基于ARM9机车信号系统检测装置的设计与优化

论文摘要

本文以机车信号系统检测装置的实际项目为背景,从提高车载机车信号系统的可靠性、安全性出发,设计了便携式嵌入式机车信号系统检测装置,为机车信号系统提供简单测试。检测装置模拟地面设备发出测试需要的制式信号,同时对发出的制式信号大小进行检测。机车信号系统接收制式信号后,经过处理判断,将处理结果通过CAN总线返回给检测装置;同时检测装置对机车信号系统的各个点灯码电压和上下行开关等模拟量进行A/D采样,然后将结果与CAN总线发回的信息进行比较,来测试机车信号系统的各项性能。本文的研究内容主要集中在测试功能的实现以及系统性能的优化。课题以ARM9嵌入式微处理器S3C2410A为核心,基于HHARM2410-K2开发板进行电路设计与改进。论文首先详细阐述检测装置功能与硬件组成,然后着重进行信号通讯与检测电路的设计与改进。设计CAN总线电路以完成与主机系统的通讯,快速提取检测所需的列车运行状态信息;设计改进运算放大电路、功率放大电路、取样电路、滤波除噪电路以及ADC电路等以完成对发出制式电流的精确检测,保证输出信号达到检测要求。借助于移植的Linux操作系统,进行S3C2410内存、端口资源分配,设计编写CAN总线电路、输出电流调节电路、电流反馈电路以及点灯电压采集电路驱动程序,驱动具体硬件,实现对检测装置的有效控制。最后以Qtopia Core为嵌入式GUI,进行检测装置应用软件功能需求分析,设计图形用户界面,实现各项功能检测。基于ARM9及Linux的嵌入式机车信号系统检测装置,可扩展性强,数据处理速度快,携带方便,使用简单,能够完成对机车信号系统的多项功能检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外在机车信号检测方向的研究现状及分析
• 1.3 课题简介与嵌入式开发平台选择
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 检测装置的功能原理与硬件组成
• 2.1 机车信号系统及其检测装置
• 2.2 检测装置的工作原理与功能
• 2.2.1 测试机车信号系统双绕组机感线圈的灵敏度
• 2.2.2 测试主机在不同制式下的灵敏度和对制式信息的判断准确度
• 2.2.3 检测八位信号机的点灯电压以及对应灯码状态
• 2.2.4 检测上、下行开关电压与状态
• 2.2.5 测试A、B双机切换时间
• 2.3 检测装置的硬件组成
• 2.3.1 检测装置的核心控制及显示部分
• 2.3.2 信号通讯与检测电路部分
• 2.3.3 开发调试电路部分
• 2.4 本章小结
• 第3章 信号通讯与检测电路设计与改进
• 3.1 信号通讯与检测电路设计与改进的必要性
• 3.2 CAN总线通讯电路设计
• 3.2.1 CAN总线协议概述
• 3.2.2 CAN总线硬件接口设计
• 3.3 电压检测电路设计
• 3.4 制式信号发送和检测电路设计与改进
• 3.4.1 制式信号检测流程设计
• 3.4.2 可控运算放大电路改进与实现
• 3.4.3 功率放大环节设计与改进
• 3.4.4 采样反馈与滤波电路设计
• 3.5 检测装置电路调试
• 3.6 本章小结
• 第4章 检测装置设备驱动程序设计与实现
• 4.1 Linux设备驱动程序整体概述
• 4.1.1 Linux设备驱动程序特点
• 4.1.2 Linux设备驱动程序的结构
• 4.2 S3C2410 存储空间、端口资源分配与中断处理
• 4.2.1 S3C2410 存储空间、端口资源分配
• 4.2.2 S3C2410 中断处理
• 4.3 CAN总线电路驱动
• 4.3.1 机车信号系统CAN总线数据帧定义
• 4.3.2 检测装置CAN总线驱动程序的编写
• 4.3.3 CAN总线驱动程序调试
• 4.4 输出电流调节电路驱动
• 4.5 数据采集电路驱动
• 4.5.1 电流反馈检测电路驱动
• 4.5.2 点灯电压采集电路驱动
• 4.6 本章小结
• 第5章 检测装置应用程序编写与功能实现
• 5.1 检测装置GUI选择——Qtopia Core
• 5.2 检测装置的应用软件需求分析
• 5.3 检测装置应用程序设计
• 5.3.1 应用程序总体设计
• 5.3.2 Qtopia Core线程同步
• 5.4 检测装置应用程序编写与实现
• 5.4.1 检测装置用户界面设计
• 5.4.2 检测装置测试功能实现
• 5.5 系统可靠性设计与分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢