全电子计算机联锁系统中信号模块的研究

论文摘要

在我国现阶段铁路车站信号控制领域中，计算机联锁系统的应用已经相当普及，但这些系统的室外设备控制部件仍然以有接点的电磁继电器为主，以微电子器件控制现场的道岔、信号机，并与其它主要现场设备建立无接点联系，是全电子计算机联锁系统的关键所在。本文以全电子计算机联锁系统信号模块为研究对象，在该模块的设计研制过程中，成功地应用了含ARM微处理器的芯片、CAN总线通信技术、I~2C串行通信协议、复杂可编程逻辑器件CPLD、高性能的固态继电器等有关微电子器件及其它手段，实现了以下目标。1．研制出能够实用的通用列车信号模块，具备“故障—安全”功能和抗干扰能力；2．提出一种适合计算机联锁控制系统的CAN通信应用层协议，并考虑一定扩展性；3．提出一套完成主从机一致性比较的方法；4．提出一种全电子计算机联锁控制系统的框架结构；5．提出一套同样适合于其它全电子模块的控制电路、设计思路、计算方法。6．对保障全电子信号模块的可靠性和安全性措施进行了分析。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1 引言
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 研究基础和研究内容
• 1.2.1 研究基础
• 1.2.2 研究内容
• 2 全电子计算机联锁系统的总体结构
• 2.1 车站计算机联锁控制系统的层次结构
• 2.2 现有计算机联锁控制系统结构
• 2.3 全电子计算机联锁控制系统结构
• 3 信号模块的总体设计
• 3.1 信号控制电路
• 3.2 信号模块的技术性能
• 3.3 信号模块总体结构
• 4 信号模块的硬件详细设计
• 4.1 微处理器的选型
• 4.1.1 微处理器在嵌入式系统设计中的地位
• 4.1.2 带ARM内核的LPC2119芯片
• 4.2 执行电路
• 4.2.1 固态继电器的工作原理
• 4.2.2 固态继电器的特性
• 4.2.3 信号模块中SSR的选型和应用电路
• 4.3 控制回读电路
• 4.4 采集电路
• 4.4.1 电流采样电路
• 4.4.2 信号开放状态检测电路
• 4.5 主从机一致性比较器
• 4.5.1 CPLD的功能描述
• 4.5.2 CPLD的接口电路设计
• 4.5.3 CPLD的软件设计
• 4.5.4 JTAG下载接口的应用
• 4.5.5 CPLD在制作中的实践问题
• 5 信号模块的软件设计
• 5.1 软件总体结构
• 5.1.1 软件功能模块
• 5.1.2 软件工作流程
• 5.2 基于ARM的软件开发方法
• 5.3 系统初始化模块
• 5.4 采集模块
• 5.5 执行模块和报警提示模块
• 5.6 信号模块与联锁机的通信
• 5.6.1 CAN总线特点
• 5.6.2 对CAN协议的深刻理解和实践
• 5.6.3 CAN的硬件基础
• 5.6.4 信号模块中的CAN通信
• 5.7 主从机之间的通信
• 2C总线规范'>5.7.1 I²C总线规范
• 2C实现LPC2119的主从通信'>5.7.2 用I²C实现LPC2119的主从通信
• 6 信号模块的安全性和可靠性设计
• 6.1 信号模块的可靠性设计
• 6.1.1 抗强电干扰措施
• 6.1.2 PCB设计
• 6.1.3 基于闭环控制的硬件设计
• 6.1.4 软件可靠性
• 6.2 信号模块的安全性设计
• 6.2.1 2取2的安全结构
• 6.2.2 基于双断方法的信号点灯电路
• 6.2.3 基于动态周期检测的软件设计方法
• 6.2.4 自检程序
• 6.2.5 固态继电器"故障—安全"的设计方法
• 7 信号模块的系统调试
• 7.1 系统开发工具
• 7.1.1 命令行开发工具
• 7.1.2 ARM运行时库
• 7.1.3 GUI开发环境（Code Warrior和AXD）
• 7.1.4 实用程序
• 7.1.5 支持的软件
• 7.2 信号模块的软硬件联调
• 8 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集