列车防护预警系统800MHz车载电台主控板设计与实现

摘要

列车安全防护预警系统是保证列车运行、上道作业人员及施工现场安全的一种专业防护预警设备，可使得铁路施工人员、铁路道口防护人员预先知道列车接近的报警信息。在非正常情况下列车可启动发送二次事故防护报警信息，相邻轨道或者同轨道后续列车接收到报警信息之后，可提示列车司机及时采取相关措施。　　传统无线列调装置功能单一、性能不稳定，同时该装置大都工作在同一频率信道内，存在信道干扰、信道拥挤等问题，且无线设备容易对其造成很大的频率干扰，影响行车安全和效率。为了扩展安全预警功能，铁路部门提出在800MHz频段开展业务，形成多业务的列车防护预警系统，实现列车接近预警、二次事故预警、道口安全预警、列尾风压显示、报警和排风制动控制等功能。由无线电管理部门核准使用800MHz频段，具有如下优势：频段独占，目前铁路在此频点没有开展其它业务；电波传播特性更好，尤其在隧道中传输优势更明显。　　论文主要研究列车防护预警系统800MHz车载电台主控板设计与实现，做了以下几个方面的工作：　　1、根据项目的研究背景，引出了列车防护预警系统的业务需求，论述传统无线列调装置的缺点，概述列车防护预警系统800MHz车载电台的优势。详细介绍列车安全防护预警系统结构和功能，分析无线数据通信协议，为硬件和软件设计实现提供理论依据。　　2、基于ARM+FPGA双处理器硬件平台，采用ARM作为主要处理器，FPGA来协助处理模拟信号及编解码工作，加入系统电源电路、FFSK调制解调电路、音频编解码电路、存储电路、通信接口电路、系统保护电路等外围电路实现列车防护预警系统800MHz车载电台主控板硬件设计。　　3、基于 FPGA使用 VerilogHDL硬件描述语言，实现与 ARM之间的通信接口SPI总线，实现FPGA通过I2C、I2S控制音频芯片通道开关，实现发送POCSAG码的同步，实现FFSK无线数据传输协议的收发同步，并分别对各模块做功能时序仿真。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

§1.1 项目研究背景

§1.2 业务需求

§1.3 列车防护预警系统的意义

§1.4 论文主要工作

第二章 系统的总体构成及功能

§2.1 列车安全预警设备构成

§2.2 系统设备主要功能和工作方式

§2.3 数据通信协议

§2.4 设备性能要求

§2.5 本章小结

第三章 车载电台主控板的硬件设计

§3.1 主控板的硬件结构框架

§3.2 处理器芯片选型

§3.3 系统存储器

§3.4 通信接口

§3.5 系统保护电路

§3.6 FFSK调制解调电路

§3.7 音频编解码电路

§3.8 系统电源模块

§3.9 高速PCB板设计

§3.10 单板调试

§3.11 本章小结

第四章 软件部分开发设计与实现

§4.1 软件开发环境

§4.2 项目任务需求

§4.3 功能模块设计及仿真

§4.4 FPGA寄存器描述

§4.5 本章小结

第五章 指标性能测试

结束语

参考文献

附录

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果