基于嵌入式系统的高压不对称脉冲轨道信号发生器设计

摘要

轨道交通当中信号微机监测是保障列车安全运行的重要依据，近年我国提出铁路信号微机监测向集中监测方向发展。高压不对称脉冲轨道电路在解决轨道分路不良问题上有其特有的先天优势，并且对于既有线路，不对称脉冲轨道电路可以与相敏轨道电路、移频轨道电路叠加使用，互不影响。微机监测设备调试、测试等都需要被监测设备的信号源，但受客观环境限制，多数情况下很难取得设备并获取信号源。
　　为了更好地研究高压不对称脉冲轨道电路在微机监测过程中的状态，本文依据铁路信号微机监测的需求，设计了基于嵌入式的高压不对称脉冲轨道信号发生器。可以补充高压不对称脉冲轨道信号发生器的缺失，同时可以帮助专业人员更方便地取得不对称脉冲轨道电路信号。
　　高压不对称脉冲轨道信号发生器围绕产生并控制不对高压不对称脉冲信号展开。设计选用ARM Cortex-M3内核的STM32F103RET6作为核心处理器，使用Prote199SE自行设计硬件电路各模块原理图，绘制、制作PCB信号板，焊接、调试最终完成一块完整的高压不对称脉冲信号发生器硬件电路板。使用的主要功能模块是DAC、CAN、定时器等;添加的外设有LED灯、数码管显示、拨码开关模块等;硬件编程使用库函数在Keil uVision4开发环境完成;在Microsoft VisualStudio开发平台下利用C＃语言编写上位机软件控制单元，与信号发生板之间通信并控制信号板输出状态;利用TJA1050 CAN总线驱动器配合USB-CAN接头，实现信号板与上位机软件之间的双向CAN总线通信，其中信号板电路CAN对外接口选用适用于工控机板卡形式的DB9接口。整个设计既可以给信号板通电令其单独工作，也可以从上位机接收指令工作，两种模式下都可以产生与实际不对称脉冲信号波形相同的模拟信号。
　　通过验证，本文设计的高压不对称脉冲轨道信号发生器能够产生符合要求的高压不对称脉冲信号;上位机软件成功与信号发生板通过CAN总线通信实现控制功能;信号发生板可以输出可被微机监测系统监测的真实信号;上位机软件可以将监测数据打包发送给监测站机，实现纯软件模拟。

目录

声明

致谢

摘要

序言

1 引言

1．1 铁路信号的作用

1．2 铁路信号系统组成

1．3 信号微机监测系统简介

1．4 国内外信号微机监测的现况及趋势

1．5 信号微机监测系统构成

1．6 论文结构安排

2 轨道电路

2．1 轨道电路的分类

2．2 不对称脉冲轨道电路

2．2．1 不对称脉冲轨道电路的原理

2．2．2 不对称脉冲波形的选择

2．2．3 不对称脉冲轨道电路的组成

2．3 轨道电路分路不良

2．3．1 轨道分路不良的原因

2．3．2 高压不对称脉冲轨道电路解决分路不良的优点

2．4 不对称脉冲轨道信号监测原理

2．5 本章小结

3 高压不对称脉冲轨道信号发生器的硬件设计

3．1 嵌入式系统概述

3．2 基于STM32的高压不对称脉冲轨道信号发生器设计方案

3．3 信号发生器的硬件结构

3．4 信号发生板核心处理器介绍

3．5 信号发生板的硬件系统设计

3．6 信号发生板硬件电路设计

3．6．1 电源供电方式

3．6．2 复位电路

3．6．3 PL2303通信／下载接口

3．6．4 CAN总线通信电路

3．6．5 数码管显示

3．6．6 功能选择-拨码开关

3．6．7 功率放大电路

3．7 信号发生板制作与调试

3．8 本章小结

4 高压不对称脉冲轨道信号发生器软件设计

4．1 ARM开发环境

4．2 不对称脉冲轨道信号

4．2．1 不对称脉冲模拟信号实现方法

4．2．2 程序设计

4．3 高压不对称脉冲信号监测站机．采集机CAN通讯数据定义

4．4 高压不对称脉冲轨道信号发生器控制系统软件设计

4．4．1 控制系统框架设计

4．4．2 C#语言

4．4．3 程序设计

4．5 本章小结

5 微机监测多信号发生器验证与测试

5．1 不对称脉冲轨道电路信号板验证测试

5．2 不对称脉冲轨道电路信号发生器上位机软件验证

5．3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集