基于ARM的铁路信号环境监测系统的开发与研究

摘要

根据天津铁路信号厂提出的技术要求，研制开发了铁路信号机械室环境监测系统。开发的此套系统是集电压自动记录仪、电压质量监测仪、室内环境监测等功能于一体，是性价比较高、功能齐全的低压配电智能监测管理系统。利用此系统也可以实现对传统智能电源屏进行改造以达到智能电源屏效果。 在满足系统要求的前提下，为降低开发成本提高可靠性，系统的CPU采用三星ARM芯片44BOX机。系统的程序是使用标准C与ARM汇编语言混合编程开发的。为了使系统直观、操作使用简便，系统提供了良好的、功能极好的人机界面，包括有LCD显示，LEE显示、键盘操作等。 系统中采用1M X16位的FLASH芯片SST39VF160保存数据(掉电后数据仍然存储不会丢失)，其中包括存储的历史数据、故障数据、设置的故障参数等。系统在计算电网电压和进行谐波分析时采用了FFT算法，该算法加快了处理的速度。在软件设计方面首先采用的是传统的主循环控制设计方法，为了改善系统性能提高系统的实时性，系统中引入实时操作系统UCOS-Ⅱ改善系统实时性。 该监测系统的前身是用Winbond8位机W77E58实现的，改进的32位系统是对8位机系统的硬件与软件的升级，以备将来处理功能的扩展与加强，因为前身系统为8位机计算性能已发挥到了极限，如再增加功能会有限制，此32机系统就是为此目的设计的。8位机系统已经在铁路部门得到了应用，经实际应用证明此系统安全可靠，性价比高，功能完备，是铁路电务及电力部门提高管理水平，保障电源质量，保障安全生产，提高运行效益、保证列车安全的有效工具。希望此32位系统能够在以后的应用中弥补8位机系统的不足，进一步完善监测功能。

目录

文摘

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学位论文的主要创新点

第一章前言

1.1课题开发背景

1.2国内外现状

1.3铁路信号机械室环境监测系统设计指导思想

1.4铁路信号机械室环境监测系统方案选择

1.5铁路信号机械室环境监测系统多种制式的选择

1.6铁路信号机械室环境监测系统的应用前景

第二章系统总体概述

2.1系统组成

2.2系统功能及技术参数

2.2.1数据监测功能

2.2.2环境监测系统的监测及数据记录和故障记录功能

2.2.3设置功能

2.2.4使用条件

2.2.5外观与结构

2.3人机接口

2.3.1实时数据报表显示

2.4通讯协议

2.4.1通讯设置

2.4.2格式

2.4.3读步骤

2.4.4写步骤

2.5系统的主要特点

第三章系统硬件电路设计

3.1系统的硬件结构框图

3.2 CPU的选择

3.3 LCD模块的选择

3.4汉字显示软件的设计

3.5 FLASH芯片的选择

3.5.1 SST39VF160的特性如下

3.5.2系统中SST39VF1602与CPU的连接

3.5.3硬件上的设置

3.5.4 SST39VF160存储程序运行数据的技巧

3.5.5应用程序最终的固化方法

3.6 SDRAM-HY57V641620

3.6.1 SDRAM简介

3.6.2 SDRAM与CPU的连接

3.6.3 SDRAM寄存器的设置与刷新计数值的设定

第四章系统软件设计

4.1主程序

4.2拷贝代码搬迁到SDRAM中运行机理

4.3 FFT算法进行谐波分析

4.3.1傅立叶变换的应用

4.3.2基于FFT算法的傅立叶变换的实现

4.4故障数据处理

4.5历史数据存储

4.5键盘扫描程序

4.5.1软件去抖动处理

4.6 LCD程序设计部分

4.6.1 LCD控制器的操作

第五章引入实时操作系统UCOS-Ⅱ

5.1实时操作系统的简介

5.2 UCOS-Ⅱ简介

5.3 UCOS-Ⅱ的移植工作

5.3.1 OS_CPU.H

5.3.2 OS_CPU_A.ASM

5.3.3 OS_CPU_C.C

5.4 UCOS-Ⅱ的任务分配

结束语

附录1 4binit.s初始化程序的研究

附录2键盘扫描流程图

附录3主程序流程图

附录4信号量故障判定、处理流程图

附录5历史数据存储、处理流程图

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢