试析武钢GK1B改造机车显示屏设计

试析武钢GK1B改造机车显示屏设计
摘要：将传统的轨道牵引机车由燃油动力变成电动驱动，再让电动机车运营实现绿色环保，为中国的“双碳”战略和低碳经济做出更多重要贡献，助推企业实现高质量发展。

公司紧盯国家“双碳”战略，聚焦工业低碳细分目标，坚持自主创新，打造内燃机车和新能源纯电动轨道牵引机车的精品。

关键词：GK1B改造机车；节能环保型；显示屏设计
微机显示屏主界面向司机提供了机车基本运行参数，如机车速度、工况、牵引力、柴油机转速、动力电池SOC、列车管和均衡风缸压力等，并提供机车状态图标指示器，以及机车的故障信息和提示信息。

主界面是微机显示屏操作界面的第一级界面，通过点击主界面下方的附有文字的按钮（或相对应的按键），可以进入下一级操作界面。

为了便于人机交互功能，将主界面进行分区划分为A、B、C、D、E，5个大区，每个大区包含若干个小区，通过对微机显示屏的操作，进入各功能界面，在各功能界面，司机可获取机车的状态、故障等运用信息，并可以在界面上进行机车功能设置、故障复位等操作，以及机车维护等操作。

网络系统界面提供了列车的所以系统的运行状态，可以清晰地查看各个子系统状态。

其中红色表示设备通信故障、绿色表示通信正常。

为了能够满足机车的设计要求，需要规范显示屏设计，先要选型适合的显示屏硬件，然后再定制具体开发规范，最后再编写具体应用软件。

1显示屏的基本情况介绍
1.1显示屏的硬件分析
GK1B改造机车节能环保型调车机车的显示屏主要是进行复杂控制的设备，同时还可以进行指示操作，这是一个比较系统的设备。

上面显示的过程和数据需要外部操作才可以输入相关信息，在具体操作过程中可以通过按键或者是触屏方式进行相关操作。

GK1B改造机车显示屏应用的是10．4英寸屏幕，具有LED背光功
能，其分辨率是81024×768液晶屏，配备了2个网络接口，还有具有 2 路独立CAN 通讯功能，以及1个USB接口。

显示屏的电源是DC24V，防护等级是IP65。

1.2系统和开发环境分析
GK1B改造机车显示屏是内嵌的Linux系统，其硬件是基于AＲM架构的，但
是要在主处理系统当中建立一个交叉编译环境，这样才可以更好地实际应用。

由
于显示屏应用软件是由Qt开发的，因此该软件是基于C++语言进行跨平台操作，
这是一种图形模式的界面工具，具有很好的兼容性，而且还具有丰富的特性，使
用起来非常的方便，操作也比较简单。

2显示屏的软件设计
2.1软件的基本功能划分
首先，是通信功能。

为了能够充分满足机车的设计需求，需要将显示屏和微
机系统，以及其他系统进行连接，这样才能实现信息交互。

微机系统是通过CAN
进行通信的，显示屏作为终端设备需要与RIOM以及其他设备进行通信。

CAN通
信有许多优点，包括：实时性能：具有很高的可靠性和实时性。

成本低：CAN通
信模块的成本相对较低，适用于大规模的生产制造和应用。

灵活性好：CAN通信
协议支持多主控制，节点数量没有限制，通信介质可采用双绞线、同轴电缆或光缆，并可直接与微机或其它智能设备双向通信。

可靠传输：CAN协议的技术特点
为位仲裁、短帧结构、以及非破坏性位仲裁协议，这使得数据传输准确且实时。

总之，CAN通信是一种高性能、低成本、灵活可靠的通信协议，被广泛应用于工
业自动化、汽车电子控制、智能家居、物联网等领域。

其次，是故障诊断功能以
及数据记录功能。

显示屏除了具有常规的外由于受机车整车空间以及成本的影响，不适合配备数据记录单元（ERM），但是ERM又是机车故障诊断与机车状态分析
的有利工具，是机车不可缺失的一部分。

所以经过分析、研究发现机车显示屏无
论是在硬件还是软件上都有替代ERM数据记录功能的可能性。

通过配置文件读取
所有端口，并每100毫秒记录一次设备交互数据。

软件在结构上分为三部分，第
一部分为端口变量的定义，通过配置文件提前将所需要的端口进行配置，通过配
置文件配置端口的好处是，无论以后是增加端口或者删除端口只需要更改配置文
件即可，而不需要更改整个显示屏程序；第二部分为端口数据的记录，通过端口
接收数据后，每4个字节为一列将数据记录到CSV文件中；第三部分为文件压缩，由于显示屏的空间有限，需要对记录的数据文件进行压缩，作为网络系统的一部分，ERM需要和整车网络的主控单元进行校时，以便发生故障时，可以根据故障
的时间查看记录的故障数据，从而对故障时刻的整车状态进行分析。

将端口数据
根据每4字节为一数据列，并记录到CSV文件中。

每100毫秒记录一次数据，当
数据记满后将该CSV文件进行压缩，并且将压缩文件个数定义为10个，超过10
个时，将最早压缩的文件删除，保证不会将显示屏内存记满。

2.2机车的主界面设计分析
微机显示屏主界面向司机提供了机车基本运行参数，如机车速度、设定速度、牵引力、牵引/制动变流器输出转矩百分比、电容SOC、公里预估等，并提供机车
状态图标指示器、机车的手柄操纵状态、拓扑信息、手动隔离/复位按钮以及故
障信息。

主界面是微机显示屏操作界面的第一级界面，通过点击主界面下方的附
有文字的按钮，可以进入下一级操作界面。

为了便于人机交互功能，将主界面进行分区划分为A、B、C、D，4个大区，
每个大区包含若干个小区，通过对微机显示屏的操作，进入各功能界面，在各功
能界面，司机可获取机车的状态、故障等运用信息，并可以在界面上进行机车功
能设置，以及机车维护等操作。

2.3机车显示界面设计分析
GK1B改造机车的显示屏界面目录上涵盖了所有相关信息，司乘人员在具体操
作过程中，可以通过观察主界面的实际情况，快速地判断出机车的当前模式，这
样不仅有利于司乘人员操作，同时也可以全面地掌握机车实际情况。

因此机车的
显示界面具有重要作用，在具体设计时需要根据相关标准执行。

2.4充放电界面设计分析
GK1B改造机车的显示屏上，能量管理界面具有重要作用，在实际应用过程中
司乘人员通过该界面，充放电界面通过原理图的形式，清晰、明了的显示了辅助
系统的各个接触器、断路器状态，以及380V、220V、24V设备输出状态，TCU1-4
设备状态。

2.5能耗界面设计分析
为方便统计各个设备的能耗情况，所以设计了能耗界面，该界面通过饼状图
以及柱状图体现各个设备的能耗情况。

饼状图体现了BC、TCU以及ACU占比情况，通过柱状图体现各个设备的能耗情况。

GK1B改造机车，已经完成了各项试验，经过测试和实际运用，不仅工作状态
较好，而且界面也比较完善，设置的相关功能可以充分地满足设计需求。

而新增
的动力电池，以及相关的功能和界面得到了有效验证，为后续技术发展打下了坚
实基础，同时也进行了相关的技术储备。

结束语：
随着相关技术的不断发展，在进行GK1B改造机车显示屏设计时，不仅要注
重硬件设计，也要提升软件设计水平。

在具体设计过程中，通过软件一体化设计，可以提升系统的完整性，而且还具有多种功能，性能比较优异，具有良好的可移
植性和扩展性，也为显示屏技术发展打下了良好基础，同时也提供了更加广阔应
用空间和发展前景。

参考文献：
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车与动车,2020,03:16-19.
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[3]任国安,李哲.HX_N3B型调车机车控制系统问题的研究与处理[J].铁道机
车与动车,2021,09:42-43.。