应答器报文模拟发送器的研究

摘要

CTCS（China Train Control System，中国列车控制系统）是保证列车安全运行、提高运输效率的安全苛求系统，我国大力发展的客运专线将广泛使用CTCS-2级和CTCS-3级列控系统。 应答器作为车-地间信息传输的一种方式在列车运行控制系统中应用广泛，它在我国铁路运行控制中发挥着重要的作用。在CTCS-3级列车控制系统中，应答器用于向CTCS-3级列控系统车载设备提供位置、等级转换、建立无线通信等信息；在CTCS-2级列控系统中，应答器向车载设备提供线路速度、线路坡度、轨道电路、临时限速等线路参数信息。 本论文探讨和设计了一个能在实验室CTCS-3级列控系统仿真集成平台中使用的应答器报文模拟发送器，它的作用是在CTCS-3级集成平台中模拟应答器地面设备向车载设备发送调制报文的过程。应答器报文模拟发送器的设计和实现对CTCS-3级列控系统仿真集成平台的建设有重要意义。 本文主要研究内容包括： （1）简要介绍了ETCS、CTCS列车运行控制系统及国外其它主要列控系统的现状； （2）介绍了应答器的结构、分类、接口、工作原理和应答器用户报文的形成，详细分析了由应答器用户报文向应答器传输报文转换的编码策略； （3）基于ARM嵌入式模块和FPGA可编程模块设计了应答器报文模拟发送器的结构方案，并描述了结构中各个模块的作用，然后对各个模块采用的设计平台环境以及编程语言进行了介绍； （4）基于VisualC++6.0编程环境、ADS1.2集成环境、Max+plusⅡ开发环境进行了应答器报文模拟发送器的实现与结果分析。详细描述了应答器报文模拟发送器的实现过程，按编码软件、嵌入式通信模块、FPGA模块的顺序阐述了各模块的设计实现过程，对各个实现过程给出了设计原理和程序逻辑流程图，然后对应答器报文仿真发送器的各模块的设计结果进行分析，如嵌入式模块通信的正确性、FPGA模块的时序波形仿真结果等； （5）对论文的主要工作进行了总结，并对后续工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 ETCS介绍

1.1.1 ETCS概述

1.1.2 ETCS应用等级划分

1.2 CTCS介绍

1.2.1 CTCS的系统结构和基本功能

1.2.2 CTCS应用等级划分

1.3 国外其它主要列车运行控制系统

1.4 论文的选题意义

1.5 论文主要结构

2 应答器编码原理

2.1 应答器的结构和工作原理

2.1.1 应答器的工作原理及分类

2.1.2 应答器的接口及特点

2.2 应答器传输报文编码策略

2.2.1 应答器用户数据的形成

2.2.2 应答器编码策略的报文格式

2.2.3 应答器编码策略的算法原理

2.2.4 应答器编码策略的特点

2.3 本章小结

3 应答器报文模拟发送器的结构方案

3.1 报文模拟发送器的系统结构

3.2 应答器编码软件设计平台介绍

3.2.1 Visual C+＋ 6.0 环境及MSComm串口控件简介

3.2.2 UDP协议简介

3.3 ARM嵌入式模块设计平台介绍

3.3.1 LPC2220 芯片简介

3.3.2 嵌入式实时操作系统μC/OS Ⅱ简介

3.3.3 ADS1.2 集成开发环境简介

3.4 FPGA模块设计平台介绍

3.4.1 现场可编程门阵列FPGA简介

3.4.2 FPGA设计流程

3.4.3 VHDL硬件描述语言介绍

3.4.4 Max-plus Ⅱ开发环境简介

3.5 本章小结

4 应答器报文模拟发送器的实现与结果分析

4.1 应答器报文编码软件的实现与结果分析

4.1.1 RS-232 串口通信的实现

4.1.2 以太网UDP 通信的实现

4.1.3 应答器编码策略算法的实现

4.1.4 应答器报文编码软件的设计结果分析

4.2 嵌入式模块通信的设计实现与结果分析

4.2.1 串口通信的设计实现

4.2.2 以太网通信的设计实现

4.2.3 串口及以太网通信的结果分析

4.3 FPGA模块的设计实现与仿真结果分析

4.3.1 FPGA模块的总体结构

4.3.2 FSK的载频与基频信号的产生

4.3.3 分频器仿真结果分析

4.3.4 地址输出模块的实现

4.3.5 地址输出模块仿真结果分析

4.3.6 并行-串行转换模块的实现

4.3.7 并行-串行转换模块仿真结果分析

4.3.8 开关控制器与信号相加器的实现

4.3.9 开关控制器与信号相加器的仿真结果分析

4.3.10 FPGA整体模块的仿真结果分析

4.3.11 FPGA模块资源消耗分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 设计总结

5.2 后续展望

参考文献

作者简历