基于USB接口的智能列车冲动检测仪的研制

摘要

随着全国铁路建设的不断发展,铁路提速成为铁路建设的重点.而如何在提速同时提高列车乘坐舒适性也是提高铁路服务质量非常关键的因素之一.列车操纵是否平稳直接影响着旅客乘车的舒适感,特别是随着高速铁路的建设,新型机车的引进使用也对司机的操作水平提出了更高的要求.本文介绍了一种基于USB总线的智能列车冲动检测仪的设计,提出了一套实用的检测列车司机驾驶水平的解决方案.系统设计采用嵌入式方案.选用用新型硅惯性加速度计ADXL105检测列车加速度.加速度传感器检测到加速度信号后,由数据采集模块采集,再通过USB总线把数据传输到PC机,由其完成数据分析和处理.上位机数据处理程序采用C++ Builder编制而成.在数据传输模块中,设计了嵌入式USB主机系统,实现了嵌入式USB主机的开发与应用,使系统可以通过单片机直接读取U盘(Flash存储设备),解决了大量数据存储问题.通过USB接口也可以直接与笔记本电脑传输数据,可以实时显示列车运行期间的加速度和加速度变化率曲线图,并且实时分析、记录数据,实现了检测的智能化.本文重点介绍了系统的硬件组成结构与工作原理,包括USB主机固件程序设计、基于windows驱动程序模型(WDM)的设备驱动程序的设计以及应用软件的设计.系统具有可靠性高,功能全,良好的人机界面,使用方便,充分体现了USB的便捷、低成本、易扩展的特点,在实际中取得了良好的效果.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2国内现状

1.3研究目的和意义

1.4课题来源及本论文研究的主要内容

第二章系统结构及方案设计

2.1系统简介

2.2系统工作原理

2.2.1系统硬件组成及工作原理

2.2.2系统软件设计

2.3本章小结

第三章USB总线设计

3.1 USB总线的优点

3.2 USB总线的1.1协议简介

3.2.1 USB体系结构概述

3.2.2 USB总线布局技术

3.2.3 USB总线协议

3.2.4数据流种类

3.2.5 USB设备

3.2.6 USB主机

3.2.7 USB传输中的数据格式说明

3.3 US8-Host主板设计

3.4 USB主机硬件设计

3.5 USB主机程序结构

3.5.1硬件抽象层(HAL)的实现

3.5.2 Mass Storage Class协议

3.5.3 FAT16文件系统

3.5.4 SL811HS枚举(enumeration)设备过程

3.6 USB设备设计

3.7小结

第四章数据采集模块设计

4.1硬件设计

4.1.1加速度传感器电路设计

4.1.2单片机系统设计

4.2数据采集模块与数据传输模块通信协议设计

4.2.1双端口RAM设计说明

4.2.2协议规定与工作方式

4.2.2系统命令定义及其数据结构

4.3数据采集模块软件设计

4.4小结

第五章列车纵向冲动的判定

5.1列车冲动的工况分析

5.2列车冲动的原因分析

5.3列车加、减速舒适度评判标准

5.3.1各国冲动评测标准参考

5.3.2系统冲动评测标准

5.4振动对测量冲动值的影响

5.5本章小结

第六章PC机程序设计

6.1 Win2000设备驱动程序的开发

6.1.1驱动程序设计中的一些基本概念

6.1.2 Win32驱动程序模型

6.1.3驱动程序例程设计

6.2驱动通信模块程序设计

6.3应用程序的开发

第七章全文总结与展望总结

7.1全文总结

7.2展望

7.3设计心得

参考文献

致谢

附录一：攻读硕士学位期间发表的论文

附录二：攻读硕士学位期间完成的科研项目

附录三：攻读硕士学位期间完成的科研成果