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基于嵌入式系统的列车自动防护控制中心的开发

作　者: 任淑艳
导　师: 杨守成
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 列车自动控制系统列车自动防护系统(ATP) 单片机嵌入式实时操作系统
分类号: U239.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 289次
引　用: 5次
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内容摘要

近年来,随着我国城市建设的需要,建设城市轨道交通系统为解决城市交通的主要手段,但由于我国城市轨道交通信号领域的技术与国外先进技术差距较大,近十多年来建设的地铁如北京、上海、广州地铁等先后引进了国外的列车自动控制系统。虽然这些公司的技术装备代表了当时世界先进的信号技术。却形成工程建设投资大,运营成本居高不下的代价,造成了不利于我国城市轨道交通发展的被动局面,因此必须加快我国城市轨道交通设备的国产化进程。轨道交通设备的国产化,即开发我国自主知识产权的列车自动防护控制系统,以降低轨道交通建设的投资,同时促进国内信号事业的进一步发展,缩短与国际先进技术的差异。只有如此,我国的大多数城市才能有能力修建更多的地铁和轻轨,这将在很大程度上缓解城市的交通压力,改善城市日益严重的交通堵塞,交通事故的发生率也相应减少。轨道交通的运营减少了汽车尾气的排放、改善了城市环境质量,减少了城市对大气和噪声环境的治理投资。轨道交通是城市立体化交通,充分利用了空间。轨道交通安全、正点、舒适、快捷、大容量、低成本、无污染,是新世纪的绿色交通工具,是实现可持续发展战略的必然选择。信号系统是保证城市轨道交通行车安全和提高运输效率的关键设备。随着时代的不断发展,客流密度的增加,行车密度的增大,传统的信号系统也越来越不能适应城市轨道交通高速度、高密度和高安全性的行车要求。列车自动防护系统(ATP)的自主开发将大大提高我国的现代化水平,并节省大量资金。整个系统的设计包括三部分内容,即区域控制中心、数字化无绝缘轨道电路、ATP车载设备。为了确保安全第一的原则,区域控制中心的硬件采用三冗余主机系统,并采用CAN总线和TCP/IP网络协议来实现列控中心系统向工控主机的数据传输。在整个系统中,采用了三星公司的以ARM7TDMI为内核的S3C44B0X单片机,并在其上移植嵌入式实时操作系统μC/OSⅡ,从而实现了实时、快速、多任务的控制系统的设计。采取系统自主、开放联合的研制方法;结合已有引进技术、消化吸收以及系统集成等的成果,形成具有自主知识产权和实现产业化、并具有国际竞争能力的产品。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-13
  1.1 国产ATP项目概述  9-10
  1.2 现代化轨道交通  10-11
    1.2.1 我国城市轨道交通的现状  10
    1.2.2 我国城市轨道交通的展望  10-11
  1.3 国外ATP系统概况  11-12
  1.4 课题研究的意义  12-13
第2章 ATP系统的区域控制中心工作原理  13-25
  2.1 ATP系统的构成及主要功能  13-14
    2.1.1 区域控制中心的功能  13
    2.1.2 数字化轨道电路的功能  13
    2.1.3 车载ATP设备的功能  13
    2.1.4 ATP系统的制动模式  13-14
  2.2 区域控制中心的总体设计  14-17
    2.2.1 区域控制中心的开发目标  14-15
    2.2.2 区域控制中心的系统功能结构  15-16
    2.2.3 区域控制中心的硬件系统结构  16-17
  2.3 区域控制中心的设备配置  17-19
    2.3.1 操作控制层  17
    2.3.2 主机处理层  17
    2.3.3 输入输出控制层和远程通信控制器  17-19
  2.4 系统的设计方法  19-21
  2.5 应用嵌入式系统开发的目的和意义  21-22
  2.6 本课题的主要技术与难点  22-23
    2.6.1 基于单片机的嵌入式系统编程模式  22-23
    2.6.2 实时多任务系统中任务的划分  23
  2.7 本章小结  23-25
第3章控制系统设计  25-36
  3.1 主机处理单元  25-31
    3.1.1 ARM嵌入式微处理器  25-27
    3.1.2 ARM7TDMI处理器  27-28
    3.1.3 三冗余主机系统设计  28-31
  3.2 控制总线CAN  31-35
    3.2.1 振荡器容差范围  32
    3.2.2 CAN控制器的配置与延迟时间的计算  32-33
    3.2.3 ATP列控中心的CAN总线设计  33-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章基于嵌入式系统的软件设计  36-52
  4.1 软件系统方案  36-37
    4.1.1 软件实现功能  36
    4.1.2 软件功能模块  36-37
  4.2 嵌入式实时操作系统  37-50
    4.2.1 μC/OS-Ⅱ在ARM微处理器上的移植  39-45
    4.2.2 uC/OS-Ⅱ在ARM微处理器上的启动  45-47
    4.2.3 系统任务的优先级设置  47-50
  4.3 数据安全的措施  50-51
    4.3.1 数据安全的硬件措施  50-51
    4.3.2 程序执行过程中的软件抗干扰措施  51
  4.4 本章小结  51-52
第5章 ATP系统的区域控制中心的网络接口  52-58
  5.1 数据通讯  52-54
    5.1.1 单片机TCP/IP协议  53-54
    5.1.2 以太网数据传输格式  54
  5.2 网络接口设计  54-57
  5.3 本章小结  57-58
结论  58-60
附录 ATP列控中心控制电路原理图  60-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表的学术论文  66-67
致谢  67

基于嵌入式系统的列车自动防护控制中心的开发

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