轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统的制作方法

专利名称：：轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统的制作方法
技术领域：
：本实用新型属于轨道交通检票计算机控制系统，特别涉及一种轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统。
背景技术：
：轨道交通专用闸机(AGM)是地下铁路售检票系统(AFC)中的重要设备，作为地铁站大厅内付费区与非付费区之间的唯一开放通道，对不同乘坐距离的乘客储值卡/单程票直接进行扣费交易和自动检票，对乘客进出通道实行自动化管理与监控。本实用新型以前的轨道交通专用闸机产品均采用通用的工控计算机作为其核心控制模块，实时性较低，在大客流量冲击下、票卡业务和交易处理繁杂，极易产生闸机故障，严重时导致系统崩溃，出现死机现象，需要系统重启。另外，由于每个城市的地铁运营和票务管理规则不同，对闸机的功能需求也有差异，以往闸机生产商只能根据不同城市的需求经常变更控制设计，使得生产过程繁琐复杂，以致闸机的门机构的生产与闸机的控制系统生产发生分离，须由不同厂商协助完成。导致闸机内部模块安置混乱、模块占用空间庞大、布线繁杂、同时也使闸机的维护和故障维修很不便、生产成本上升。名词解释闸机自动门通行控制管理设备，对单程票具有检票功能，对储值票具有扣款的交易功能，对有效票完成该功能后放行，对无票或无效票则禁行。轨道交通建立在铁轨、机车基础上的一系列运营交通管理服务系统，包括城市地铁、轻轨系统，也包括城际铁路客运专线。嵌入式控制基于嵌入式系统应用的计算机设备控制系统。TFT模块:以TFT(ThinFilmTransistor)显示屏为主体，完成声、光、图形界面用户交互功能的设备模块。IO模块对闸机内各输入、输出信号进行集中采集，驱动、管理的模块。Dir模块闸机通道通行方向指示器。SH模块；传感器集线控制器。单程票票箱安置在闸机内部，收集回收单程票的储票箱。引导指示灯在闸机表面，显示乘客当前行走通行方向的引导器。语音设备；内部固化有语音提示的模块，并按业务规则对乘客播放提示语音的设备。传感器阵列按一定规则安装排布，对乘客通行行为进行采样识别的红外传感器集合；紧急按钮专门为车站突发紧急事件而设立的触发开关。向闸机传递紧急信号，触发闸机完成相关紧急事务处理。扇门机构闸机对通行人员进行拦阻用的门控组件。包含扇形门，门执行机械部件、电气驱动部件。一对扇形门相互作剪刀式打开或闭合运动的闸机称为剪式门闸机，该类闸机关广泛用于地铁系统。UPS电源不间断电源设备。磁票/读卡机对磁票进行读写操作的电气、机械组件。读卡设备对非接触式IC卡进行读写操作的设备。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统。本实用新型的技术方案是一种轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，其特征在于由嵌入式ARM9200CPU作核心控制芯片将DCU-1和DCU-2两个硬件模块紧密结合在一起构成系统的控制中驱，控制模块DCU-2通过3个232通道分别连接UPS电源、磁票/读卡机、读卡设备；控制模块DCU-1通过485总线连接10模块、Dir模块、TFT模块、SH开关模块；10模块连接单程票票箱控制器，Dir模块连接温度检测装置，TFT模块连接维修键盘、状态灯、引导指示灯、语音设备；SH模块连接传感器阵列、紧急按钮、维修门状态和维修门照明灯。数据线驱动控制模块DCU模块由CPLD逻辑模块连接W77E58芯片组成。10模块由W77E58芯片连接CPLD逻辑模块再连接光电隔离器组成。Dir模块由W77E58芯片连接CPLD逻辑模块再连接驱动电路组成。TFT模块由S3C2410X芯片组成。SH模块由89C2051芯片连接CPLD逻辑模块组成。读卡设备由W77E58芯片连接MFRC531芯片连接RF天线组成。本实用新型特点效果是采用嵌入式ARM9200CPU作为核心控制芯片，该芯片的功能强大；采用先进的VxWorks操作系统，具有极强的"实时"响应性能；硬件系统采用模块化设计，高度集成化；硬件模块使用总线结构连接；系统并行高效处理业务处理与设备控制分离，各自相互独立同时执行；多功能的TFT乘客显示器；具有多种降级运营模式；具有休眠功能，节能省电；具有远程监控、远程诊断和修复功能；设计了强大的综合模拟测试平台，与本实用新型闸机的控制系统配套。每个模块在功能上是完全独立的，实现特定的专有任务。在物理位置上每个模块又是分散在AGM的不同地方，他们通过"485总线"有机的联系在一起，协调完成各种功能。这种设计有下列优点模块在功能上独立，各模块之间是并行处理，所以系统处理效率很高；模块间用总线连接，互连容易，非常简洁；系统重组很容易，修订与扩展很方便；增加新的模块不会影响原有功能和原有软件、硬件；系统故障定位容易，模块更换十分简便；维护方便；本专用闸机的控制系统结构为总线结构、高度模块化、集成化设计；先进的嵌入式ARM9，运行强实时操作系统，在实时性、可靠性方面明显优于国际著名同类轨道交通闸机品种，成为目前国际上地铁闸机中最具先进性的控制系统。至今，没有哪一家轨道交通闸机生产厂家采用该种技术方案。高效并行处理机制本实用新型的闸机控制系统包含DCU-1和DCU-2两个硬件控制模块，DCU-1主要运行"运营业务"软件；DCU-2则主要运行闸机自身"模块控制"软件。该种设计达到的效果致使"运营业务"和"模块控制"相互独立，并行处理，使整个控制系统效率更高，处理速度更快，实时性更好。强大的综合模拟测试平台跟本实用新型闸机的设计配套，本实用新型还研制了功能强大的综合测试平台，该平台的功能是元件级测试负责对所有外购元件的性能指标检测；模块级测试:对各模块的功能和技术指标测试，进行模块维护修理；系统模拟模拟地铁站一级的上位计算机的部分功能，可以对站内未安装/已安装的闸机实施现场整机联调；系统级测试可以在闸机的安装现场测试闸机的运营相关功能，模仿大流量业务冲击，进行压力测试。同时可以对现场闸机的功能及其内部各模块进行现场诊断和维护业务。多样化的降级运营模式本实用新型的控制系统中还实行"模板化"的降级模式设计，能适应地铁运营中可能发生的各种不同特发事件，能满足不同城市不同线路运营者提出的各种可能降级模式要求。多功能TFT乘客显示器对于绝大多数轨道交通AFC系统总包商来说，其生产闸机的TFT乘客显示器仅仅显示乘客阅读提示信息和闸机的当前服务模式。本实用新型闸机的显示器则有多种显示功能，包括乘客阅读的提示信息；闸机在现场运营时的当前服务模式(各种降级运行模式等)；闸机在运营中的当前工作状态(当前通道号、单向/双向，常开/常闭，在线/离线，实时时钟，回收票箱内票卡数目，闸机内当前温度等)对闸机通道内乘客通过行为提供实时信息；显示设备监控的报警信息，具有语音提示功能；维修模式时设备诊断信息显示；数据导入导出显示屏，历史交易记录、参数、软件版本、运行时间表检查显示屏；更换票箱，打开维修门前授权密码登陆显示屏；前5名乘客刷卡票务信息和通过时的行为信息显示，当发现"尾随逃票者"时，可将该信息作为对其进行相应处罚的依据；AGM休眠功能，节能省电节约能源已成为本实用新型产品所有设备/模块设计的重点课题之一,本实用新型为降低轨道交通专用闸机的能耗，对闸机采用了休眠设计。一方面节能省电，另一方面又延长了TFT屏和红外传感器的使用寿命。具有远程监控、远程诊断和修复功能本实用新型闸机可以通过互联网对己出售的闸机进行远程监控、远程故障诊断。也可以通过互联网进行软件版本的升级。实施更为有效的售后服务。保证整个AFC系统的安全。快速的黑名单检索本实用新型闸机的控制系统对于黑名单票卡及庞大的黑名单数据采取了有效的动态排序设计，使20万黑名单信息从进入到检索得出判定结论，总共所花的时间仅为2毫秒，处理速度大大超过了目前很多同类闸机，使黑名单票卡得以极快速的实时处理。轨道交通专用闸机采取本实用新型实用新型创造后与同类产品相比的明显优点(1)闸机控制系统对处理大客流下大业务量的能力充足，不出现死机或系统的崩溃，压力试验表明按照地铁业务的票卡检査规则要求，票卡交易速度达到80人次/分钟，本实用新型闸机的控制系统仍可满足实时控制和业务量的的处理。(地铁业务要求票卡交易速度大于等于60人次/分钟；)(2)由于采用了嵌入式系统控制，使得整个闸机系统的高度模块化和集成化成为可能，与传统的相同功能的双向闸机相比，闸机内部空间得到大量富余，使闸机的外形尺寸大幅縮少成为可能。(3)由于采用嵌入式系统，总线结构和分布式模块设计，闸机内各模块的接线得以大幅度减少。闸机内部显得简单明快，简洁有序，既大量地节省了线材使用，又使闸机的维护，维修十分便捷。(4)本实用新型的闸机控制系统可以十分灵活的配置闸机功能模块，以满足各种不同业主的使用需求。可在核心模块和控制软件不发生变动的前提下，加入业主的多种个性化需求，使得闸机的应用范围不仅局限于地铁系统，同时适合大铁路的城际快速客运专线和城市的快速公交系统(BRT系统)，还适用于高档商务楼宇和场馆的出入口控制领域。(5)本实用新型创造的控制系统采用了节能设计，增加了自动休眠和唤醒设计，使非客流高峰时段的能耗减最少。这是传统产品所不具备。图1是DCU模块结构框图图2是I0模块结构图图3是Dir模块结构框图图4是TFT模块结构框图图5是SH模块结构框图图6是读卡设备结构框图图7是轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统的结构总框图具体实施方式如图7所示的一种轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，由嵌入式ARM9200CPU作核心控制芯片，嵌入式ARM9200CPU连接两个硬件数据线驱动控制模块DCU-l和DCU-2，控制模块DCU-l连接扇门机构，控制模块DCU-2连接UPS电源、磁票/读卡机、读卡设备；嵌入式ARM9200CPU连接10模块、Dir模块、TFT模块、SH开关模块；IO模块连接票箱，Dir模块连接温度控制装置，TFT模块显示维修、运行、引导指示、语音状态；SH模块连接传感器阵列、紧急按钮、维修门、维修灯。如图1所示的数据线驱动控制模块DCU模块由CPLD逻辑模块连接W77E58芯片组成。如图2所示的10模块由W77E58芯片连接CPLD逻辑模块再连接光电隔离器组成。如图3所示的Dir模块由W77E58芯片连接CPLD逻辑模块再连接驱动电路组成。如图4所示的TFT模块由S3C2410X芯片组成。如图5所示的SH模块由89C2051芯片连接CPLD逻辑模块组成。如图6所示的读卡设备由W77E58芯片连接MFRC531芯片连接RF天线组成。本实用新型的轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统屏弃了使用工控计算机作为闸机的核心控制器的传统做法，在全球各生产厂商中目前唯一使用了专门的嵌入式系统作为其核心控制器，闸机的总控模块DCU采用ARM9作为其核心芯片。主控单元DCU分为两部分，一部分司职闸机自身控制，另一部分司职闸机的对外运营和票卡交易，两者并行运行，使闸机的处理效率得以大幅提高，具有很强的可扩展性；在大客流量冲击下，可以高效处理巨大业务量，不发生闸机的系统崩溃和其他故障；该嵌入式系统配合实时性很高的专用VxWorks操作系统，更使闸机具有很强的响应性能；闸机采用了总线结构和模块化设计，模块间用总线连接，互连容易，非常简洁。另外，闸机在不同地铁系统中有多种运营方式、需要多种储值卡种、采用多种不同的读写器，该种多样性需求往往导致闸机的设计诸多变更，非常繁杂，为此，本实用新型使用了独特的模版化设计方法，可以应对不同城市地铁运营规则的各种变化，无需再作大幅的总体设计修改，在生产中具备了针对不同业主需求进行变更的强适应能力。本专用闸机的控制系统结构为总线结构、高度模块化、集成化设计本实用新型的硬件设计采用"功能模块+总线结构"构建。本实用新型的硬件功能模块有6种<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>每个模块在功能上是完全独立的，实现特定的专有任务。在物理位置上每个模块又是分散在AGM的不同地方，他们通过"485总线"有机的联系在一起，协调完成各种功能。权利要求1、一种轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，其特征在于由嵌入式ARM9200CPU作核心控制芯片将DCU-1和DCU-2两个硬件模块紧密结合在一起构成系统的控制中驱，控制模块DCU-2通过3个232通道分别连接UPS电源、磁票/读卡机、读卡设备；控制模块DCU-1通过485总线连接IO模块、Dir模块、TFT模块、SH开关模块；IO模块连接单程票票箱控制器，Dir模块连接温度检测装置，TFT模块连接维修键盘、状态灯、引导指示灯、语音设备；SH模块连接传感器阵列、紧急按钮、维修门状态和维修门照明灯。2、根据权利要求1所述的轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，其特征在于由控制模块DCU驱动CPLD逻辑模块连接W77E58芯片组成。3、根据权利要求1所述的轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，其特征在于10模块由W77E58芯片连接CPLD逻辑模块再连接光电隔离器组成。4、根据权利要求1所述的轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，其特征在于Dir模块由W77E58芯片连接CPLD逻辑模块再连接驱动电路组成。5、根据权利要求1所述的轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，其特征在于TFT模块由S3C2410X芯片组成。6、根据权利要求1所述的轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，其特征在于SH模块由89C2051芯片连接CPLD逻辑模块组成。7、根据权利要求1所述的轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，其特征在于读卡设备由W77E58芯片连接MFRC531芯片连接RF天线组成。专利摘要一种轨道交通专用闸机的嵌入式控制系统，由嵌入式ARM9200CPU作核心控制芯片将DCU-1和DCU-2两个硬件模块紧密结合在一起构成系统的控制中驱；具有极强的“实时”响应性能；硬件系统模块化设计，高度集成化；硬件模块总线结构连接；系统并行高效处理业务处理与设备控制分离，各自相互独立同时执行；多功能的TFT乘客显示器；具有多种降级运营模式；具有休眠功能，节能省电；具有远程监控、远程诊断和修复功能；设计了强大的综合模拟测试平台，与闸机的控制系统配套。文档编号G05B19/04GK201188229SQ20082007435公开日2009年1月28日申请日期2008年4月9日优先权日2008年4月9日发明者周庆常,聪商,巍李,熊良送,黄友民申请人:天津市先志越洋科技有限公司