地铁列车国产化DCU通信系统的研究

摘要

地铁列车的控制指令、运行监控、故障的诊断和检测，都是通过列车的通信网络传送的。对于地铁列车来说，列车各部分的工作状态可以通过网络传输给主控车，主控车也需要通过网络来传递牵引或者控制指令，来监测各个部分的状态，并进行故障的诊断，以保证列车各个单元的协调统一。
　　三菱公司生产的列车管理系统(TMS)与地铁列车的牵引控制单元(DCU)采用的是HDLC进行的协议传输。由于国外企业不公开列车管理系统与DCU之间的通信含义，因此就给国内许多厂商替换地铁列车上的设备带来了一定的困难。所以，有必要开发一套可以解析TMS各种指令的系统，其可以通过上位机界面显示指令的具体内容，以便于对国产化DCU控制指令的理解。与此同时，开发的系统也能够查看DCU反馈给TMS的内容。
　　本文在阐述了地铁列车的牵引控制单元、列车管理系统具体工作的情况下，对二者之间的通信协议进行了系统的分析和研究，设计了一种用于国产化DCU的通信系统，完成了STR710控制器最小系统、以太网传输模块、USB传输模块、RS485通信模块以及电源模块等部分的设计。最小系统模块主要是采用STR710FZ2T6处理器，通过与扩展的Flash和RAM的连接，完成HDLC协议的收发功能;以太网模块主要是采用CS8900A将数据传给上位机，其比USB模块传输的速率更高;RS485模块实现与TMS和DCU之间的通信;电源模块则为整个通信系统提供5V和3.3V的供电电源。在程序设计方面，完成了系统的初始化、HDLC函数的收发、串口通信函数、USB函数、以太网函数、中断函数以及主函数程序的设计。最后在实验室搭建的测试平台上，进行了数据的采集、双向转发和存储分析的测试，实现了TMS系统与国产DCU(RS485)之间的通信，验证了通信系统的完整性。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 城市轨道交通发展

1．2 课题背景

1．3 研究内容与目标

1．4 本章小结

2 城市轨道交通通信网络

2．1 列车通信系统的发展状况

2．2 城市轨道交通列车的TMS系统

2．3 列车牵引控制单元(DCU)

2．4 HDLC协议分析

2．4．1 HDLC协议的演变过程

2．4．2 HDLC帧的结构

2．4．3 HDLC协议的基本内容

2．4．4 链路层工作过程

2．5 TMS与DCU之间的接口配置

2．6 本章小结

3 DCU通信系统的电路设计与实现

3．1 通信系统的总体设计

3．2 STR710微控制器最小系统设计

3．2．1 STR710处理器的选型和性能分析

3．2．2 STR710数据处理的最小系统

3．3 以太网传输模块

3．4 USB传输模块

3．5 485通信模块

3．6 电源模块

3．7 板卡布局

3．8 本章小结

4 DCU通信系统的程序设计与实现

4．1．系统初始化函数配置

4．1．1 时钟配置

4．1．2 管脚配置

4．2 HDLC程序设计

4．2．1 系统初始化函数

4．2．2 HDLC数据发送程序

4．2．3 HDLC数据接收程序

4．3 串口通信函数设计

4．3．1 串口函数的数据发送

4．3．2 串口函数的数据接收功能

4．4 USB函数的程序设计

4．4．1 STR710的USB接口的主要特性

4．4．2 USB的功能描述

4．4．3 STR710 USB的软件设计

4．5 以太网的程序设计

4．6 本章小结

5 DCU通信实验和结论

5．1 测试平台搭建

5．2 系统通信功能测试

5．2．1 串口通信测试

5．2．2 USB通信测试

5．2．3 以太网通信测试

5．3 HDLC数据的分析

5．4 数据在线测试过程及数据采集软件

5．4．1 数据在线测试过程

5．4．2 数据采集软件

5．5 系统联调的实验

5．5．1 数据采集实验

5．5．2 通信系统的双向转发实验

5．6 本章小结

6 总结与展望

参考文献

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