基于ARM的列车操纵检测仪的研究

基于ARM的列车操纵检测仪的研究

张辰旸

陕西航天时代导航设备有限公司

摘要:依据我国目前众多的铁路相关专家提出的关于如何进一步降低铁路列车能耗效率所提出一种新方案的，开展一种有关列车系统性能优化设计和运行操纵的测试策略方法进行进一步的分析与研究，介绍整理出了我国另一种基于高性能ARM应用运算处理器开发的新一代列车系统操纵和性能检测仪的列车系统的设计，提出了一种更实用、更高效、更安全的列车解决方案。系统具有一种高度灵活、可靠稳定、友好且安全的人机界面，充分地显示出基于新一代ARM应用处理器开发的强大、可靠易用的图形与数据处理技术的功能。

关键词：ARM；操纵检测仪；研究

一．引言

铁路运输组织属于交通能源占用型单位和社会资源消耗型行业，其交通运输能源及其消耗率涉及国民经济诸多构成因素，作为反映铁路安全运营等工作效率的一项社会重要能源经济指标。在全国铁路运输能耗计算中，机车及其牵引的能耗可占到我国铁路能耗总和的70%以上，它的大小不仅能影响到其运营维护成本与收入的水平高低，还反映到了国家铁路运输组织工作的水平。在现有一定比例的电力牵引动力机车、车辆线路设计等生产硬件环境前提、列车编组计划等列车运营技术管理条件状况条件下，改进电力机车运行的操纵设计方法以达到实现高速列车系统的安全、节能以及平稳运行，是目前一条最为经济、合理、有效、可行的技术节能方法途径之一。

二．系统原理

2.1系统组成

Sam sung公司新开发推出的16g32位的R ISC处理器S3C44B0X为手持移动控制设备，和其它的一般类型的移动控制应用开发平台厂商提供出具备更高产品性价比和具有更为稳定可靠的手持移动控制微控制器及其应用解决方案。

系统的硬件在设计架构上主要还是利用到了ARM奔腾单核7处理器CPU八核S3C44B0X的特性，充分利用到了S3C44B0X所提供给的更全面、更通用的片上外设。

本采集分析显示系统中也同时可以通过时钟信号所对应的实时图形来进行图形显示及输出，能够更加方便地进行实时数据的采集与分析，可以直接通过图形显示输出实时数据波形图来显示实时数据的采集;可以实时精确地打印显示现场的各种测量数值，也可以将数据保存到设备的外部存储器(U 盘)中，方便事后进行数据的再次分析。系统单元主要由数据采集模块、数据传输设备、数据存储传输模块、数据LCD屏幕和显示系统模块组成。

2.2数据采集模块

数据采集模块的主要元件是分别通过使用由加速度传感器ADXL 105和S3C44B0X内置的两个10位的ADC电路单元来连接起来的。加速度传感器ADXL 105主要的任务是负责实时自动的监测实际加速度，通过自动检测传感器输出的信号以及电压等级之间的电压相对值高低的变化程度来精确地反映出实际的加速度大小，输出信号与输入信号电平必须是一个模拟量。将其输出端直接通过LM 358接入到AgD上的输入端，M CU就可以实时的从AgD上直接读出加速度的数字量。系统信号的一次采样频率基本都是保持在30Hz，两次系统采样的信号源之间最大采样间隔频率和采样时间频率都由延时程序自动进行控制。ADXL 105是一款由AD公司专门研发生产与销售的一种微型机械加速度计。它是一种采用差动电容等电子器件作为具有对反馈信号速度敏感补偿特性的一种主要反馈元件，用闭环反馈平衡技术设计和经过一系列完善的完整且能够有效的连接反馈信号调理补偿电路构成的，是一种具有闭环反馈力随动式功能的反馈信号加速度计，满量值为程是±5g，其输出电压信号的最大输出电压值与输入信号加速度成正比。

传感器内的模拟输入信号在实际接入信号前，为防止产生衰减效应和噪声干扰，须要先经过一个电压跟随耦合器，再经过连接到AgD信号转换器中的一个通道。电压跟随器一般选用普通运放式LM 358。

2.3数据传输及存储模块

数据传输控制器模块中使用的控制逻辑单元核心器件，主要采用的是USB的主控逻辑核心芯片SL 811HS，它通常是指用一个单片通用串行总线模块(USB)芯片或由一个通用主机控制器芯片(HC)来和另外一个通用设备控制器模块芯片(DC)组合，其芯片内部的封装和结构完全符合欧洲的U SB111规范标准。对U盘盘机做串口的读写与输出操作时，SL 811HS盘盘机是一个串口主机输入与输出端的介质转换器(Host)装置，而U盘主机则是一个串行的输入端口或串行输出端的输入设备(Device)装置。在串口对PC机进行读写传输数据时，SL 811HS是作为设备，PC机为其设备所对应的主机。这样，系统用户只需单独配置一片SL 811HS就能同时轻松的实现操作U盘以及实现电脑与PC机通讯功能。

2.4LCD 显示模块

使用集成本车仪表系统设备所实现的自动控制系统是指一个能被完全相对独立和控制的车辆自动运行状态、可直接地供乘车人随身观察和携带测量仪表操作的车辆使用的一种高精度仪表系统，可以保证通过这个自动监控系统可以实时准确地显示出在各种汽车运行工作现场中所用汽车的各项高精度仪表测量参数、高精度仪表数据波形图像信息以及其他车辆现场各种实时数据信息经系统采集和汇总计算后得出的仪表系统实时数据时钟

，使驾驶员更加便于操作，对高速列车驾驶员将要进行一些实际的行车和控制仪表操作中都能对此仪表有了一个更加清晰准确的直观印象和了解，可以对驾驶员在进行常识性仪表操作中的仪表进行观察，需请驾驶员经常观察在本机仪表系统中的仪表设置模块中也增加了一个扩展型的液晶显示器模块，液晶(LCD)实时显示的功能可直接快速的进行现场仪表系统的实时显示状态数据图形等的实时显示，使工作现场与人机系统之间的交互及信息传送更加快捷、清楚、直观、方便。由于三星处理器S3C44B0X已经有配备了一个内置的彩色LCD液晶背光控制器，因此在本机这套液晶显示背光系统方案中，采用了没有配备自带彩色液晶控制器的三星单色显示屏U G-32F01。

S3C44B0X内置存储器上的一个LCD控制器起到了一个很重要的控制作用，它主要的职责是主要负责自动地将显示区域和缓存区(在系统存储器中)上的所有存储器内部所有的关于LCD控制器的任何控制指令和信息数据都能自动的传输出去，并直接送到每一个内置存储器外部的下一个LCD控制器或驱动器，并能用来产生系统显示存储器内部的所有LCD的控制和信号。它具有的最主要的设计和特点则是支持灰度LCD图像的显示和支持彩色LCD。不同图像类型数据显示在同一个基板尺寸上，在相应类型的彩色灰度LCD显示器板层上则会显示出一个不同类型、不同数量的垂直像素数、水平像素、数据接口、数据宽度、接口时间和数据刷新率。LCD可编程逻辑控制器模块也可以认为是直接通过控制方式或直接通过编程控制这两种操作方式来实现分别控制其相应类型的逻辑寄存器值，以保证灵活和适应使用这些各种不同规格型号的各种LCD和数字显示板。基本控制器组成与参数的介绍，我们就可以十分清楚的看出LCD里显示出的数据，控制器的主要设计工作主要是用来作为控制器实现数据输入控制和信号传输与显示需要用到的输入控制的数据信号和其它情况需要用的，如V FRAM E、VL IN E、VCL K和VM。除了输出控制器的输入信号，还有输入显示数据控制器输出的输出信号数据端口VD[7∶0]。LCD显示数据控制器系列主要包括REGBAN K、LCDCDMA、V ID2PRCS 和T IM EGEN。REGBAN K有一个多达18个可编程寄存器，用于自动地配置一个LCD背光显示控制器。

三．结语

列车检测是轨道交通车辆安全运行的重要保证，对保障城市交通秩序具有非常重大的意义。该系统主要包括:信号参数测量部分、人机交互界面和数据通信接口等内容;其中人机界面又分为观测操作台与信息处理两个模块，分别负责获取到当前空闲状态下乘客下车位置信息并显示在屏幕上，该模块可以有效地对无人操控方式进行监控并且具有良好可视性。

参考文献

1]　田泽. 嵌入式系统开发与应用[M ]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2005.

2]　田泽. 嵌入式系统开发与应用实验教程[M ]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004.

[3]　莫易敏, 赵刚. 基于U SB 接口的智能列车冲动检测仪研制[J ]. 武汉理工大学学报, 2004(11):