基于有轨电车的道岔控制系统研究与实现

摘要

在以汽车为主导的城市交通模式所带来的资源短缺、交通拥堵等问题日益严重的情势下，新型有轨电车成为现代城市交通的主要研究方向之一。目前，基于有轨电车的6502电气集中控制道岔的方法，存在复杂程度较高的问题。因此，论文设计了一种安全、可靠、更方便维护的道岔控制系统，是具有实际意义的。
　　论文结合计算机技术、嵌入式技术、无线通信技术、自动控制技术，通过分散控制道岔的方法设计了一种针对有轨电车的道岔控制器。该控制器共分为数据命令接收处理层、逻辑表决结构层和道岔动作执行层三部分。数据命令接收层以Cortex-M3架构的STM32作为处理器，经过专用无线通信网络接收整备数据、通信校验的心跳包和接近消息，整备数据按车次号分类存储在串行Flash芯片中;校验心跳包与控制器自身计算结果进行对比确认通信的可靠性;接近消息经处理器解析并与高速硬件SPI接口读取的整备数据进行进路信息对比，一致则输出控制命令。逻辑表决结构层利用可编程逻辑门阵列FPGA的逻辑功能并结合STM32的双机通信功能设计了二乘二取二冗余机制，共设两组控制器，每组2块控制芯片，组内输出执行逻辑与操作，组间输出执行逻辑或操作。道岔动作执行层接收到逻辑结构输出的安全信号后，驱动推杆步进电机带动道岔动作。电机动作的不同位置带动不同道岔表示电路的接通，采集到的道岔状态返回到处理器，经专用无线通信网络发送到达地面服务器和车载计算机。经模块测试、功能仿真和联调联试，系统实现了按有轨电车迸路信息安全控制道岔的功能，其稳定性和安全性满足了设计的性能需求。
　　本设计结合有轨电车的特性，实现了道岔分散控制的目的，提高了有轨电车道岔控制的灵活性、可靠性，克服了原有设备在电车高密度运行下效率低的问题，完成了设计需求，同时为有轨电车信号系统中的道岔控制部分提供了一种实现方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内发展过程及现状

1．2．2 国外发展过程及现状

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 论文的章节安排

第2章 系统设计思想

2．1 设计思想

2．2 系统可行性研究

2．2．1 技术可行性

2．2．2 管理可行性

2．2．3 经济可行性

2．2．4 社会效益可行性

2．3 系统需求分析

2．3．1 功能需求分析

2．3．2 性能需求分析

2．4 本章小结

第3章 系统总体设计

3．1 总体方案设计

3．2 软硬件结构设计

3．2．1 硬件结构设计

3．2．2 软件结构设计

3．3 系统设计流程

3．4 系统关键技术

3．4．1 二乘二取二冗余逻辑结构

3．4．2 时序处理与分析

3．4．3 道岔联锁控制逻辑

3．4．4 Wi-Fi通信技术

3．5 本章小结

第4章 系统详细设计

4．1 硬件详细设计

4．1．1 主控模块设计

4．1．2 逻辑结构设计

4．1．3 数据整备存储模块设计

4．1．4 道岔表示模块设计

4．1．5 Wi-Fi模块设计

4．1．6 电机驱动模块设计

4．2 软件详细设计

4．2．1 系统软件的总体设计

4．2．2 系统初始化

4．2．3 登录服务器程序设计

4．2．4 心跳ACK程序设计

4．2．5 数据整备程序设计

4．2．6 双机通信过程

4．2．7 道岔控制程序设计

4．3 本章小结

第5章 系统仿真调试

5．1 沙盘模型模块测试

5．1．1 逻辑结构测试

5．1．2 主控模块测试

5．1．3 串行Flash模块测试

5．1．4 电机驱动模块测试

5．1．5 Wi-Fi模块测试

5．2 沙盘模型系统联合调试

5．3 系统稳定性分析

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果