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列车监控装置的双冗余人机交互系统设计与实现

作　者: 罗晶
导　师: 王炼红
学　校: 湖南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 列车运行监控装置双冗余人机交互系统 ARM 嵌入式Linux 行车安全
分类号: TP11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 23次
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内容摘要

铁路是国家的重要基础设施、大众化交通工具，是实现国家现代化的重要推动力，在综合交通体系中处于骨干地位。近年来，我国铁路事业已经进入了全面发展阶段，伴随着铁路事业的迅猛发展，列车行车的安全性和稳定性也引起了越来越多的关注。列车运行监控装置可以实现列车速度安全控制，采集记录列车运行状态信息，促进列车运行管理的自动化，在保障列车运输安全上扮演着重要角色。LKJ2000型列车监控系统是我国自主设计的第三代列车运行监控记录装置，主机设计上采用了双机冗余技术，相比上一代产品，在可靠性、稳定性、易用性等方面都有了很大的提高。但现有的人机交互系统在行车过程中偶尔出现的黑白屏、按键失灵等故障也带来了极大的安全隐患。因此研制一种可靠性更高、应急性更强的列车监控人机交互系统就变得极其必要。本文首先介绍了LKJ2000系统的构成以及各部分的功能，分析了现有人机交互系统的不足，并根据功能需求提出了双冗余人机交互系统的总体设计方案。设计保持了原有外形结构不变，采用了主辅显冗余设计的理念，并优化了内部结构，增强了系统功能。双冗余人机交互系统在通常情况下是主显工作，辅显热备待机，出现故障时可通过按键切换到辅显工作模式进行应急操作。硬件平台上采用ARM9微处理器芯片S3C2416作为主处理器，CPLD做协处理器，软件平台采用嵌入式Linux2.6.21。然后根据设计方案完成了双冗余人机交互系统各个模块的硬件电路设计，Linux操作系统的移植和底层驱动的开发，实现了样机的试制。最后对样机进行了功能测试，各项功能都能正常实现，并根据铁标的要求对系统进行了可靠性的测试，测试结果表明样机达到了铁路产品的要求。双冗余人机交互系统的投入使用将大大提高列车监控系统的整体可靠性和稳定性，增强其应急处理能力，从而更好的保障列车的行车安全。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-16
  1.1 前言  11
  1.2 国内外发展现状  11-12
  1.3 课题研究的背景及意义  12
  1.4 LKJ2000 列车监控装置介绍  12-14
    1.4.1 LKJ2000 列车监控装置构成  13
    1.4.2 LKJ2000 列车监控装置的主要功能  13-14
    1.4.3 LKJ2000 列车监控装置内部的通信方式  14
  1.5 本文主要内容  14-16
第2章双冗余人机交互系统总体设计方案  16-25
  2.1 LKJ2000 列车监控装置人机交互系统介绍  16-18
    2.1.1 LKJ2000 列车监控装置人机交互系统的构成  16-17
    2.1.2 LKJ2000 列车监控装置人机交互系统功能介绍  17
    2.1.3 LKJ2000 列车监控装置人机交互系统的不足  17-18
  2.2 双冗余人机交互系统设计功能需求  18-19
  2.3 双冗余人机交互系统总体设计方案  19-22
    2.3.1 双冗余人机交互系统模块化设计  20
    2.3.2 双冗余人机交互系统的冗余设计  20-22
    2.3.3 双冗余人机交互系统的技术改进  22
  2.4 双冗余人机交互系统硬件平台设计  22-24
    2.4.1 嵌入式微处理器介绍  22-23
    2.4.2 双冗余人机交互系统主显硬件平台设计  23-24
    2.4.3 双冗余人机交互系统辅显硬件平台设计  24
  2.5 本章小结  24-25
第3章双冗余人机交互系统硬件设计  25-45
  3.1 电源模块设计  25-29
    3.1.1 主显电源模块设计  25-28
    3.1.2 辅显电源模块设计  28-29
  3.2 主显功能模块电路设计  29-37
    3.2.1 ARM 处理器电路  29-31
    3.2.2 DDR2 SDRAM 电路  31-32
    3.2.3 NAND Flash 电路  32
    3.2.4 可编程逻辑电路  32-33
    3.2.5 LVDS LCD 接口电路  33-35
    3.2.6 以太网接口电路  35
    3.2.7 语音输出电路  35-36
    3.2.8 扩展串口电路  36-37
    3.2.9 LCD 背光调节电路  37
  3.3 辅显功能模块电路设计  37-41
    3.3.1 MRAM 电路  38-39
    3.3.2 TTL LCD 接口电路  39-40
    3.3.3 温湿度采集电路  40
    3.3.4 USB 接口电路  40-41
  3.4 通信模块电路设计  41-44
    3.4.1 CAN 总线电路  41-42
    3.4.2 RS485 接口电路  42-43
    3.4.3 RS232 接口电路  43-44
    3.4.4 主辅显通信电路  44
  3.5 本章小结  44-45
第4章双冗余人机交互系统软件设计  45-59
  4.1 嵌入式 LINUX 系统简介  45-46
  4.2 嵌入式 LINUX 交叉开发环境的搭建  46-48
    4.2.1 嵌入式 Linux 交叉开发软件环境的搭建  46-48
    4.2.2 超级终端的配置  48
  4.3 LINUX 操作系统移植  48-55
    4.3.1 Bootloader 的移植  48-50
    4.3.2 Linux 内核移植  50-53
    4.3.3 文件系统的移植  53-55
  4.4 设备驱动开发  55-58
  4.5 本章小结  58-59
第5章双冗余人机交互系统测试  59-68
  5.1 系统功能测试  59-64
    5.1.1 LCD 模块测试  60
    5.1.2 CAN 总线测试  60-62
    5.1.3 USB 接口测试  62
    5.1.4 温湿度采集模块测试  62-64
    5.1.5 警惕输出测试  64
    5.1.6 语音输出测试  64
  5.2 系统可靠性测试  64-67
    5.2.1 高低温测试  64-65
    5.2.2 绝缘耐压测试  65-66
    5.2.3 电磁兼容性测试  66-67
  5.3 本章小结  67-68
总结和展望  68-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  74-75
附录B 重点电路原理图  75-77
附录C 攻读学位期间所参与的科研项目  77

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