義 軍，馮光成

（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶，401120）

重慶軌道AFC 驅(qū)動(dòng)主板模擬測(cè)試平臺(tái)搭建

義 軍，馮光成

（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶，401120）

AFC（Automatic Fare Collection）系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)軌道交通售票、檢票、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、清分、管理等全過(guò)程的自動(dòng)化系統(tǒng)。半自動(dòng)售票機(jī)（BOM）和自動(dòng)售票機(jī)（TVM）在AFC系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位，而票卡傳輸控制驅(qū)動(dòng)主板是它們中最重要的主板之一，也是故障率最高的主板。本文針對(duì)半自動(dòng)售票機(jī)（BOM）和自動(dòng)售票機(jī)（TVM）票卡傳輸控制驅(qū)動(dòng)主板容易損壞，維修點(diǎn)無(wú)設(shè)備測(cè)試修好的主板的現(xiàn)狀，綜合運(yùn)用了串口抓包、協(xié)議分析、單片機(jī)模擬發(fā)包等技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)其測(cè)試平臺(tái)的模擬。實(shí)踐證明，模擬測(cè)試平臺(tái)效果顯著，非常具有借鑒意義。

Automatic Fare Collection; 驅(qū)動(dòng)主板; 協(xié)議分析; 模擬測(cè)試平臺(tái)

0 引言

AFC系統(tǒng)是城市軌道交通的關(guān)鍵組成部分，根據(jù)功能從上到下分為5層，其中半自動(dòng)售票機(jī)（BOM）、自動(dòng)售票機(jī)（TVM）和自動(dòng)檢票閘機(jī)(AGM) 是乘客和工作人員使用最頻繁的設(shè)備。現(xiàn)有的半自動(dòng)售票機(jī)（BOM）和自動(dòng)售票機(jī)（TVM）中票卡傳輸控制驅(qū)動(dòng)主板為108板（以板子上的標(biāo)號(hào)命名）的占了很高的比例，在使用的過(guò)程中此控制板的損壞率非常高，平均每個(gè)月的報(bào)修數(shù)量都有數(shù)十塊之多，沒(méi)有它設(shè)備就無(wú)法使用。目前，各運(yùn)營(yíng)部門(mén)時(shí)常遇到領(lǐng)取到的已修復(fù)板子仍舊無(wú)法使用的情況，而維修中心也因無(wú)相應(yīng)AFC設(shè)備無(wú)法對(duì)已修復(fù)板子進(jìn)行很好地檢測(cè)，專(zhuān)門(mén)為檢測(cè)購(gòu)置新設(shè)備價(jià)格昂貴且不具有通用性。因此，本文以重慶AFC系統(tǒng)售票終端中的108板為研究對(duì)象，討論在沒(méi)有BOM和TVM實(shí)體設(shè)備的情況下，通過(guò)模擬測(cè)試平臺(tái)來(lái)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)檢測(cè)。

1 協(xié)議分析

1.1 系統(tǒng)分析

通過(guò)前期分析可知，BOM和TVM的票卡控制驅(qū)動(dòng)板主要負(fù)責(zé)的是控制出票、票箱升降等功能，而其實(shí)質(zhì)是對(duì)馬達(dá)的控制，在BOM終端程序中維護(hù)平臺(tái)里的硬件測(cè)試?yán)镉衅鋵?duì)應(yīng)的功能測(cè)試。

目前，對(duì)票卡控制驅(qū)動(dòng)板的測(cè)試主要涉及“測(cè)試”和“基本操作”這兩個(gè)模塊。因此，為了在沒(méi)有終端環(huán)境的情況下測(cè)試驅(qū)動(dòng)板的好壞，只需對(duì)BOM終端程序中相應(yīng)的操作進(jìn)行模擬即可。根據(jù)平時(shí)在終端程序上測(cè)試的實(shí)際情況，對(duì)票卡控制驅(qū)動(dòng)板的測(cè)試需要測(cè)試“基本操作”模塊中的“初始化”、“1#票箱上升”、“1#票箱下降”以及“測(cè)試”模塊中關(guān)于馬達(dá)的測(cè)試即可。

通過(guò)查看配置文件可知，馬達(dá)測(cè)試使用的是COM 1，為了獲取到馬達(dá)測(cè)試相關(guān)的串口數(shù)據(jù)，我們使用Virtual Serial Port Driver來(lái)模擬1對(duì)串口的連接，需要注意選擇沒(méi)有被占用的串口進(jìn)行模擬，準(zhǔn)備好后就可以通過(guò)串口調(diào)試助手監(jiān)聽(tīng)COM 2來(lái)獲取相關(guān)的串口協(xié)議了。

1.2 協(xié)議分析

在COM 2上監(jiān)聽(tīng)多次（5次以上）“初始化”串口所收到的數(shù)據(jù)，每次截取到的數(shù)據(jù)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”。通過(guò)分析各次獲取到的串口數(shù)據(jù)可知，串口數(shù)據(jù)中一些位置上的數(shù)據(jù)每次都不一樣，而某些位置的數(shù)據(jù)每次都相同，如前4位、第8位、第9位、最后一位等。由此猜測(cè)那些變化數(shù)據(jù)的值與主板的控制無(wú)關(guān)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)印證了我們的猜測(cè)。在確定了固定格式的控制數(shù)據(jù)后考慮對(duì)其進(jìn)行精簡(jiǎn)，在精簡(jiǎn)的過(guò)程中采用的是嘗試刪除待精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)串口調(diào)試助手將精簡(jiǎn)后的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控板，通過(guò)觀察

其是否正常執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作來(lái)確定該數(shù)據(jù)是否可精簡(jiǎn)。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)驅(qū)動(dòng)板的初始化只需發(fā)送“02 10 03 30 2F 00 62 03”即可完成，其中倒數(shù)第2位和第4位是變化的，它的值不會(huì)影響對(duì)主控板的控制，隨便填充一個(gè)數(shù)據(jù)即可。同樣的方法分析“測(cè)試主馬達(dá)”、“#1刮票馬達(dá)測(cè)試”等命令的串口數(shù)據(jù)后得到相關(guān)的控制命令如表1所示。

表1 控制命令串口數(shù)據(jù)

在實(shí)際測(cè)試中還發(fā)現(xiàn)，在執(zhí)行所有命令前都須先執(zhí)行一次“初始化”操作，否則驅(qū)動(dòng)板將不工作。另外，為了讓驅(qū)動(dòng)板執(zhí)行票箱的升降操作只靠發(fā)送控制命令是不行的，驅(qū)動(dòng)板在接收到控制命令后會(huì)先檢測(cè)傳感器的狀態(tài)，以此來(lái)確定當(dāng)前票箱的位置，只有在檢測(cè)到相應(yīng)的到位傳感器為特定狀態(tài)時(shí)電機(jī)才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，為了讓模擬平臺(tái)能正?？刂乞?qū)動(dòng)板執(zhí)行票箱的升降動(dòng)作，除控制命令外還需要?jiǎng)?chuàng)造相應(yīng)的執(zhí)行環(huán)境。

2 模擬測(cè)試平臺(tái)搭建

2.1 硬件設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)串口協(xié)議的分析已得到了檢測(cè)驅(qū)動(dòng)板所需的控制命令，也得到了測(cè)試票箱升降的傳感器狀態(tài)。電源供電部分采用從待測(cè)板上取電方式，減少了外部供電的干擾和硬件成本。本文以PIC18F452作為主控芯片來(lái)控制模擬平臺(tái)串口指令的發(fā)送，用按鍵開(kāi)關(guān)來(lái)模擬各種控制命令的觸發(fā)，用撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)模擬各種傳感器的狀態(tài)，用步進(jìn)電機(jī)來(lái)模擬真實(shí)設(shè)備中的刮票電機(jī)和票箱控制電機(jī)，用直流電機(jī)來(lái)模擬真實(shí)設(shè)備中的主電機(jī)。當(dāng)按鍵被按下時(shí)特定的控制命令通過(guò)串口發(fā)送到驅(qū)動(dòng)板上，通過(guò)觀察驅(qū)動(dòng)板能否按預(yù)期控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)達(dá)到檢測(cè)驅(qū)動(dòng)板的目的。硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件程序在上電時(shí)，先對(duì)MCU內(nèi)部端口方向、串口、定時(shí)器、系統(tǒng)時(shí)鐘等各寄存器資源進(jìn)行系統(tǒng)初始化配置，然后進(jìn)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)，等待待測(cè)電路板上電系統(tǒng)初始化穩(wěn)定，在循環(huán)檢測(cè)用戶(hù)按鍵狀態(tài)，檢測(cè)到某一個(gè)功能按鈕被按下，立即發(fā)送相應(yīng)按鈕的控制指令。在發(fā)送相應(yīng)功能指令時(shí)，必須先進(jìn)行初始化命令來(lái)保持待測(cè)板子保持工作狀態(tài)，防止由于其他意外原因造成系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)。發(fā)送初始化命令后需進(jìn)行適當(dāng)延時(shí)以等待待測(cè)板子初始化的完成。在測(cè)試票箱升降過(guò)程中需注意對(duì)相應(yīng)端口狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)以滿足驅(qū)動(dòng)板正常動(dòng)作的條件。軟件業(yè)務(wù)邏輯如圖2所示。

2.3 平臺(tái)應(yīng)用

模擬測(cè)試平臺(tái)選用萬(wàn)能板搭建測(cè)試主控板，采用自制驅(qū)動(dòng)板限位卡槽，搭建的測(cè)試平臺(tái)具有成本低廉、使用簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)。測(cè)試人員只需將待測(cè)試驅(qū)動(dòng)板放入測(cè)試平臺(tái)指定位置，傳感器接口插入預(yù)先設(shè)置好的撥碼開(kāi)關(guān)模擬傳感器接口板，用串口線將測(cè)試主控板與待測(cè)驅(qū)動(dòng)板相連接，并把各電機(jī)接入到待測(cè)驅(qū)動(dòng)板中，最后將待測(cè)驅(qū)動(dòng)板電源輸入接口接入24V直流電源，就可以通過(guò)按下測(cè)試主控板上的按鈕來(lái)模擬真實(shí)設(shè)備對(duì)驅(qū)動(dòng)板發(fā)出指令。目前，搭建的模擬測(cè)試平臺(tái)已投入使用1年多了，通過(guò)它測(cè)試的驅(qū)動(dòng)板已有上千塊，至今未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，極大地節(jié)省了驅(qū)動(dòng)板的維修周期和相關(guān)人力資源，也為其他設(shè)備的測(cè)試工作提供了很好的參考。

圖2 軟件業(yè)務(wù)邏輯

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，模擬測(cè)試平臺(tái)除了可以測(cè)試108板外還可以測(cè)試116板，只需寫(xiě)入不同的控制程序即可。116板由于電磁鐵的狀態(tài)無(wú)法直觀觀察到，所以在測(cè)試時(shí)使用模擬平臺(tái)上的指示燈來(lái)表示電磁鐵的狀態(tài)。

圖3 116板測(cè)試情況

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)城市軌道交通的迅速發(fā)展，AFC系統(tǒng)也在逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)產(chǎn)化和智能化的道路，這也為我們的測(cè)試檢測(cè)工作提出了更高要求，要求我們不僅要會(huì)熟練運(yùn)用各種測(cè)試工具，還要能根據(jù)實(shí)際情況造測(cè)試工具。本次我們綜合運(yùn)用協(xié)議分析、硬件模擬等技術(shù)成功地實(shí)現(xiàn)了票卡控制驅(qū)動(dòng)主板的模擬。雖然這次我們成功地實(shí)現(xiàn)了票卡控制驅(qū)動(dòng)主板測(cè)試環(huán)境的模擬，在整個(gè)過(guò)程中也積累一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，但仍有不少地方需要完善和加強(qiáng)，在今后的工作中需針對(duì)這些問(wèn)題加以改進(jìn)。同時(shí)，我們可以將本次的成功經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到AFC系統(tǒng)其他模塊乃至其他系統(tǒng)的檢測(cè)中，為我們的軌道運(yùn)營(yíng)提供最堅(jiān)實(shí)的保障。

[1]鄧先評(píng).我國(guó)城市軌道交通AFC系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].都市快軌交通,2005:18-21.

[2]鄧小健.淺談地鐵AFC系統(tǒng)[J].科技信息,2010:763-764.

[3]齊巖磊,陳娟,祁欣.基于單片機(jī)和組態(tài)王的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2011:54-57+74.

[4]譚輝,潘涵等.基于單片機(jī)和串口通信的高速步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2008:82-86 .

[5]霍亮生,薛遲,崔巖巖.發(fā)動(dòng)機(jī)ECU模擬測(cè)試系統(tǒng)[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011:32-35.

Design Chongqing Rail Traffic AFC Drive Motherboard Simulation Test Platform

Yi Jun，F(xiàn)eng 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