城市轨道交通计轴仿真系统的设计与实现

《城市轨道交通计轴仿真系统的设计与实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市轨道交通计轴仿真系统的设计与实现（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、城市轨道交通计轴仿真系统的设计与实现摘 要：计轴设备利用电磁感应的原理，使用感应线圈检 测或检查轨道上有车和无车时的感应电动势的幅值和相位，就 可以判定是否有车状态。城市轨道交通计轴仿真系统实现对轨 道区段的列车的空闲或占用检测，并且将比较后的数据进行判 断是否合格，具有重要意义。关键词：计轴系统;城市轨道交通1 概述1.1 研究目的和现状目前用于检查区间空闲的设备主要有两种，它们分别是有 轨道电路和计轴设备。作为室外重要的设备的轨道电路，是最 早的检测轨道占用的设备，2可以实现区段的列车的空闲或 占用情况。1其中轨道电路由于性能稳定并可进行断轨检查 得到广泛的使用，但由于轨道电路对道床要求相

2、对较高，钢轨 又容易受环境影响，轨床的电气参数往往会发生变化，导致轨 道电路的可靠性会降低，存在安全隐患，影响效率。2除此 之外，轨道电路还可以用于检测钢轨是否折断情况。3计轴 设备是采用现代传感技术和计算机技术的另一个重要的轨道检 查设备，利用电磁感应的原理，使用感应线圈检测或检查轨道 上有车和无车时的感应电动势的幅值和相位，就可以判定是否 有车状态 。3，4由于计轴设备的检测原理与轨道状况的无 关，因此具有长区间检测能力、强抗干扰的能力、容易维修、 适应性强，是检查轨道区段空闲的理想系统。计轴传感器凭借 着其可靠性和优越性，成为检测区段的列车的空闲或占用情况 最佳设备。101.2 研究目标

3、通过设计和开发城市轨道交通计轴仿真系统，实现检查城 市轨道交通控制领域中区间空闲状态的功能。本仿真系统能实 现多种计轴系统的仿真，并与PC机进行双向通信，能够自动 保存数据结果到数据库中，能够统计进出计轴点脉冲信号的个 数，然后进行比较，用于检查轨道区段空闲状态，从而实现与 真实现场工作情况的模拟对接。2 主要计轴设备2.1 AzS（M）350M 型计轴设备AzS（M）350M 型计轴设备是双侧计轴传感器的典型产 品，主要有运算单元组合、计轴点设备、电缆、车站联锁系 统、各接口电路和电源等组成;当有车轮靠近计轴点设备范围 时，磁场会发生变化，使得计轴点设备输出发生变化，经过電 缆传输到运算单元

4、组合进行处理，根据计算结果判定运行方向 和是否被占用。62.2 ACS20_型计轴设备ACS20_型计轴设备是单侧计轴传感器的典型产品，通过 电磁振荡方式把数据传输到处理单元，通过了欧洲权威部门安 全认证，安全性高。72.3 JWJ-C 型计轴设备JWJ-C 型计轴设备是双侧计轴传感器的典型产品，检测方 式是鉴相。利用本身的感应子系统检测相位的变化是否满足条 件，如果满足就记一个轴;工作性能相对稳定，但是结构非常 复杂、价格昂贵、安装难度大、维护繁琐，因此应用推广难度 大。8，93 硬件设计城市轨道交通计轴仿真系统主要有由单片机电路、传感器 电路、液晶显示电路、按键输入电路、串口通信电路、数据

5、存 储电路、报警电路和远程数据通信电路等电路组成。单片机模 块主要起信息采集、处理、分析和传输等功能;传感器电路电 路在单片机的信号控制下发送信号并接收发射返回的信号，两 种电路相互配合进行计轴。按键输入电路主要用于系统参数的 设置，串口通信电路实现多机通信以及与计算机的数据通信功 能;数据存储用于存储系统检测的列车的位置数据;液晶显示电 路用于显示采集到的计轴数值和其它信息;报警电路用于提示 消息，主要有播报距离的数值。3.1 单片机电路 （1）电源电路。本下位机的电源采用 3 个电容 C9、CIO、C8作为滤波电容，为单片机提供稳定的5V电源，D6为 电源指示灯、R9为指示灯的限流电阻。如

6、图3-2电源供电电 路所示。220V交流电经过变压器降压后，经过整流和滤波 后，输入到三端稳压芯片78L05，就得到稳定的5V电压，给 单片机供电。（2）时钟电路。STC1C5A60S2单片机采用外部 晶振作为振荡时钟。本下位机采用12MHz晶振为单片机稳定的 振荡脉冲。（3）复位设计。本下位机的复位电路包括内置看 门狗WDT和外置的复位电路。外置复位电路支持手动模式按下 复位按键单片机即可复位。单片机在运行过程中，由于某种原 因造成数据错误，内置看门狗WDT立即启动，保证系统的正常 运行。3.2 传感器模块超声波传感器模块模块由超声波发射电路、超声波接收电 路和控制电路组成，实现非接触式距离

7、测量，范围是2cm 4m，测量精度达到3mm。Trig是控制超声波发送的指令，在此 引脚上给一个 1OuS 以上脉冲触发信号（高电平），模块会向 外发送 4OkHz 周期电平共计8个，并自动检测是否有回复信 息，如果有回复信息，控制Echo引脚输出一个高电平信号， 并且启动定时器，计算高电平持续的时间。最后根据时间计算 距离值。3.3 液晶显示电路 为了能够直观显示测得的结果，需要把测得的数据送到显 示器上显示。本系统采用的是 LCD12864 液晶显示模块。 LCD12864 液晶显示模块采用的是全点阵的结构，可显示汉 字、图形、字符，甚至还可以绘制曲线;集成字库，可显示 32 个字，每一行

8、最大显示 8 个字，共 4 行;具有多种背光颜色选 择;工作电压低，范围在3.3V5V；接口灵活、设计简单、操 作方便;功耗低，成本低，因此被广泛应用于仪器、便携设备 的显示。3.4 串口通信电路单片机与PC之间的通信主要有RS232和RS485两种接口 形式。RS232在使用过程中会存在些不足，主要有传输速度受 限制、传输距离比较短、抗干扰性比较差、电平标准不兼容、 不太适宜多机通信，因此我们选择的是RS485通信接口。相比 RS232通信接口，RS485具有传输速度快（达到10Mb/s）、传 输距离比较远（达到1.2km）、接口简单、抗干扰能力比较 强、特别适用于多机通信（多达 256个设

9、备） 。3.5 数据存储电路为了能保存系统的重要信息或程序，需要額外增加存储电 路，用于存储重要的数据或程序，以防掉电后丢失信息。存储 电路采用的是AT25F512芯片。AT25F512是ATMEL公司研发的 具有SPI功能的8位串行通信的存储芯片，512kb存储空间， 具有高达20MHz的时钟频率、支持多种SPI模式、支持擦除和 可编程、工作电压低、功能低和写保护等功能，广泛地应用于 工业或商业场合。4 软件设计4.1 传感器采集数据程序（1）设置定时器的工作模式，把定时器 T0 设置为方式1,受外部引脚电平的影响，GATE=1； （2）启动信号触发程序; （3）等待回复信息;（4）开启计时

10、;（5）计算时间和距离。4.2 液晶显示控制程序首先LCD12864液晶显示模块设置成串行模式，即PSB脚 接低电位。开始先把 CS 置于低电平，在 CS 变为高电平时，在 SCLK脉冲的作用下开始进行数据的读写。在SCLK前五个脉冲 时，STD首先接收同步字符串后重置传输计数，并同步串行传 输，之后启动传输方向位（R/W）和只5信号，第倣个字节则为 0;接收传输方向位（R/W）和只5信号后，开始进行数据传输， 每一个字节将分成两次传输，每次只能传输 4 位，高四位在 前，低四位在后，相关的另四位则全都为 0。4.3 串口通信控制程序在 485 通信过程中，控制 RE 和 DE 两个引脚的输出

11、电平来 控制数据的流向，当RE被置于低电平时，数据输入，DE被置 于高电平时，数据输出。本系统中系统是以半双工方式进行通 信，因此，把RE和DE两个引脚连接在一起，由单片机输出高 低电平来控制 485通信数据的流向。在单片机多机通信中，数 据命令都是由主机发起的，从机一般只能被动接收命令或数 据，一个系统中一般只有一台主机，从机间独立通信，相互不 影响，数据的通信都只能由主机进行转发。4.4 远程数据通信程序GPRS通信具体的程序流程如下：（1）正确连接电路。把 单片机与GPRS模块正确连接。一般情况下，GPRS模块的RXD 端与单片机的TXD引脚连接，而GPRS模块的TXD端与单片机 的RX

12、D引脚连接，然后单片机的地与GPRS的地必须共地。（2）初始化 GPRS 模块。主要是设置 GPRS 模块的通信波特 率、接入网关、移动终端类别、设置数据传输模式等，这些都 通过AT指令完成。（3）检测GPRS网络是否注册成功，成功 后即可进行数据传输和短消息处理。具体过程如上：把 GPRS 模块设置成GPRS连接模式，接入点为“CMNET”；设置设置本 地端口号为TCP协议，端口 2022；设置SERVER端域名;激活移 动场景;然后获取本地 IP 地址;配置 cdnscfg 为220.170.79.210;与远程服务器连接建立 TCP 连接;连接成功后 就发送数据，发送成功后服务器返回。5

13、 系统测试把系统的各个传感器和电路模块安装到指定位置，然后对 电路及其模块的功能进行调试，调试一般有两种方法，具体如 下：5.1 安装调试同步进行法将电路的总体功能细分成多个模块功能进行安装调试，可 以按照信号的流向逐个完成安装调试。在完成前一个电路调试 的基础上，再增加与之相连接的电路进行调试，逐渐将范围扩 大，直到把所有模块电路全部安装和调试完成。此种方法方便 调试，能比较快速的发现问题并解决问题。5.2 电路一次性调试法首先把所有的电路模块按照设计任务搭建完成，然后将系 统的总体功能进行统一调试。调试需要按步骤进行，具体如 下：（1）调试通电前检查。（2）调试通电中检查。（3）单 一电路功能调试。（4）整体产品功能统一调试。