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基于嵌入式低功耗芯片和PC104总线实现铁路道口报

一、 背景

铁路平交道口是铁路与公路的平面交叉,是铁路安然运营的紧张举措措施,跟着铁路的成长,道口密度加大年夜,而跟着铁路提速变乱风险也在加大年夜。而安然临盆是铁路运输永恒的宗旨,道口安然是铁路行车安然的紧张环节。嵌入式系统是一种工业节制领域用途广泛的系统软件,有着大年夜家认识和友好的用户界面、统一的编程界面、强大年夜的通讯功能而成为道口自动报警系统改型中首选的操作系统。

道口自动报警系统具有友好的交互式用户界面,安然机能高,事情职员在室内即可经由过程谋略机显示屏幕看到道口的状态,当有车靠近道口时,行人可以经由过程道口的旌旗灯号机、语音音箱获得列车经由过程的信息,事情职员经由过程显示器看到列车报警信息以及外貌设备呈现故障时会自动报警的功能。

二、 事情道理及机能指标

1.事情道理:

在有平交道口的铁道线路上、下行偏向各设置四个磁性踏板开关,以上行偏向为例,四个踏板设置措施如下:在列车靠近道口800-1000米的位置设置三个靠近磁性踏板开关(T1、T2、T3),脱离道口100-200米的位置设置一个出清磁性踏板开关(T7)。下行偏向设置措施与上行措施相同位置相反。当铁路工人功课或穿越铁路的行人无意触动踏板开关产活跃作时有可能孕育发生误报;当磁性踏板开关发生故障而未获得及时替换时有可能孕育发生漏报,这些在道口报警系统中都是弗成漠视的问题。因而在靠近道口偏向设置三个踏板开关并采纳冗余技巧(三取二),当列车经由过程三个靠近踏板开关时,只有当两个或两个以上踏板开关同时动作时才确认列车到达,从而尽可能地削减误报和漏报的孕育发生。当列车靠近道口经由过程三个踏板开关时系统开始计轴统计进入道口的列车的轴对数,同时当列车经由过程出清踏板开关时系统同样统计列车的轴对数,当列车出清计轴竣事并与进入道口计轴数符应时,注解列车出清。当列车到达时,道口旌旗灯号机白灯熄灭、红灯闪烁、鸣响喇叭(或语音报警),同时室内显示器上动画显示列车运行状态,当列车出清后,解除报警,红灯灭白灯亮。各个踏板开关和旌旗灯号灯灯丝以及嗽叭的状态都显示在屏幕上,当呈现踏板故障、灯丝断线、扬声器断线等故障时,报警系统自动给出故障提示;同时记录每次报警的开始光阴、停止光阴以及故障的发生光阴和规复光阴等。(用户界面以及踏板开关的部署[T1至T8为踏板开关]见图1)

图1单线道口报警节制系统用户界面及踏板开关部署图

2.道口报警节制系统机能指标

● 主机事情情况:温度0℃-40℃;相对湿度75%以下;AC220±30V。

● 列车靠近区段间隔≤1200M。

● 适应列车运行速率:2Km/h-160Km/h。

● 列车进入靠近区段3秒钟(±1秒)报警开始(用踏板的位置确定)。

● 道口旌旗灯号机在非报警状态,点亮白灯,熄灭红灯。

● 列车进入报警范围,道口旌旗灯号机开始报警,熄灭白灯,两红灯交替闪烁,扬声器发出报警声音。

● 红灯闪烁频率为60±5Hz。

● 扬声器发出的声音,可以设定为说话报警或钟声报警,可以支持广播功能。

● 磁性探头及道口旌旗灯号机事情情况:温度-40℃-70℃;相对湿度95%以下。

三、 系统设计

1. 硬件设计:

道口报警系统主板采纳的是PC/104总线模块化嵌入式谋略机,PC104总线是专门为嵌入式节制而定义的工业节制总线,其旌旗灯号定义和ISA总线同等,但电气规范和机器规范却完全不合,是一种优化的小型、客栈式布局的嵌入式总线标准。PC104具有的主要功能有:(1)小尺寸布局,标准PC104模块的机器尺寸是3.6英寸×3.8英寸,即96mm×90m。(2)客栈式连接去掉落总线底板和插板滑道,总线以“针”和“孔”形式层叠连接,即PC104总线模块之间总线的连接是经由过程上层的针和下层的孔互相咬合相连,这种层叠封装有极好的抗震性。(3)低落总线驱动电流,削减元件数量和电源耗损,4mA总线驱动 即可使模块正常事情,每个模块的功耗大年夜约1~2W。该模块上还有CPU芯片、DRAM内存、并口、串口、在板支持可读写的固态盘、看门狗及不时钟等,别的还有I/O模块、A/D模块、液晶显示模块、键盘输入模块和打印输出模块等。PC104标准模块在一块尺寸很小的单板机上险些集成了通俗PC的所有功能。标准的PC兼容体系布局削减了软件开拓事情量,模块化、通用化的系统更易于掩护、扩展和进级,削减重复开拓的资源。

道口报警系统中采纳研华公司的嵌入式主板PCM3350其CPU选择的是无需散热片和风扇的pentium-233嵌入式低功耗芯片。输入、输出采纳的是PCM3724板,A口和B口为输进口,C口为输出口。嵌入式系统表现了以利用为中间,其软硬件可根据实际环境进行裁减,能适应对功能、靠得住性、资源、体积、功耗等有严格要求的专用谋略机系统。PC/104与通俗PC机是完全兼容的,只是PC/104比通俗PC机的集成度要高,在90x96mm大年夜小的PCB板上,就集成了CPU、DRAM、显示、IDE、COM、LPT、Network等驱动接口,PC/104嵌入式谋略机体积只有一个番笕盒大年夜小。PC/104的靠得住性,稳定性、抗滋扰性也比通俗的PC机好得多,得当用于道口报警节制系统中。

2. 软件设计:

下位机采纳的是Microsoft Windows CE操作系统,Microsoft Windows CE是模块式实时嵌入式操作系统,办事于空间占领量小、移动的32位智能连接设备,可以满意多种设备必要。Microsoft Windows CE供给了更好的兼容性,并支持硬件实时处置惩罚功能,且具有以下多少新的内查究事:(1)支持嵌套的中断:这可以让高优先级的中断急速被相应,而不是等待低优先级的中断办事例程(interrupt service rouTIne,简称ISR)履行完成。(1)更好的线程相应:高优先级的中断办事线程(interrupt service threads,简称IST)调整延迟的上限加倍紧了。线程相应的这个改进可以闪开拓职员知道线程调整转换什么时刻发生,经由过程前进监视和节制硬件的能力开拓新的嵌入式利用法度榜样。(3)更多的优先级别:256个优先级别(在早期的版本中只有8个)给予开拓职员更大年夜的机动性节制嵌入式系统的调整。(4)更好的节制:对线程光阴片级的节制可以支持对调整机制更大年夜的节制。这些办事使操作系统可以在中断发生之后急速进行相应。Microsoft Windows CE操作系统可以小至200KB,是一个得当下一代互连工业自动化设备的抱负小体积嵌入平台,能从闪存磁盘中启动,也就避免了裸露在灰尘、高温、和震荡情况下,从而使它可以适应以致是最恶劣的临盆情况,这些功能使Windows CE成为测试丈量设备以及可编程逻辑节制器等设备抱负的操作系统。

上位机采纳的是昆仑通态的MCGS嵌入板软件以实现道口报警节制系统的清晰的可视化界面、动画模拟、报警记录、故障诊断并提示等功能。MCGS(Monitor and Control Generated System)嵌入版组态软件是一套基于Windows CE操作系统,可用来快速构造和天生监控系统的组态软件包,它为用户供给了从设备驱动、数据采集到数据处置惩罚、流程节制、动画显示、报表输出等办理实际工程问题的完备规划和操尴尬刁难象。MCGS嵌入版组态软件具有多义务、多线程功能,其系统框架采纳VC++编程,供给富厚的设备驱动构件、动画构件、策略构件,用户可随时方便地扩充系统的功能。MCGS嵌入版组态软件是近年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开拓技巧,开拓职员平日不需再体例详细的指令和代码,只要使用组态软件包中的对象,经由过程硬件组态(硬件设置设置设备摆设摆设)、数据组态、图形图像组态等事情即可完成所需利用软件的开拓事情,它具有二次开拓简便、开拓周期短、通用性强、靠得住性高等优点。在道口报警节制系统中引入组态软件技巧,可以避开繁杂的谋略机软件代码体例问题。研发职员可以根据系统的详细要求,组态设置设置设备摆设摆设出界面清晰直不雅、应用便利、掩护量小、靠得住性高等高机能和高度专业化的监控软件系统。MCGS嵌入版组态软件系统包括组态情况和运行情况两大年夜部分,MCGS嵌入版组态软件的组态情况由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。MCGS的运行情况是一个自力的运行系统,能按照“组态结果数据库”中的组态要领进行各类处置惩罚,完成用户组态设计的目标和功能。当上位机完成主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库以及响应的运行策略的组织与调试后下传到下位机,鄙人位机上调试成功后即可。(组态布局见图2)

法度榜样流程采纳导向安然机制,将道口从余暇到列车经由过程到出清分成几个状态,在响应的运行策略实现道口自动报警的功能。步骤如下:(1)组织MCGS的用户窗口实现简单清晰的可视化界面。(2)使用强大年夜的报表功能记录道口的报警环境并保存在系统中。(3)应用MCGS的运行策略能方便的节制流程并进行故障诊断。(4)应用MCGS的实时数据库包管道口报警节制系统的靠得住性和稳定性。(法度榜样流程见图2)

四、停止语

研发成果证着实道口报警节制系统中引入嵌入式系统是可行的,它除应用便利、掩护量小、靠得住性高等优点外,还具有其它很多显着的上风。如系统设置设置设备摆设摆设机动、开拓周期短、通用性强等。此系统除单线以外还开拓有双线和站场的道口自动报警并且已经经由过程系统调试,将在铁路平交道口中获得广泛利用,以削减变乱发生,保护国家和人夷易近的生命家当安然。跟着收集技巧的遍及和利用还可能继承开拓以实现远程监测和收集传输。

责任编辑:gt

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