铁路信号仿真实验室的硬件系统设计及其信号机程序测试

论文摘要

随着我国铁路的迅猛发展,各种新技术、新设备的陆续投入使用。构建动态仿真沙盘,直观反映现代城市轨道交通,建立集铁路运输运营管理、铁道信号控制技术为一体的综合性实验室势在必行。铁路信号仿真实验室是沙盘信号模型为控制对象的铁路运输管控一体实验室硬件平台,为整个实验室提供必要的仿真环境。本文通过对铁路运输管控一体实验室功能需求进行详细分析,结合铁路信号及其控制技术的现状,设计了用于铁路信号仿真实验室的铁道信号数据采集与控制卡、信号机一体化控制卡、道岔控制卡和机车控制卡等相关硬件,并编写测试程序对信号机进行测试。论文主要内容如下：1.对铁路信号仿真实验室功能进行分析,列出需要研究的内容和实现方法；2.设计铁道信号设备数据采集及控制卡,包括MCU的IO口功能分配,与运输管理系统连接接口、与机车通信无线接口、与铁道信号仿真设备通信的LIN总线接口；3.设计铁道信号仿真设备,包括一体化信号机设计、电磁道岔硬件设计和无线仿真机车硬件设计；4.分析整个系统的软件模块及功能,详细分析和设计了LIN总线协议,并编写了铁道信号设备数据采集及控制卡和一体化信号机测试程序。最终测试结果可以灵活地控制信号机的灯位状态、亮度和是否闪烁等功能,验证了硬件设计的正确性,达到设计目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要内容和设计方法
• 第2章 铁路运输管控一体实验室的功能需求分析
• 2.1 铁路运输管控一体仿真系统的功能和实现目标
• 2.2 铁路运输管控一体实验室总体规划
• 2.3 铁道信号仿真实验室总体规划
• 2.3.1 铁道信号仿真实验室硬件系统的总体结构
• 2.3.2 铁道信号仿真实验室硬件系统各模块设计要点
• 第3章 铁道信号设备数据采集及控制卡设计
• 3.1 MCU选型及IO端口分配
• 3.2 与运输管理控制系统兼容的接口设计
• 3.3 沙盘仿真设备通信总线（LIN）接口及协议设计
• 3.3.1 LIN总线的原理
• 3.3.2 LIN总线的电路设计
• 3.4 电源转换电路
• 3.5 其余接口预留
• 第4章 铁道信号仿真设备硬件设计
• 4.1 一体化信号机控制模块设计
• 4.2 道岔控制电路仿真模块设计
• 4.2.1 电磁道岔原理及驱动电路
• 4.2.2 道岔定反位检测原理及检测电路
• 4.3 轨道电路仿真设计
• 4.3.1 轨道电路原理分析
• 4.3.2 仿真轨道电路设计
• 4.4 模拟机车仿真设计
• 第5章 软件系统总体设计
• 5.1 铁道信号数据采集及控制卡软件规划
• 5.2 铁道信号仿真设备软件规划
• 第6章 信号机测试程序设计
• 6.1 铁路信号沙盘信号灯控制中LIN协议帧定义
• 6.2 主机串行口程序模块设计
• 6.3 主机主程序及LIN协议设计
• 6.3.1 控制LIN总线速率的定时器1初始化
• 6.3.2 LIN总线校验和
• 6.3.3 LIN总线发送接收数据
• 6.3.4 主机主程序设计
• 6.4 信号机模块程序设计
• 6.4.1 LIN总线数据收发程序及CRC校验
• 6.4.2 信号机点灯程序
• 6.4.3 信号机模块主程序
• 第7章 一体化信号机测试
• 7.1 LIN通信协议测试
• 7.2 一体化信号机联合调试
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及参加的科研项目
• 附录1 LIN协议发送和接收数据帧指令表