基于嵌入式Linux的地铁列车状态显示装置的研究

摘要

地铁作为现代城市中快速便捷、清洁和高效的交通工具，已成为一个国家综合国力、城市经济实力、人民生活水平及现代化的重要标志。地铁列车故障诊断系统是列车在运行中，通过人机直接对话形式达到在短时间内有效诊断列车故障的智能系统，是现代地铁列车安全运行必不可少的重要组成部分。列车状态显示装置IDU(Information Display Unit)是车载故障诊断系统中与驾驶员进行信息交互的核心，在列车运行中将行车信息、故障信息和设备状态等实时显示，有效地指导司机操作，确保行车安全。
　　本论文基于“广州地铁二号线状态显示装置国产化”课题，研究嵌入式Linux技术在列车状态显示装置中的应用与实现。论文从软件、硬件两部分入手分别进行了阐述。硬件选用了基于ARM构架的硬件平台，修改了系统亮度调节功能，将原有的软件调节改为硬件自动适应，使之符合系统的实际使用需求;对原系统采用的、故障率较高的电阻式触摸屏换型为红外式电阻屏;在硬件提升的基础上采用开源的Linux做为操作系统，经过裁剪、引导程序设计、内核剪裁和根文件系统构建等工作成功应用于ARM构架;分析IDU显示信息逻辑，进行显示信息归类、显示界面的规划;并选用Qt作为开发工具，将故障信息的存储方式由原来的文本方式改为SQLite数据库，实现了系统图形界面显示以及不同运行线路的切换;根据广州地铁二号线诊断系统网络拓扑结构与运行机制，设计并实现了IDU与列车控制单元VTCU间的通信协议;最后进行了实验室模拟实验，通过与模拟主机的联机调试，对IDU进行了功能测试，测试结果表明国产化IDU能够满足运用要求。为我国下一代地铁列车、铁路机车、动车组司机显示单元的设计提供了一个技术参考。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要工作

1．4 论文内容组织

第2章 系统需求分析及硬件设计

2．1 列车管理系统概述

2．2 系统功能需求

2．3 系统硬件设计

2．3．1 触摸屏

2．3．2 显示屏及背光驱动

2．3．3 主机

2．3．4 环境控制板

2．3．5 存储介质

2．4 小结

第3章 嵌入式操作系统的选取与设计

3．1 嵌入式操作系统的选取

3．2 嵌入式系统简介

3．3 嵌入式操作系统的定制

3．3．1 建立交叉编译环境

3．3．2 裁剪嵌入式Linux内核

3．3．4 引导程序Bootloader的选择

3．4 小结

第4章 基于Qt的用户界面开发

4．1 状态显示装置的软件功能分析

4．2 状态显示装置软件系统设计

4．2．1 同一列车两端IDU显示控制模式

4．2．2 系统显示逻辑及界面规划

4．2．3 界面总体分配

4．2．4 驾驶模式控制结构

4．2．5 检查模式控制结构

4．3 软件开发工具的选择

4．4 Qt的信号与槽

4．5 嵌入式数据库系统设计

4．5．1 数据库选型

4．5．2 SQLite的体系结构

4．5．3 数据结构设计

4．5．4 SQLite在Qt中的应用

4．6 小结

第5章 通信机制设计

5．1 通讯接口及数据传送方式

5．2 通讯协议

5．3 命令帧与响应帧

5．4 传输机制

5．5 小结

第6章 调试与演示

6．1 主界面测试

6．2 驾驶模式测试

6．3 “检查”模式测试

6．4 小结

总结与展望

参考文献

致谢