本站原创摘 要
针对现有的机械尺式和数字式轨距尺的局限性,笔者研制了集数字显示、无线传输、手持电子记录与存储与一体的新一代新型轨距测量系统,从软硬件角度对该系统进行了详细设计,实现了轨距尺测量数据的无线传输与手持终端（PDA）上的显示与存储,有效提高了铁路检修的工作效率和检测精度.
【关 键 词 】蓝牙 轨距尺 PDA
1.引言
高速列车的安全性和舒适性最终体现在轨道的平顺性,而轨距、水平、高低和方向等因素都起着决定性的作用.因此,铁道部对轨道几何参数检测的主要量具―轨距尺提出了严格的要求,为此,铁道部修订颁布了TB/T 1924-2008《标准轨距铁路轨距尺》行业标准和G 219-2008《标准轨距铁路轨距尺检定规程》.目前使用的机械尺式轨距尺其准确度受制造水平、使用条件、使用人员测量水平等因素制约,使用中存在测量精度低、误差大等缺陷；部分车站配备的数字式新型轨距尺虽然解决了上述弊端,但数据的记录作业依然采用传统的纸质文档记录,检测作业量大,有时会出现记录数据做假现象.
为解决上述问题,研制集数字显示、无线传输、手持电子记录与存储于一体的新一代新型轨距测量系统对于促进我国铁路运输效益具有很重要的意义.
2.系统分析
新型轨距测量系统旨在利用计算机技术、通信技术和传感器技术,使得测量人员方便、快捷的完成测量作业,同时实现测量作业的无纸化.图1为新型轨距测量系统的系统方案图.新型轨距测量系统主要由数显轨距尺（以下简称下位机）与手持终端系统（以下简称上位机）组成.
新型轨距测量系统的主要功能如下：
（1）测量功能.下位机能够对标准轨距、水平（超高）、查照间隔和护背距离进行精确测量；（2）显示功能.下位机和上位机对于测量的数据都能够实时显示,且在强光下显示数字依然清晰可见；（3）标定功能.通过标定功能消除机械、电气上的误差,保持测量仪器的测量精度；（4）存储功能.上位机对于测量数据能够保存在后台数据库,保证测量数据的可追溯性；（5）记录查询.将之前的操作记录以列表形式显示出来,并能查看某项记录的详细数据清单；（6）报表输出.对于记录保存的数据按照一定的报表格式（如Excel格式）进行输出；（7）通信功能.下位机与上位机一对一通信,完成测量数据的无线收发.
3.系统的硬件设计
新型轨距测量系统的硬件主要由测量设备（数显轨距尺）与记录设备（手持终端系统）组成.两者之间通过蓝牙通信的方式完成数据的无线传输.
3.1 数显轨距尺的选用
现有市场上销售的数显轨距尺本身并不具有蓝牙通信功能,如图2所示.笔者在原有数显轨距尺的基础上,重新设计主控制板,增加蓝牙通信接口模块,图3所示为主控制板部分原理图及PCB图.
3.2 手持终端的选用
考虑到作业人员的可操作性和便携性,本系统选用西安某公司生产的手持终端,主要技术参数：采用WinCE5.0操作系统；3.5寸TFT低温多晶硅QVGA显示屏；待用USB主从口,RS232接口和TTL串口；带有蓝牙V2.0和802.11b/g模块；内置13.56MHz/125K读卡模块和200万像素CMOS摄像头；支持串口便携式热敏打印机等.该型号手持终端满系统的设计需求,如图4所示.
3.3 蓝牙模块的选用
蓝牙（Bluetooth）是一种短程无线通信技术,工作在2.4GHz的I频段.蓝牙采用了快速跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱（Spread Spectrum）,将2.402GHz～2.48GHz频段分成79个频点,相邻频点间隔1MHz.
本系统采用蓝牙转串口HC-06无线模块,如图5所示.模块采用CSR主流蓝牙芯片（蓝牙V2.0协议标准）,可以通过AT指令修改波特率、蓝牙名称以及配对.蓝牙模块与数显轨距尺的主控制器芯片之间以透明传输的方式传输数据.
4.蓝牙通信协议的软件设计
数显轨距尺的主控制器与蓝牙模块之间采用通用异步收发器UART通信,因此程序设计上需要对UART进行配置完成数据的发送和接收.主要程序包含在源文件UART.c和头文件UART.h中,具体函数有UART2_Init初始化函数、UART_Send_String字符串发送函数、Send_Data_Frame数据帧发送函数、Request_Receive_Frame应答帧解析函数和_U2RXInterrupt中断服务程序.
UART2_Init初始化函数将UART的RX和TX分配到可重映射端口RP16和RP19,同时设置波特率为9600bps,使能串口发送,允许串口接收中断,中断优先级为5级；UART_Send_String函数可连续发送多个字节组成的字符串；Send_Data_Frame函数按照已定义的通信数据帧格式：[同步头]、[控制字]、[对象]、[数据]、[校验字]、[结束符]组成一帧数据,通过UART_Send_String函数将这帧数据打包发送给上位机,发送帧及相关参数说明如表1和表2所示.
程序设计上上位机发送的应答帧数据采用中断方式接收,_U2RXInterrupt中断服务函数将接收到的应答帧数据存储在指定的数组内,同时置标志位为1,Request_Receive_Frame应答帧解析函数在主程序while循环中不断扫描,当扫描到标志位Request_Frame_Flag为1时,对上位机发送的应答帧数据进行解析,主要流程图如图6所示.应答帧数据帧格式：[同步头]、[控制字]、[对象]、[状态标值]、[校验字]、[结束符],应答帧及相关参数说明如表3和表4所示.若应答帧的状态值表明数据正确,则继续发送下一帧数据；若状态值表明数据错误,则重发上一次操作的数据帧.轨距和超高数据均发送成功后,界面提示数据发送成功.
5.测试
下位机和上位机首先进行蓝牙配对,配对成功后,上位机在选择好功能模块后（如线路作业、道岔作业等）,可开始测量作业.图7-图10为上位机测量的数据显示,与下位机OLED显示屏的数据一致,多次测量后,数据有效可靠.
6.结论
随着计算机技术和通信技术的成熟与发展,基于无线数据传输的新型轨距测量系统必定会取代老式的轨距尺,具有广阔的市场前景.新一代轨距测量系统能大幅度提高铁路检修的工作效率和检测精度,为保障铁路运输安全和通畅提供了便利条件.