铁路车站信号机基座蛇管电缆水害监测系统的设计与实现

论文摘要

随着铁路科学技术的发展,列车提速,铁路行车安全就显得更加重要。信号机是否可靠工作直接影响铁路行车安全,蛇管内部电缆能否可靠传输数据对信号机正常工作起关键作用。当雨水进入蛇管内部,长时间浸泡电缆,在冬天时还会结冰,影响电缆寿命,影响行车安全。设计铁路车站信号机基座蛇管电缆水害监测系统,对实现信号机的实时维护是有意义的。系统运用传感器、CAN总线通信、计算机等技术,研究并设计铁路车站信号机基座蛇管电缆水害监测系统。系统以传感器为前端采集电路,实现蛇管中湿度和液位的数据采集,通过高精度液位传感器并辅以湿度传感器实现液位的定性、定量测量。以ATMEGA系列单片机作为下位机,采用中断的方法将采集的湿度值和液位值经A/D转换后送入单片机存贮器,数据经处理后,通过通信协议组帧经CAN总线通信模块对数据转换电平后送入CAN总线传输。系统以高性能PC作为上位机,以Windows XP为操作系统,VC++6.0为软件开发环境,创建了基于单文档的上位机程序,完成系统参数设置、湿度和液位显示、液位超限声音和图像双重报警、数据存储以及查询等功能。系统的运行效果表明,该系统可实现铁路车站信号机基座蛇管电缆水害在线监测,为信号维修人员提供全面、可靠的电缆水位状态信息,避免了水位未超限时下道检修带来人力、物力浪费,在电缆水位达到预警值时,系统及时给出预警信息,使设备得到及时维护。系统具有一定通用性和扩展性,可安装于不同车站,也可以增加监测节点,同时,也为铁路车站信号机基座蛇管电缆水害在线监测的进一步研究提供了一定的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 水位监测系统国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文的目的和主要研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 监测系统需求分析与总体设计
• 2.1 系统需求分析
• 2.1.1 功能需求分析
• 2.1.2 性能需求分析
• 2.2 系统可行性分析
• 2.3 监测系统的设计思想
• 2.4 监测系统的总体结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 监测系统硬件设计
• 3.1 硬件总体设计方案
• 3.2 硬件选型
• 3.2.1 单片机
• 3.2.2 传感器
• 3.2.3 CAN控制器
• 3.2.4 CAN总线收发器
• 3.3 下位机硬件详细设计
• 3.3.1 数据采集模块
• 3.3.2 CAN通信模块
• 3.3.3 电源模块
• 3.3.4 其他电路
• 3.4 硬件PCB图和实物图
• 3.5 本章小结
• 第4章 通信方式的选择与通信协议设计
• 4.1 通信方式的选择
• 4.2 CAN总线协议概述
• 4.2.1 CAN的分层结构
• 4.2.2 CAN的物理层原理
• 4.2.3 CAN报文的帧格式
• 4.2.4 CAN报文传输
• 4.2.5 CAN报文传输错误处理机制
• 4.3 CAN通信协议设计思想
• 4.4 CAN应用层通信协议设计
• 4.4.1 通信流程
• 4.4.2 上位机向下位机下发的命令帧、数据帧设计
• 4.4.3 下位机向上位机上传的数据帧设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 监测系统软件设计
• 5.1 下位机软件设计
• 5.1.1 监测节点主程序
• 5.1.2 数据采集及处理程序实现
• 5.1.3 CAN通信驱动程序实现
• 5.2 上位机软件设计
• 5.2.1 上位机程序功能分析
• 5.2.2 数据库设计
• 5.2.3 CAN总线通信的实现
• 5.2.4 数据显示模块
• 5.2.5 监测数据查询模块
• 5.2.6 故障报警记录查询模块
• 5.2.7 自诊断信息查询
• 5.3 本章小结
• 工作总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果