列车模型控制系统软硬件设计(2)
3.2 调制器硬件设计 17
3.3 调制器硬件设计 21
3.4 PCB设计 25
4 调制器和解调器软件设计 28
4.1 PIC单片机开发环境 28
4.2 调制器软件设计 29
4.3 调制解调器软件设计 31
5 上机位软件设计 34
5.1 开发技术简介 34
5.2 列车模型场景控制测试软件总体设计 36
5.3 列车模型控制测试软件的实现 38
5.4 列车迷行控制测试软件运行效果图 38
5.5 结论 39
结论 41
致谢 42
参考文献 43
1 绪论
1．1 课题简介
本课题来源于科学技术部课题《城轨交通路网安全运营关键部分技术研究》（2011BAG01B02）。本课题开发一套以单片机为微控制器的列车模型控制系统，具备模型列车方向速度控制、道岔转撤和信号灯点亮熄灭功能。该系统主要包括硬件部分和软件部分：硬件部分包括以单片机为核心的调制解调板、电脑接口卡、信号灯控制板和道岔控制板；软件部分包括以CAN总线互联的单片机板通讯程序，和在Windows系统下，具备列车自动控制，时间表调度规划以及列车道岔信号灯手动控制功能的软件。
1．2 目的与意义
现代公共交通体系中，轨道交通系统具有无可取代的地位。目前，我国的轨道交通正处在一个高速发展的时期，人们对它有着很高的期望和要求。于是在相关科研人员面前出现了一个棘手的问题：如何才能实现列车安全、快速、高效地运行？列车运行控制系统作为轨道交通系统的神经中枢，担当着保障行车安全和提高列车运行效率的重任。随着计算机技术在列车运行控制系统中的应用，安全问题显得越发的重要和复杂，传统的安全系统设计、分析和测试方法难以满足以计算机技术为基础的安全系统的需要[1]。运营安全是城市轨道交通的基础。搭建城市轨道交通运营安全模拟沙盘，可以模拟不同类型的事故或危险环境，并可进行不允许实际发生的仿真实验，从而为城轨交通安全运营提供经验积累和技术支持，在实际中减少或避免安全事故，降低财物损失及旅客生命危险。城市轨道交通运营安全模拟沙盘的核心是列车模型控制系统，通过对列车模型的控制实现运营图模拟、列车救援等功能。列车模型控制系统的基本要求是对列车模型、道岔和信号灯的控制以及列车位置的判断[2]。
1．3 国内外研究现状
1．4 结论
本文针对城轨交通运营安全模拟沙盘，提出了利用 PIC 单片机开发分布式列车模型控制系统。首先介绍了列车模型控制系统的基本原理和构架，然后详述了电脑接口板、调制解调板、区间编码板、信号灯和道岔解码板的关键硬件设计，最后在测试环境和沙盘中进行了控制系统功能验证，结果表明所开发的控制系统具备列车定位与控制、信号灯与道岔控、应急救援控制等功能，满足了城轨交通运营安全模拟沙盘的控制需求。
2 列车模型控制场景的原理
列车模型控制系统的设备主要包括列车模型、道岔、信号灯、道岔转辙机、列车定位设备等。列车的精确运行是控制的核心。由于列车模型只作为列车固定闭塞控制方式及调度的研究用途，这决定了模型必须是轻巧的。而如果在列车上加一个蓄电装置，非但在多列车运行时充电麻烦，且也增加了列车的重量。故列车的运行是借助轨道传输电流，车头内的马达通过金属车轮从轨道取得电源，从而达到运行功能。
2．1 系统总体结构
2.1.1 系统构成与功能
列车模型控制系统主要由电脑接口板、调制解调板、区间编码板、信号灯解码板和道岔解码板，以及传统的列车模型、道岔、转辙机、信号灯和轨道组成，如图2所示。电脑接口板实现上位机与单片机之间的通讯，并直接读取区间编码信息。调制解调板作为控制中心，接收上位机控制指令或扩展接口连接的其它控制站的指令，将电流信号调制为标准的DCC信号加载到轨道。区间编码板实现对干簧管开关信号采样编码。信号灯和道岔解码板实现对轨道DCC对应信号的解码，以实现信号灯和道岔转辙机控制。上位机运行列车模型控制软件，通过电脑串口发送指令，实现列车自动控制、救援调度等功能。