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《北京理工大学》 2016年
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机车信息监测记录技术研究

李国达  
【摘要】:铁路运输作为现阶段国内规模最大、运力最强的货物运输手段,担负着国内物流运输的主要任务。在铁路运输中,机车是完成运输任务的核心动力设备,为了保证铁路运输的安全性和运输效率,需要更多的机车运行监测设备和更加智能化、自动化的机车运行控制设备来保证行车安全,这些监测设备和控制设备在运行过程中会产生许多机车状态数据需要记录。因此,需要研发一个新的机车信息监测记录系统来辅助机车安全运行。本文首先对现今机车上使用的主要监测、控制设备进行分析,确定用户需求、通信性能需求以及数据存储需求,对现今主流的通信技术进行了分析、论证,确定了适用的通信技术,在此基础之上确定了总体设计方案。根据总体设计方案,本文设计了基于TMS320VC5509处理器和XC6SLX9芯片的机车信息监测记录系统的原型样机,开发了机车信息监测记录系统中的主控模块、CAN通信模块、以太网通信模块、记录存储模块和数据转储模块。针对系统的通信需求,本文对CAN总线性能进行了深入的分析,并提出了CAN总线性能改进方案。基于CANopen协议设计了设备的CAN通信应用层协议,同时设计了设备的以太网应用层协议。本文还设计了系统进行CAN通信和以太网通信的软件流程和代码,实现了系统的CAN总线通信功能、数据的存储与转储功能以及以太网通信的功能。在机车信息监测记录系统的原型样机上完成了数据通信、数据存储以及转储功能的测试,并对系统处于不同工作模式的功耗进行了测量和评估。结果表明本文设计的系统工作状态正常,系统功能满足需求,整体完成了研究、开发计划。最后,对本文的工作进行了总结,探讨了本文设计中存在的不足之处以及未来需要进行的改进和技术发展方向。
【关键词】:监测记录系统 通信协议 CANopen 以太网
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U260.4
【目录】:
  • 摘要5-6
  • abstract6-10
  • 第1章 绪论10-14
  • 1.1 机车信息监测记录系统的概述10
  • 1.2 机车信息监测记录系统的现状10-12
  • 1.3 课题研究的背景及意义12-13
  • 1.4 论文的主要工作13-14
  • 第2章 系统总体方案设计14-24
  • 2.1 系统总体设计概述14
  • 2.2 机车信息监测记录系统需求分析14-15
  • 2.2.1 机车车载监测、控制设备的需求14-15
  • 2.2.2 用户使用需求15
  • 2.2.3 运行环境需求15
  • 2.3 机车信息监测记录系统设计方案15-23
  • 2.3.1 机车车载监测、控制设备分析15-18
  • 2.3.2 系统通信设计18-20
  • 2.3.3 CAN总线通信需求20
  • 2.3.4 CAN总线传输信息分类20-21
  • 2.3.5 以太网通信需求21
  • 2.3.6 通信信息分类21-22
  • 2.3.7 系统框架设计22-23
  • 2.4 本章小结23-24
  • 第3章 硬件设计与实现24-37
  • 3.1 硬件设计概述24-25
  • 3.2 电源供电25-26
  • 3.3 DSP处理器26-29
  • 3.4 FPGA芯片29-30
  • 3.5 数据存储30-31
  • 3.6 USB电路31-32
  • 3.7 CAN通信电路32-34
  • 3.8 以太网电路34-36
  • 3.9 本章小结36-37
  • 第4章 系统通信协议设计37-66
  • 4.1 CAN总线性能分析37-62
  • 4.1.1 通信协议概述37
  • 4.1.2 CAN总线协议的物理层37-40
  • 4.1.3 CAN总线协议的数据链路层40-47
  • 4.1.4 CAN总线性能优化47-48
  • 4.1.5 CANopen协议分析48-55
  • 4.1.6 应用层协议的制定55-61
  • 4.1.7 通信流程61-62
  • 4.2 以太网通信62-65
  • 4.2.1 以太网协议分析62
  • 4.2.2 以太网通信协议概述62-63
  • 4.2.3 应用层协议的制定63-64
  • 4.2.4 传输层协议的确定64
  • 4.2.5 IP地址与端口号分配64
  • 4.2.6 系统通信设计64-65
  • 4.3 本章小节65-66
  • 第5章 软件设计方案66-77
  • 5.1 CAN通信程序66-73
  • 5.1.1 SJA1000模块的初始化66-67
  • 5.1.2 CANopen协议栈初始化程序67-69
  • 5.1.3 CANopen协议栈运行69-72
  • 5.1.4 SJA1000发送接收报文72-73
  • 5.2 以太网通信程序73-76
  • 5.2.1 初始化程序(En_InitW5200())73
  • 5.2.2 运行程序73-76
  • 5.3 USB数据转储76
  • 5.3.1 初始化程序(mInitCH376Host())76
  • 5.3.2 运行程序76
  • 5.4 本章小节76-77
  • 第6章 设计测试与论证77-84
  • 6.1 测试方案77
  • 6.2 以太网通信功能与数据转储功能测试77-79
  • 6.3 CAN总线通信功能的测试79-83
  • 6.4 本章小结83-84
  • 第7章 总结与展望84-86
  • 7.1 总结84-85
  • 7.2 展望85-86
  • 参考文献86-89
  • 攻读学位期间发表论文与研究成果清单89-90
  • 致谢90

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