CRH2型动车组国产化制动控制单元（BCU）通信网关的研究

发布时间：2016-10-27 21:31

  本文关键词：CRH2列车通信网络软件仿真的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

《北京交通大学》 2010年

CRH2型动车组国产化制动控制单元（BCU）通信网关的研究

李成钢  

【摘要】： 高速列车的控制命令、运行监控、故障检测与诊断的信息都是通过列车通信网络传送的。对于动力分散方式的高速列车,需要由网络传递牵引或制动控制信息,以保障各单元协调统一的工作。同时,各动车或拖车的工作状态也通过网络传输给主控车,用以状态监测和故障诊断。 CRH2型动车组中的制动控制指令即通过列车通信网络来传送,其中列车信息终端与制动控制单元(BCU)通信的传输介质为光纤,采用HDLC协议。由于国外企业不公开列车信息终端与BCU通信的数据含义,这就给动车组上制动设备的替换更新带来一定的困难,所以需要对CRH2型动车组列车控制网络进行分析,解决国产化BCU的联网问题。 本文在阐述CRH2型动车组制动系统与通信网络构成的基础上,针对CRH2型动车组列车信息终端与国产化BCU的联网问题,利用光纤通信技术与SOPC技术,设计了一种用于国产化BCU的通信网关,完成光纤通信模块、USB传输模块、FPGA模块、RS485通信模块以及电源模块等部分的设计。光纤通信模块主要采用HFBR-0400系列光纤收发器完成光电转换电路的设计；USB传输模块把数据上传到上位机；FPGA模块将自定制的BCU通信控制IP模块与NiosⅡ软核处理器、UART等单元在Altera公司的FPGA上完成SOPC系统的集成；RS485模块则实现通信网关与国产化BCU的通信；电源模块为整个通信网关提供5V、3.3V和1.2V的供电电源。最后在日方Nabtesco制动系统(列车信息终端)实验台与国产化BCU上进行数据采集实验、双向转发实验和协议转换实验,实现列车信息终端(HDLC协议)与国产化BCU (RS485协议)的通信,验证了通信网关功能的完整性。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TN915.852
【目录】：

致谢5-6

中文摘要6-7

ABSTRACT7-10

1 引言10-14

1.1 高速铁路发展概况10-11

1.2 课题背景11-13

1.3 研究内容与目标13-14

2 CRH2动车组制动系统14-20

2.1 系统组成14-15

2.2 制动的种类15-16

2.3 系统的技术特点16-17

2.4 CRH2动车组制动控制系统17-20

3 CRH2动车组通信网络20-28

3.1 CRH2动车组信息传输系统20-22

3.2 列车总线与列车通信网络22-25

3.2.1 ARCNET协议22-23

3.2.2 HDLC协议23-25

3.2.3 列车总线光纤双重环网布线结构25

3.3 车辆总线与车辆通信网络25-28

3.3.1 20mA电流环标准25-26

3.3.2 车厢级网络结构26-28

4 制动控制单元(BCU)通信网关的设计28-58

4.1 SOPC技术简介28-32

4.1.1 IP、Avalon总线与Nios Ⅱ软核处理器28-29

4.1.2 SOPC开发流程29-31

4.1.3 可编程逻辑设计技术31-32

4.2 通信网关总体设计32-34

4.2.1 通信网关的技术要求32

4.2.2 通信网关的设计方案32-34

4.3 光纤通信模块34-38

4.3.1 常用光纤连接器类型34-35

4.3.2 HFBR-0400系列光纤收发器35-36

4.3.3 光纤通信模块设计36-38

4.4 USB传输模块38-39

4.5 FPGA模块39-50

4.5.1 编码器模块41-43

4.5.2 解码器模块43-45

4.5.3 通信存储器模块45

4.5.4 Avalon总线接口模块45-46

4.5.5 通信网关的SOPC系统46-50

4.6 RS485通信模块50-53

4.7 电源模块与测试接口53-55

4.8 网关板卡布局与实物55-58

5 通信网关现场实验58-68

5.1 数据采集与分析58-59

5.2 实验环境59-60

5.3 实验方案与实验结果60-68

5.3.1 数据采集实验60-62

5.3.2 通信网关双向转发实验62-64

5.3.3 通信网关协议转换实验64-68

6 总结与展望68-70

参考文献70-72

作者简历72-76

学位论文数据集76

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本文编号：156023