基于藍牙無線傳輸的輪重儀數據管理系統研發

任寧 上海鐵路局科研所

基于藍牙無線傳輸的輪重儀數據管理系統研發

任寧 上海鐵路局科研所

基于藍牙無線傳輸的輪重儀數據管理系統實現對輪重儀檢測數據的接收、整理，同時把檢測數據實時/延時傳輸到數據管理服務器，自動保存到數據庫，并開發基于B/S架構的客戶端軟件對數據進行匯總，實現對檢測數據的實時監控、查詢、分析和管理。

輪重儀；藍牙通信；手持機；Socket通信協議；數據管理

1 背景

鐵路提速對影響運輸安全的貨車超偏載檢測提出了更高要求，采用先進的檢測手段是確保安全運輸的必要手段。RWLS-Ⅰ型便攜式鐵道車輛輪重儀是在鐵路裝車現場檢測車輛超載、偏載、偏重的專用檢測設備，已被全路各裝車點廣泛使用，為確保提速運輸的安全提供有效技術手段。隨著輪重儀的普遍使用，產生了大量的檢測數據，目前這些檢測數據只停留在現場檢測使用，未實現數據的傳輸、處理、存儲和分析統計，如果能夠對檢測數據進行深度挖掘處理，將使輪重儀的檢測效率得到更大的提升，同時對現場的運輸安全和管理者的決策提供更多的幫助?；谒{牙無線傳輸的輪重儀數據管理系統就是在此基礎上為對輪重儀采集的數據進行全面的開發利用而研發的系統，該系統實現對輪重儀檢測數據的傳輸接收處理，為現場作業和管理部門提供支持。

2 系統建設思路

RWLS-Ⅰ型便攜式鐵道車輛輪重儀是在鐵路裝車現場使用的檢測設備，要想實現對其檢測數據的管理，首先必須解決數據的傳輸問題，為了不改變輪重儀的本體結構，我們利用輪重儀測力打印裝置的輸出口，進行數據接口的轉換，并通過藍牙模塊把數據發送到移動設備，然后利用無線技術再把處理后的數據發送至服務器設備，最后通過終端設備實現對數據的管理。

2.1 系統總體目標

基于藍牙無線傳輸的輪重儀數據管理系統建立了輪重儀檢測數據管理中心，實時監聽下位手持式終端發送至數據管理服務器上的數據，自動保存到數據庫并進行計算，同時開發基于B/S架構的客戶端軟件，實現對檢測數據的實時監控、查詢、分析、管理等功能?；谒{牙無線傳輸的輪重儀數據管理系統的拓撲結構如圖1所示。

圖1 系統拓撲圖

2.2 系統設計思路

輪重儀八個輪重的測量數據通過藍牙無線傳輸將結果傳輸到手持機，在手持機界面中輸入車牌號、自重等信息后自動顯示接收結果，計算得到每一節車的總重、偏重、偏載等數據，并把檢測數據通過3G遠程發送，實時/延時傳輸到服務器保存至數據庫，終端用戶通過網頁實現對數據的訪問。設計思路如圖2所示。

圖2 設計思路

3 系統設計原則

（1）兼容性強。RWLS-Ⅰ型便攜式鐵道車輛輪重儀已在現場廣泛應用，系統設計必須考慮兼容性，即不能改變輪重儀本體的結構。該系統就利用輪重儀的打印輸出接口，通過更換數據轉換模塊的外部數據線，可兼容已經出售的4針數據線輪重儀和6針數據線輪重儀，實現數據的傳輸。

（2）模塊化設計。使用外置便攜打印機，用戶可根據需要進行選配?？蓴U展性強。

（3）可靠性高。輪重儀檢測數據關系到鐵路運輸的安全，因此系統設計之初應充分考慮到設備的可靠性，為此手持機選用了工業性機型，該種機型數據存儲容量大，環境適應能力強，很好的滿足了用戶對設備的可靠性要求。

3.4 數據管理便捷

為使管理者能快速的掌握輪重儀檢測數據，數據管理便捷至關重要。本系統中手持機可查詢所有錄入的歷史數據，數據管理平臺用B/S模式，任何能接入互聯網有權限的瀏覽器終端用戶均能訪問，且系統升級維護方便。

4 關鍵技術設計

（1）帶安卓系統的手持機與服務器之間通過3G進行無線通訊。該通訊系統主要是利用了面向連接的Socket通信協議來實現。該模式下客戶端的Socket必須在發送數據之前與服務器的Socket取得連接。一旦連接建立了，Socket就可以使用一個流接口進行打開、讀、寫、關閉等操作。本系統把手持機作為客戶端，PC機作為服務器端。當裝有安卓系統的手持機與服務器進行通信時，先運行服務器端通過ServerSocket編制的接收信息程序模塊，使服務器處于監聽狀態，然后運行安裝在安卓客戶端通過Socket（IP地址）編制的發送信息程序模塊，其中Socket中的IP地址是服務器的IP地址，連接成功后，兩者就可以相互通信了。

（2）藍牙通訊的實現。本系統中手持機與輪重儀的數據傳輸以及手持機與打印機的數據傳輸都是通過藍牙通訊來實現的。藍牙通訊也是通過Socket通信協議來實現的，主要利用了BluetoothSocket和BluetoothServerSocket類。通過BluetoothAdapter.getDefaultAdapter()取得默認的藍牙適配器，當擁有本地適配器以后，用戶可以獲得BluetoothDevice(藍牙設備)，獲取藍牙地址，進行藍牙通信。在服務器端，使用BluetoothServerSocket類來創建一個監聽服務端口。當一個連接被BluetoothServerSocket所接受，它會返回一個新的BluetoothSocket來管理該連接。在客戶端，使用一個單獨的BluetoothSocket類去初始化一個外接連接和管理該連接。一旦建立連接，就能進行讀寫等操作了。

（3）基于B/S（Browser/Server,瀏覽器/服務器）架構的客戶端應用程序開發。該結構模式將系統分為用戶界面層（也稱為表現層）、業務邏輯層（也稱為功能層）和數據庫服務層（也稱為數據層），其優點是分布性強、維護和升級方式簡單且共享性強，充分適用于設備分布地域廣、應用分散的特點，為輪重儀檢測數據的查詢、監控、分析提供長期技術支撐，實現遠程管理。

5 下位數據采集與無線傳輸終端設計

數據采集模塊采用基于ARMCortex-M3內核的工業級STM32芯片，32位數據，時鐘頻率72MHz，超低功耗?？蓮妮喼貎x中引出共4根線，分別為5V電源線和UART3根線線（TX、RX、GND）。數據采集模塊進行5V到3.3V的電源轉換，并將UART的TTL電平轉換為LVTTL電平，并進行數據接口的轉換，實現手持機的藍牙無線通訊，同時實現與手持機RS232通訊有線數據傳輸。

無線傳輸終端由輪重儀數據藍牙傳輸模塊、手持機系統和工業級便攜藍牙熱敏打印機三部分組成。通過輪重儀的打印口，將數據通過藍牙方式轉發給終端手持機，手持機通過安卓系統的程序開發，實現對數據的采集、查詢以及存儲。

手持機的外觀及參數要求如下：

外形尺寸：外觀最大尺寸：190mm×75mm×30mm；手持部分：90mm×60mm×25mm

重量：350g（帶電池）

操作系統：支持Android等主流操作系統，支持多語言

CPU：1GHz

顯示屏：3.5英寸TFT-LCDVGA（480×640）彩色觸控屏幕

內存：ROM：512MBNandFlash；RAM：512MBMobile DDR

安卓系統開發的應用程序運行界面如圖3所示。用戶登錄后選擇相應的菜單功能鍵，進入相應操作界面。

圖3 程序運行首界面

圖4 連接情況

進入數據采集，自動連接綁定的藍牙地址，并顯示與輪重儀藍牙的連接情況，如圖4左側所示；接收數據成功后，直接彈出圖4右側的界面。

按鈕標題上直徑顯示“第1組數據”，“第2組數據”，“第3組數據”，“第4組數據”字樣，不需要顯示具體的數據，然后進入圖5左側的數據輸入界面；輸入車牌號和自重點擊“顯示”后，會出現圖5右側的輪重儀數據，點擊下方的各按鈕實現對數據的操作。

圖5 數據采集

圖6 數據查詢

數據查詢可按日期或車牌號對輪重儀數據查詢。單擊每條記錄最右邊的“查看”按鈕就可以顯示具體數據；單擊“刪除”可以刪除該行記錄（見圖6）。

6 數據平臺設計

手持終端發送的數據報文，整理后寫入后臺服務器端數據庫，在服務器端建立輪重儀檢測數據管理中心，實現對輪重儀原始檢測記錄、車輛類型字典、車站字典（描述局別、車務段/直屬站、車站之間從屬關系）、輪重儀基礎信息及報警參數設置等信息的管理；同時對檢測數據按偏重、偏載、超載進行匯總統計。

登錄輪重儀安全檢測監控系統后，直接顯示監控數據；按網站左側菜單按鈕實現對輪重儀數據的查詢、分析和匯總。

7 測試情況

目前，基于藍牙無線傳輸的輪重儀數據管理系統已經完成了藍牙傳輸模塊、手持機系統和終端網站的開發，現場測試數據傳輸安全可靠，數據的計算結果正確，數據分析匯總直觀便捷，可以在現場使用。在后續的維護工作中，我們將根據實際使用情況繼續對系統進行完善，以便更好地為鐵路運輸安全服務。

8 結束語

基于藍牙無線傳輸的輪重儀數據管理系統是一套以無線傳輸和網絡共享相結合的軟硬件系統，它通過無線傳輸的手持機實現對輪重儀檢測數據的接收，利用終端網絡對接收的數據實時監控、查詢、分析和管理，為管理者提供決策和支持。該系統的研究與開發使輪重儀在確保安全運輸方面發揮更積極的作用。

責任編輯：王華 胡雄偉
來稿日期：2013-12-23