基于EtherNet/IP的列车门控通讯系统设计

摘要

我国目前正进入高速列车和大中城市轨道交通迅猛发展的时代，轨道交通的建设已经成为公共交通系统发展的一个重点。列车通讯网络作为现代列车系统的关键技术，大大提高了列车整车设备的自动化水平。传统的列车通讯网络依靠CAN、Lonworks、WorldFIP、TCN等现场总线技术，基本满足了对列车上各设备的控制需求。随着网络技术的高速发展以及运营商需求的不断提高，列车网络所需传输的信息越来越多，传统的现场总线技术由于通信速率低，容量有限，往往无法满足网络时代的需求。以太网作为一种广泛应用的高带宽局域网标准，在工业控制领域有着大量成功应用，基于工业以太网的列车通讯系统自然成为各大相关跨国公司的重点发展目标。以太网的逐步推广，对于列车设备的通讯能力也提出了更高的要求。
　　本文以列车门控制系统为设备对象，根据项目需求，选用EtherNet/IP作为工业以太网的应用层协议，实现基于以太网的列车门控制器的通讯接口，以期将门系统融入整个列车通信网络，加强列车系统的智能化、一体化管理。另外借助于以太网上的先进网络技术，实现一组基于WebService技术的维护接口，方便设备的远程集中维护。
　　本文共分五个章节。第一章简介了课题的背景意义以及本学位论文的主要工作;第二章在分析列车通讯网络结构的基础上提出了设备的开发方案;第三章介绍了门控器通讯系统的嵌入式硬件设计;第四章阐述了基于嵌入式实时操作系统的通讯系统软件设计，包括引导程序的编写、EtherNet/IP协议的实现、设备组网方法以及WebService在嵌入式环境下的实现过程;第五章简述了系统的测试方法、调试软件的编写、出现的典型问题与解决方法。通过测试工具和现场验证表明，该通讯系统符合EtherNet/IP标准，具有稳定可靠的实时通讯性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外发展现状

1．3 本课题来源与主要研究内容

第二章 系统总体方案设计

2．1 引言

2．2 列车通信网络概述

2．2．1 列车通信网络中的数据与传输类型

2．2．2 列车通信网络的拓扑结构

2．3 门控器通讯系统设计方案

2．3．1 主处理器的选择

2．3．2 嵌入式操作系统的选择

2．3．3 网络协议栈的选择

2．3．4 总体设计方案

2．4 本章小结

第三章 门控器通讯系统硬件设计

3．1 硬件总体方案设计

3．2 硬件单元电路设计

3．2．1 微处理器电路设计

3．2．2 以太网交换电路设计

3．2．3 USB电路设计

3．2．4 存储器电路设计

3．2．5 PCB电路设计

3．3 本章小结

第四章 门控器通讯系统软件设计

4．1 软件总体结构设计

4．2 系统引导程序设计

4．2．1 引导程序的流程分析

4．2．2 引导程序总体设计

4．2．3 基于USB的固件更新程序设计

4．3 SPI通讯程序设计

4．4 实时操作系统FreeRTOS的移植

4．5 lwIP网络协议栈的移植与设计

4．6 SNTP的实现

4．7 EtherNet／IP体系结构

4．7．1 CIP的对象模型

4．7．2 CIP的连接与传输方式

4．8 EtherNet／IP适配器的开发

4．8．1 EtherNet／IP协议栈的移植

4．8．2 主程序流程

4．9 基于EtherNet／IP的环网设计

4．9．1 环网协议DLR简介

4．9．2 环网协议DLR的实现

4．10 EtherNet／IP中的地址管理

4．11 嵌入式环境下的Web Service实现

4．11．1 Web Service简介

4．11．2 HTTP协议的简单实现

4．11．3 XML解析

4．11．4 SOAP消息处理

4．11．5 服务函数实现

4．12 本章小结

第五章 系统调试

5．1 调试工具与方法

5．2 EtherNet／IP适配器功能测试

5．3 Web Service接口调试

5．3．1 性能测试

5．3．2 WCF简介

5．3．3 调试软件的实现

5．4 典型问题与解决方法

5．5 本章小结

结束语

致谢

参考文献

研究生阶段发表论文