CSD在GSM-R手持終端的實(shí)現(xiàn)

　　隨著膠濟(jì)線、青藏線、大秦線GSM-R(Global Standard for Mobile Communications－Railway)網(wǎng)絡(luò)的試運(yùn)行，鐵道部已確定以GSM-R系統(tǒng)作為中國鐵路無線通信平臺(tái)，因此研究以GSM-R為平臺(tái)建立綜合無線通信系統(tǒng)，為GSM-R網(wǎng)絡(luò)各種作業(yè)提供無線通信手段和設(shè)備已迫在眉睫。

　　GSM-R手持終端在編組站中有著特殊的應(yīng)用。編組站的作業(yè)以小組為單位，完成調(diào)車、編組的工作。小組的每位成員均配備GSM-R專業(yè)手持終端，并根據(jù)職務(wù)要求的不同，具有如下功能：

　　·調(diào)車小組每個(gè)設(shè)備具有發(fā)起小組呼叫并通話的功能；

　　·調(diào)車小組調(diào)車長便攜臺(tái)具有發(fā)送調(diào)車指令的功能；

　　·調(diào)車員調(diào)車便攜臺(tái)具有發(fā)送緊急停車指令和解鎖指令的功能；

　　·調(diào)車機(jī)車控制臺(tái)依據(jù)調(diào)車小組成員發(fā)來的調(diào)車指令，控制調(diào)車機(jī)信號(hào)顯示；

　　·調(diào)車長發(fā)送的調(diào)車指令能夠以語音的方式通知到調(diào)車小組的每一個(gè)成員；

　　·機(jī)車控制器具有與機(jī)車運(yùn)行速度監(jiān)控器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。機(jī)車控制器將接收到的調(diào)車指令傳送到機(jī)車運(yùn)行速度監(jiān)控器，運(yùn)行速度監(jiān)控器依據(jù)調(diào)車指令對(duì)機(jī)車運(yùn)行速度進(jìn)行限速或者自動(dòng)停車控制；

　　·具有“測機(jī)”功能，當(dāng)列車行進(jìn)時(shí)可以測試調(diào)車長便攜臺(tái)的工作狀態(tài)，確保調(diào)車安全；

　　·具有調(diào)車計(jì)劃單遠(yuǎn)程傳送功能。調(diào)車計(jì)劃中心可以將調(diào)車作業(yè)任務(wù)計(jì)劃遠(yuǎn)程傳送到調(diào)車機(jī)車控制器并打印，或者傳送到調(diào)車小組成員的顯示終端并存儲(chǔ)、顯示。

　　由于在調(diào)車過程中要求有很高的實(shí)時(shí)性，規(guī)定數(shù)據(jù)必須在500ms內(nèi)由發(fā)送端到達(dá)接收端，普遍采用的GPRS方式不能滿足這種實(shí)時(shí)性的要求，因此必須采用CSD(Circuit Switched Data)方式的數(shù)據(jù)傳輸才能滿足所規(guī)定的數(shù)據(jù)延時(shí)。我們采用Atmega128和SIEMENS MC55完成此功能。

硬件電路設(shè)計(jì)

　　SIEMENS MC55無線模塊是當(dāng)今市場上尺寸最小的三頻模塊。其緊湊型設(shè)計(jì)特別適用于大規(guī)模生產(chǎn)的生活消費(fèi)品，例如移動(dòng)電話、Smart phones、PDA以及其他便攜式設(shè)備。

　　MC55主要的特性與技術(shù)指標(biāo)主要包括以下幾點(diǎn)：

　　·頻段為三頻GSM900MHz、GSM1800MHz和GSM1900MHz，滿足GSM-R的頻段。

　　·支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真;

　　·可選波特率300bps~230kbps

　　·電流消耗：休眠狀態(tài)為3mA，空閑狀態(tài)為15mA，發(fā)射狀態(tài)為260mA(平均)，1.6A峰值;

　　MC55的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù):8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗(yàn)位，波特率在300bps~230kbps之間可選，硬件握手信號(hào)用RTSO/CTSO，軟件流量控制用XON/XOFF，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。

　　由于Atmega128和MC55都有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，因此硬件設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡單，如圖1所示。

　　 圖1 硬件電路圖

Atmega128的PE4與MC55的IGT相連，用于啟動(dòng)MC55模塊。Atmega128的TX0/RX0與MC55的TX0/RX0相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出。MC55的RING0接Atmega128的中斷線，作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛嘈盘?hào)。

軟件設(shè)計(jì)

　　MC55模塊要正常工作,首先要啟動(dòng)模塊并對(duì)串口進(jìn)行配置,然后通過串口發(fā)AT命令進(jìn)行CSD連接。具體工作流程如下:

　　(1)配置Atmega128串口

　　MCU必須通過串口發(fā)送AT命令,才能控制MC55模塊的工作狀態(tài)，因此MCU必須首先進(jìn)行串口設(shè)置，包括打開串口、設(shè)置波特率、幀格式和流量控制等。

　　對(duì)Atmega128串口寄存器具體設(shè)置參數(shù)如下，波特率設(shè)為9600bps，數(shù)據(jù)位8b，無流量控制。

　　(2)啟動(dòng)模塊

　　系統(tǒng)上電后,模塊的引腳IGT上必須有一個(gè)下拉脈沖且最少需要延時(shí)100ms,模塊才能正常啟動(dòng)。啟動(dòng)后,引腳VDD電壓從0升到2.9V?？梢砸罁?jù)引腳VDD的電壓判斷MC55模塊是否已經(jīng)正常啟動(dòng)。電路中由Atmega128的引腳PE4提供IGT上的啟動(dòng)脈沖。需要特別注意的是MC55模塊啟動(dòng)后需要等待900ms才能正常使用串口。

　　(3)串口配置完成后,就可以對(duì)模塊發(fā)初始化命令

　　在初始化過程中，所有的參數(shù)必須返回“OK”，如果模塊沒有正確返回參數(shù)值，則會(huì)重新對(duì)其進(jìn)行配置。

　　(4)發(fā)送撥號(hào)指令，進(jìn)行CSD連接

　　MC55只能在空閑的時(shí)候才能進(jìn)行撥號(hào)，假如處于別的狀態(tài)(例如上次撥號(hào)模塊未返回結(jié)果等)，需要先將模塊復(fù)位，回到空閑狀態(tài)。在撥號(hào)過程中，設(shè)立一個(gè)等待最大時(shí)限(20S)，如果模塊沒有返回呼叫成功或者失敗的結(jié)果碼，則認(rèn)為呼叫失敗，將模塊復(fù)位，重新?lián)芴?hào)。在呼叫連接成功后，可以進(jìn)行調(diào)車數(shù)據(jù)的發(fā)送，在整個(gè)調(diào)車過程中，CSD連接一直保持，直到調(diào)車工作結(jié)束，這樣才能滿足鐵道部規(guī)定的數(shù)據(jù)必須在500ms內(nèi)由發(fā)送端到達(dá)接收端的要求。

結(jié)語

　　在鐵路專用GSM-R手持終端中應(yīng)用Atmegal128控制GSM模塊MC55，實(shí)現(xiàn)CSD連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。我們對(duì)GSM-R手持終端進(jìn)行了CSD數(shù)據(jù)收發(fā)的功能測試，經(jīng)過實(shí)際測試，鐵路專用的GSM-R手持終端在收發(fā)調(diào)車指令數(shù)據(jù)時(shí)，最小延時(shí)為198ms，最大延時(shí)為480ms(取決于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài))，滿足鐵道部規(guī)定的數(shù)據(jù)必須在500ms內(nèi)由發(fā)送端到達(dá)接收端的要求，數(shù)據(jù)指令能夠高效、可靠的進(jìn)行傳送，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場編組站調(diào)車指令傳送的功能。

參考文獻(xiàn)：
1. SIEMENS MC55 DATA SHEET version 02.06，10.29.2004