CN105391462A - 一种轨道交通无线通信终端设备 - Google Patents

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李霄
王智超
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Abstract

本发明公开了一种基于TETRA的轨道交通无线通信终端设备。该设备是机车台，机车台通过无线网络覆盖分别与CAD服务器、调度台、固定台、其它机车台及外线电话进行无线通信，包括控制盒、主机、天线以及应用层程序、录音程序、界面管理程序和呼叫业务接口程序；控制盒包括显示操作单元、控制单元及录音单元；主机包括电源单元、转接单元和TETRA模块。与其它几种数字集群系统相比，本发明具有指挥调度功能比较齐全，组网方式灵活，抗干扰能力强，频谱利用率高，系统容量大，能提供语音、数据通信业务和灵活的网络管理功能，加密和脱网功能较强等特点，可以实现脱网直通模式和端到端加密。本发明为当前轻轨交通提供高品质机车台的需求。

Description

一种轨道交通无线通信终端设备
技术领域
本发明涉及无线通信设备，特别涉及一种基于TETRA技术的轨道交通无线通信终端设备。
背景技术
目前，集群移动通信逐步从模拟时代走向数字时代。由于轨道交通的模拟集群移动通信网存在频率低；所能提供的业务种类受限，不能提供高速率数据服务；保密性差，容易被窃听；移动设备成本高，体积大，网络管理难以控制等缺陷。因此，将TETRA无线通信系统用于轻轨地铁领域，目前已经得到了国内外的普遍认可，国内轻轨地铁项目几乎都采用了TETRA系统，民航机场等场所也陆续开始使用TETRA系统，可见TETRA在专用市场的应用越来越广泛。为了加强高速率数据服务，满足轨道交通调度业务需求，进一步实现呼叫处理和短数据的交互功能，为用户提供可靠的语音和数据服务,当前对现有轻轨地铁的通信终端设备进行二次开发势在必行。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的不足和缺陷，本发明研制一种基于TETRA技术的轨道交通无线通信终端设备，该设备可为用户提供可靠的语音和数据服务,满足轨道交通调度的需求。
本发明采取的技术方案是：一种轨道交通无线通信终端设备，其特征在于：所述的轨道交通无线通信终端设备是机车台，该机车台通过无线网络覆盖分别与CAD服务器、调度台、固定台、其它机车台及外线电话进行无线连接，所述的机车台包括控制盒部分、主机部分、天线以及应用层程序、录音程序、界面管理程序和呼叫业务接口程序；控制盒部分包括显示操作单元、控制单元及录音单元；主机部分包括电源单元、转接单元和TETRA模块；其中控制盒中的显示操作单元分别通过按键接口和液晶接口与控制单元连接，控制单元连接送受话器和喇叭，并通过录音接口连接到录音单元，同时通过调试串口及USB接口与主机部分相连接，录音单元连接到SD卡接口；主机中的电源单元通过转接单元与TETRA模块连接，TETRA模块连接天线。
本发明可实现的功能如下：
1.机车台可自动获取车次号、车组号、司机号、归属信息、上下行信息等，进行登录/脱网操作。
2.司机按下手动转组按键，手动选择归属调度台，并输入车次号和司机号，进行手动转组。
3.车辆段内机车台（其它机车台）可以发起/接收车辆段固定台的呼叫。车辆段内的机车司机能够发起或接收车辆段调度台的呼叫。
4.正线上的机车穿越不同的站管区时，可以实现机车台附属组切换，并更新界面信息。
5.正线上的机车台可以发起/接收当前站管区内车站固定台的呼叫；可以发起/接收对调度台的呼叫；能够发起对行车调度台的紧急呼叫；车辆段内的机车能够发起对车辆段调度台的紧急呼叫；能够接收行车调度台发来的广播呼叫；通过调度台转接，机车台可以实现与外线电话的通话。
6.可以实现不同列车之间的通话。机车台可以发送/接收调度台的短信息。机车台可以记录已拨电话、已接电话和未接电话。
7.可以设置音量大小和液晶的背光亮度。
8.可以对所有的通话进行录音，并可以进行回放。包括多种提示音，接通音，忙音，弱场区提示音。
9.机车台可以对自身工作电压、温度以及无线信号场强进行自检并给出告警。
本发明的特点是：机车台为用户提供可靠的话音和数据信息传送服务，运营时保证行车调度员和司机、车站值班员和司机之间的正常通话，满足日常行车调度；进入车辆段后保证信号楼调度员和司机、运转值班员和司机之间的正常通话。实现控制单元同时与TETRA主机和录音单元的报文交互，并有短信业务、语音业务、录音业务、频繁的界面切换和声音提示；采用高分辨率和大屏幕的液晶屏，实现界面之间更新时的大量的数据刷新。
本发明与其它几种数字集群系统相比，具有指挥调度功能比较齐全，组网方式灵活，抗干扰能力强，频谱利用率高，系统容量大、能提供语音、数据通信业务和灵活的网络管理功能，加密和脱网功能较强等特点，可以实现脱网直通模式和端到端加密。本发明为当前轻轨交通提供高品质机车台的需求。
附图说明
图1是本发明的机车台与其它终端系统进行通信的原理框图；
图2是机车台设备连接原理框图；
图3是本发明软件模块划分图；
图4是本发明应用层程序流程图；
图5是本发明录音程序流程图；
图6是本发明界面管理程序流程图；
图7是本发明呼叫业务接口程序流程图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和实施例详细描述：
如图1所示，本机车台是基于TETRA技术的轨道交通无线通信终端设备(WTZC-4009TJ9型机车台)，选用400M主频的主流ARM9处理器S3C2440进行嵌入式操作系统的开发。机车台可以发送位置校核请求信息、告警信息到CAD服务器，并可以接收CAD服务器发送的时钟信息、ATS信息；可以完成和调度台、固定台的通信；可以通过调度台的转接实现与正线上的其他机车的通信；可以通过调度台派接完成与外线电话的通信。
如图2所示，机车台主要由主机、控制盒及天线组成。机车台主机主要由TETRA模块、电源单元及转接单元组成。TETRA模块完成语音，数据和信号处理的功能，采用MOTOROLA公司的MTM800E，MTM800E是基于TETRA标准的数字集群车载模块，采用了最新的数字信号处理器（DSP）和线性RF功率放大器（PA）技术，通过TETRA空中接口协议与基站进行通信，可满足机车台和固定台的功能需求。在二次开发的机车台中主要进行呼叫处理和短数据的交互功能。
电源单元将机车提供的DC110V转化为DC13.8V，为TETRA模块和控制盒提供电压，电源单元采用现有的4137电源电路。
转接单元的目的是实现控制单元和TETRA模块的连接，以及实现控制单元对TETRA模块的电源控制。转接单元主要原理是将TETRA模块与控制单元之间报文数据交互电平转换；音频信号平衡与非平衡之间转换，为了增加音频信号传输过程中的抗干扰性，TETRA模块和控制面板之间音频信号都要转为平衡信号进行传输；转接单元实现对TETRA模块的电源控制，一旦TETRA模块死机，无法实行软关机，则控制TETRA模块的电源进行硬关机操作；转接单元还可以实现机车台广播以及告警信号的控制。
机车台控制盒主要由控制单元、录音单元、显示操作单元以及一些外设(手柄，扬声器)组成。主要作用是人机接口，为客户提供友好的中文显示界面、方便的各种操作控制按键以及话音输入输出；还可以对所有的通话进行录音。
控制单元采用嵌入式系统设计，系统采用ARM嵌入式处理器、嵌入式操作系统WinCE和嵌入式图形用户界面进行设计，系统内置机车台控制接口，音频输出接口为机车运行提供通信和数据服务。控制单元CPU采用嵌入式处理器ARM9；存储器选用Samsung公司的NandFlash芯片；内存采用SDRAM类型存储器。
录音单元采用CIR记录单元，存储在NandFlash存储器里。
显示操作单元液晶采用的TFT液晶，按键采用5×5的键盘矩阵。
如图3所示，硬件平台相关软件包括BootLoader、OAL和BSP。操作系统部分包括WinCE操作系统内核定制、设备驱动开发。应用层包括界面管理、文件管理、数据库管理、语音管理、录音单元报文与串口1读写管理、ExpandHead接口AT命令与串口2读写管理及SB9600报文接口与串口3读写管理。
软件主要分为驱动部分和应用层部分。驱动部分主要是完成处理器底层的功能，实现对外设的控制。包括录音单元的音量控制，液晶的背光亮度控制，键盘的响应，温度传感器的检测，电源输入电压的检测，软关机的控制，串口通信以及提供给系统应用层的接口。
应用层部分主要实现自动/手动位置校核，与调度台、固定台的通话，在紧急情况下实现对调度台/固定台的紧急呼叫，对通话记录进行存储，实现录音功能并能够回放，实现与调度台的短信业务，对自己的工作电源、温度、无线信号场强和音频链路连接进行检测，在超出正常范围的时候给出告警信息。
如图4所示，本发明的机车台应用层程序执行以下步骤：判断是否已经创建了数据库，若已经创建了数据库，则读取数据库信息，否则先创建数据库，再创建各子界面进入界面管理，并按照创建串口类对象，先打开串口1进入录音单元读写管理，再打开串口3进入SB9600接口交互管理，再打开串口2进入短信业务交互管理，然后创建语音管理线程进入语音管理，创建数据库管理线程进入数据库读写管理，最后开启定时器，应用层程序流程结束。
如图5所示，本发明的机车台录音程序执行以下步骤：发送请求最老的一条语音信息详情到录音单元后，若接收到录音单元回复的应答报文，则解析报文，得到当前最老的一条语音信息的ID；若未接收到录音单元回复的应答报文，则重新发送请求最老的一条语音信息详情到录音单元，若重新发送三次仍未接收到录音单元回复的应答报文，则提示通信故障，接着发送请求最新的一条语音信息详情到录音单元，若接收到录音单元回复的应答报文，则解析报文，得到当前最新的一条语音信息的ID；若未接收到录音单元回复的应答报文，则重新发送请求最新的一条语音信息详情到录音单元，若重新发送三次仍未接收到录音单元回复的应答报文，则提示通信故障，发送请求最新的N条语音信息详情到录音单元，若接收到录音单元回复的应答报文，则解析报文，获得最新的N条语音信息详情到录音单元，然后更新语音界面显示；若未接收到录音单元回复的应答报文，则重新发送请求最新的N条语音信息详情到录音单元，若重新发送三次仍未接收到录音单元回复的应答报文，则提示通信故障。：发送请求最老的一条语音信息详情到录音单元后，若接收到录音单元回复的应答报文，则解析报文，得到当前最老的一条语音信息的ID；若未接收到录音单元回复的应答报文，则重新发送请求最老的一条语音信息详情到录音单元，若重新发送三次仍未接收到录音单元回复的应答报文，则提示通信故障，接着发送请求最新的一条语音信息详情到录音单元，若接收到录音单元回复的应答报文，则解析报文，得到当前最新的一条语音信息的ID；若未接收到录音单元回复的应答报文，则重新发送请求最新的一条语音信息详情到录音单元，若重新发送三次仍未接收到录音单元回复的应答报文，则提示通信故障，发送请求最新的N条语音信息详情到录音单元，若接收到录音单元回复的应答报文，则解析报文，获得最新的N条语音信息详情到录音单元，然后更新语音界面显示；若未接收到录音单元回复的应答报文，则重新发送请求最新的N条语音信息详情到录音单元，若重新发送三次仍未接收到录音单元回复的应答报文，则提示通信故障。
如图6所示，本发明的机车台界面管理程序执行以下步骤：创建界面框架后，初始化子界面、串口和数据库，显示主界面后若有按键消息，且为左软键，则显示主菜单界面；否则按其它消息或其它按键处理，然后继续判断是否有按键消息，若为返回键，则返回到显示主界面；否则按其它消息处理，若为确认键，则显示子界面；若为方向键，则改变主菜单选中项；否则按其它按键处理。
机车台界面管理实现：整个工程是基于对话框的工程，主界面对应主线程，其余需要显示的子对话框都是非模式对话框，所有子对话框类的对象都作为主对话框类的数据成员，由主线程统一进行调度和管理。开机后，主对话框线程执行，在主对话框的函数中通过创建非模式对话框实现各个子界面的初始化，通过函数响应不同的按键，通过ShowWindow显示不同的子界面。当某一个子界面被显示的时候，该子界面就获取了焦点，此时按下按键，键值被该子界面的函数捕获，此时对该子界面来说，该键值下要显示什么界面是已知的，因此只需要调用ShowWindow显示子界面，调用ShowWindow隐藏当前的子界面。在某一个子界面下，如果按下某键要回退到主界面，只需将当前显示的子界面隐藏。
如图7所示，本发明的机车台呼叫业务接口程序执行以下步骤：若有按下调度键，则判断当前是否处于注册状态，若当前处于注册状态，则MMI发送呼叫调度的短信息到TETRA主机，更新界面显示到与调度呼叫正在建立的状态；若当前未处于注册状态，则弹出提示界面，若接收到调度的回呼，则打开录音接口，更新界面显示与调度通话的状态，否则弹出提示界面，结束。

Claims (5)

1.一种轨道交通无线通信终端设备，其特征在于：所述的轨道交通无线通信终端设备是机车台，该机车台通过无线网络覆盖分别与CAD服务器、调度台、固定台、其它机车台及外线电话进行无线连接，所述的机车台包括控制盒部分、主机部分、天线以及应用层程序、录音程序、界面管理程序和呼叫业务接口程序；控制盒部分包括显示操作单元、控制单元及录音单元；主机部分包括电源单元、转接单元和TETRA模块；其中控制盒中的显示操作单元分别通过按键接口和液晶接口与控制单元连接，控制单元连接送受话器和喇叭，并通过录音接口连接到录音单元，同时通过调试串口及USB接口与主机部分相连接，录音单元连接到SD卡接口；主机中的电源单元通过转接单元与TETRA模块连接，TETRA模块连接天线。
2.根据权利要求1所述的一种轨道交通无线通信终端设备，其特征在于：机车台应用层程序执行以下步骤：判断是否已经创建了数据库，若已经创建了数据库，则读取数据库信息，否则先创建数据库，再创建各子界面进入界面管理，并按照创建串口类对象，先打开串口1进入录音单元读写管理，再打开串口3进入SB9600接口交互管理，再打开串口2进入短信业务交互管理，然后创建语音管理线程进入语音管理，创建数据库管理线程进入数据库读写管理，最后开启定时器，应用层程序流程结束。
3.根据权利要求1所述的一种轨道交通无线通信终端设备，其特征在于：机车台录音程序执行以下步骤：发送请求最老的一条语音信息详情到录音单元后，若接收到录音单元回复的应答报文，则解析报文，得到当前最老的一条语音信息的ID；若未接收到录音单元回复的应答报文，则重新发送请求最老的一条语音信息详情到录音单元，若重新发送三次仍未接收到录音单元回复的应答报文，则提示通信故障，接着发送请求最新的一条语音信息详情到录音单元，若接收到录音单元回复的应答报文，则解析报文，得到当前最新的一条语音信息的ID；若未接收到录音单元回复的应答报文，则重新发送请求最新的一条语音信息详情到录音单元，若重新发送三次仍未接收到录音单元回复的应答报文，则提示通信故障，发送请求最新的N条语音信息详情到录音单元，若接收到录音单元回复的应答报文，则解析报文，获得最新的N条语音信息详情到录音单元，然后更新语音界面显示；若未接收到录音单元回复的应答报文，则重新发送请求最新的N条语音信息详情到录音单元，若重新发送三次仍未接收到录音单元回复的应答报文，则提示通信故障。
4.根据权利要求1所述的一种轨道交通无线通信终端设备，其特征在于：机车台界面管理程序执行以下步骤：创建界面框架后，初始化子界面、串口和数据库，显示主界面后若有按键消息，且为左软键，则显示主菜单界面；否则按其它消息或其它按键处理，然后继续判断是否有按键消息，若为返回键，则返回到显示主界面；否则按其它消息处理，若为确认键，则显示子界面；若为方向键，则改变主菜单选中项；否则按其它按键处理。
5.根据权利要求1所述的一种轨道交通无线通信终端设备，其特征在于：机车台呼叫业务接口程序执行以下步骤：若有按下调度键，则判断当前是否处于注册状态，若当前处于注册状态，则MMI发送呼叫调度的短信息到TETRA主机，更新界面显示到与调度呼叫正在建立的状态；若当前未处于注册状态，则弹出提示界面，若接收到调度的回呼，则打开录音接口，更新界面显示与调度通话的状态，否则弹出提示界面，结束。
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