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基于μC/OS-Ⅱ铁路移频信号发码器的研究

作　者: 吕和胜
导　师: 张兢
学　校: 重庆理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 发码器嵌入式 μC/OS-Ⅱ DDS FPGA
分类号: U284
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为列车运行系统的一个重要组成部分,列车信号设备的平稳运行与否直接关系到列车的运行效率及行车安全。伴随着我国铁路第六次大面积提速的顺利实施,列车信号设备的稳定性和可靠性面临着更高的要求。因此,对列车信号设备的出入库检测和微机监测系统的调试都是十分必要和重要的工作。随着科技的发展,如何采用新理论、新技术解决铁路系统中遇到的问题,更好地服务于我国铁路事业,具有较大的现实意义。本文针对目前国内机车信号检测和微机监测系统调试的需要,结合现有发码器操作复杂、功能单一、不便于设备现场检测和微机监测系统调试等缺点,基于嵌入式系统设计思想和DDS(Direct Digital Synthesizing)技术,提出一种具有网络功能的嵌入式发码器研制方法。本文主要包括以下五个内容:(1)通过对我国现有轨道电路信息特点的深入分析,结合铁路信号设备现场检测和系统调试的需要,研究并明确铁路信号发码器的功能及技术指标。(2)根据直接数字合成理论,文中从时域和频域两个方面对DDS合成信号进行了分析,并给出了对DDS合成信号噪声的理论值。在FPGA(Field-Programmable Gate Array)平台上,基于DDS技术,实现高精度FSK(Frequency-shift keying)信号的输出。模块化的设计方法使得设计灵活,通过改变DDS频率控制字的值,实现不同频率FSK信号输出,系统达到了通用的要求。(3)综合考虑信号设备检测和系统调试对稳定性与可靠性的要求,系统引入铁路信号的“故障-安全”设计原则。系统内部两套闭环检测电路采取二取二逻辑控制,通过对发送信号的闭环检测,保证了系统发送信号的可靠性与一致性,实现了系统故障的自动检测。(4)为提高系统的工作效率和增强检测设备的集中管理,提出基于CAN总线的报文传输和远程控制方法,利用模块化设计思想进行系统软硬件的协同设计。该设计既可有效缩短系统的设计周期,同时还将大大增强系统的稳定性。(5)研究了基于ARM7的μC/OS-Ⅱ系统的移植,确定了基于μC/OS-Ⅱ系统的多任务设计。通过μC/OS-Ⅱ的多任务调度,最终实现高精度移频信号的实时发送。通过对发码器的常温、低温、高温的实验测试,进而证明本文提出的基于嵌入式系统设计思想所设计的发码器,不仅工作稳定、实时性好,而且安全、可靠,能高精度地发送我国铁路上绝大部分制式的FSK信号,具有较强的通用性,完全可以满足对列车信号检测设备和微机监测系统调试的需求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 引言  9-13
  1.1 铁路移频轨道电路的发展状况  9-11
  1.2 课题的研究背景及意义  11-12
  1.3 本文研究内容及安排  12-13
2 嵌入式系统及 DDS 技术  13-22
  2.1 嵌入式系统  13-15
  2.2 嵌入式处理器  15-17
    2.2.1 嵌入式微控制器  15
    2.2.2 嵌入式微控制器  15-16
    2.2.3 嵌入式DSP 处理器  16
    2.2.4 嵌入式片上系统  16-17
  2.3 嵌入式操作系统  17-18
  2.4 DDS 及其合成信号的分析  18-22
    2.4.1 DDS 原理  18-19
    2.4.2 DDS 合成信号的频谱及噪声分析  19-22
3 发码器的硬件设计  22-38
  3.1 发码器的工作原理及系统分析  22-24
    3.1.1 发码器的工作原理  22-23
    3.1.2 发码器的系统结构  23-24
  3.2 控制单元  24-29
    3.2.1 主控单元的硬件设计  25-27
    3.2.2 从处理单元  27-29
  3.3 检测单元  29-32
  3.4 发码单元  32-36
  3.5 功放单元  36-38
4 μC/OS-Ⅱ的移植  38-46
  4.1 μC/OS-Ⅱ系统的特点  38
  4.2 μC/OS-Ⅱ移植前的准备工作  38-39
  4.3 基于 LPC2129 的μC/OS-Ⅱ的移植  39-46
    4.3.1 修改与处理器相关的文件OS_CPU.H  40-42
    4.3.2 OS_ CPU_C.C 文件的设置  42-43
    4.3.3 编写OS_CPU_A.S 文件  43-46
5 发码器的软件设计  46-57
  5.1 控制单元的多任务分析  46-47
  5.2 主控单元的多任务设计  47-53
    5.2.1 系统自检  48-49
    5.2.2 CAN1 接收  49
    5.2.3 CAN1 发送  49-50
    5.2.4 控制发码  50-51
    5.2.5 控制“控制与门”  51-52
    5.2.6 控制“安全与门”  52-53
  5.3 从处理器单元的软件设计  53-57
    5.3.1 接收CAN2 数据  54-55
    5.3.2 控制“控制与门”  55
    5.3.3 控制“安全与门”  55-57
6 实验调试  57-62
  6.1 输出信号的精度分析  57
  6.2 实验室测试  57-62
7 总结与展望  62-64
  7.1 总结  62-63
  7.2 展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
个人简历、学期间发表的学术论文及取得的研究成果  68

基于μC/OS-Ⅱ铁路移频信号发码器的研究

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