擊“刪除”可以刪除該行記錄（見圖6）。

6 數(shù)據(jù)平臺設(shè)計(jì)

手持終端發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文，整理后寫入后臺服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫，在服務(wù)器端建立輪重儀檢測數(shù)據(jù)管理中心，實(shí)現(xiàn)對輪重儀原始檢測記錄、車輛類型字典、車站字典（描述局別、車務(wù)段/直屬站、車站之間從屬關(guān)系）、輪重儀基礎(chǔ)信息及報(bào)警參數(shù)設(shè)置等信息的管理；同時(shí)對檢測數(shù)據(jù)按偏重、偏載、超載進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)。

登錄輪重儀安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)后，直接顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；按網(wǎng)站左側(cè)菜單按鈕實(shí)現(xiàn)對輪重儀數(shù)據(jù)的查詢、分析和匯總。

7 測試情況

目前，基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)妮喼貎x數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)已經(jīng)完成了藍(lán)牙傳輸模塊、手持機(jī)系統(tǒng)和終端網(wǎng)站的開發(fā)，現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)傳輸安全可靠，數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果正確，數(shù)據(jù)分析匯總直觀便捷，可以在現(xiàn)場使用。在后續(xù)的維護(hù)工作中，我們將根據(jù)實(shí)際使用情況繼續(xù)對系統(tǒng)進(jìn)行完善，以便更好地為鐵路運(yùn)輸安全服務(wù)。

8 結(jié)束語

基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)妮喼貎x數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是一套以無線傳輸和網(wǎng)絡(luò)共享相結(jié)合的軟硬件系統(tǒng)，它通過無線傳輸?shù)氖殖謾C(jī)實(shí)現(xiàn)對輪重儀檢測數(shù)據(jù)的接收，利用終端網(wǎng)絡(luò)對接收的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、查詢、分析和管理，為管理者提供決策和支持。該系統(tǒng)的研究與開發(fā)使輪重儀在確保安全運(yùn)輸方面發(fā)揮更積極的作用。

責(zé)任編輯：王華 胡雄偉
來稿日期：2013-12-23