地铁车载ATO仿真实验装置的制作方法

本发明涉及一种仿真实验装置，特别是一种地铁车载ATO仿真实验装置。

背景技术：

地铁车载列车自动驾驶设备（ATO）是城市轨道交通重要的信号设备，是地铁信号工车载工班需要维护的信号设备之一。地铁车载ATO的控制原理是：模拟最佳司机的驾驶，ATO获取列车超速防护（ATP）计算机的数据，包括从ATP接收到的全部ATP运行命令、测速单元提供的当前列车位置和实际速度信息、位置识别和定位系统的信息、列车长度、列车运行自动监控（ATS）通过向ATP轨旁单元发送的出站命令和到下一站的计划时间、ATP计算的速度控制曲线等，ATO系统根据这些参数统计算列车的运行曲线，包括启动、巡航、惰行、制动四个阶段，通过ATO车载设备控制列车牵引和制动系统，实现正常情况下高质量的自动驾驶，提高列车运行效率，提高列车运行的舒适度，节省能源。但目前，国内地铁采用的车载ATO设备的建设和维护成本高，结构复杂，核心技术不公开，不利于实验室的建设和实验实训项目的开设。在职业院校的城市轨道交通控制实训设备中，只有模拟地铁列车驾驶的软件，没有真实的设备可供城市轨道交通控制专业车载ATO设备维护实验使用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种成本低、可靠性高的地铁车载ATO仿真实验装置，为城市轨道交通控制专业学生车载ATO设备维护、参数测试和故障处理提供实验实训条件。

解决上述技术问题的技术方案是：一种地铁车载ATO仿真实验装置，包括电源模块，还包括分别与电源模块连接的传感器模块、输入板、ATP模拟计算机、通信板、中断板、内存板、MCU微控制单元、显示模块、输出板，所述的传感器模块的输出端通过输入板与中断板的一个输入端连接，所述的ATP模拟计算机通过通信板与中断板的另一输入端连接，中断板的输出端与内存板连接，内存板的输出端与MCU微控制单元的输入端连接，MCU微控制单元的输出端分别与显示模块、输出板连接。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的传感器模块包括光电速度传感器，该光电速度传感器的输出端与输入板的输入端连接。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述的输入板包括对光电速度传感器的信号进行调理的信号调理模块。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的ATP模拟计算机采用AT89S51单片机。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的通信板采用RS232接口和ATP模拟计算机相连。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的显示模块包括TFT显示模块，该TFT显示模块与MCU 微控制单元之间通过4线电阻触摸屏转换接口芯片连接。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述的通信板、内存板、中断板、电源板还分别设有与MCU 微控制单元输出端连接的显示面板。

由于采用上述结构，本实用新型之地铁车载ATO仿真实验装置与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.可真实模拟车载ATO设备

由于本实用新型包括电源模块、分别与电源模块连接的传感器模块、输入板、ATP模拟计算机、通信板、中断板、内存板、MCU微控制单元、显示模块、输出板，所述的传感器模块的输出端通过输入板与中断板的一个输入端连接，所述的ATP模拟计算机通过通信板与中断板的另一输入端连接，中断板的输出端与内存板连接，内存板的输出端与MCU微控制单元的输入端连接，MCU微控制单元的输出端分别与显示模块、输出板连接。本实用新型是先将ATP数据预先存储在ATP模拟计算机中，MCU微控制单元通过通信板从ATP模拟计算机中获取数据；同时通过传感器模块采集列车实际运行速度信号，该列车实际运行速度信号输送至输入板进行调理后，与ATP数据一起通过中断板、内存板输入至MCU微控制单元进行处理，列车实际运行速度作为列车速度待调整控制的参数，当列车实际速度和MCU微控制单元计算的曲线速度不一致时，通过输出板输出相应的0-20mA模拟量控制车辆的牵引制动系统调整列车速度。此外，还利用显示模块显示MCU微控制单元计算的列车运行曲线和驾驶模式，且通信板、内存板、中断板、电源板还分别设有与MCU 微控制单元输出端连接的显示面板，其显示面板和现场面板一致，因此，本实用新型可真实地模拟车载ATO设备。

2.成本低

由于本实用新型可真实地模拟车载ATO设备，采用了简单的电子元器件及其电路即可仿真实现的功能，因此，其性价比较高，成本较低。

3. 可靠性高，实用性强

由于本实用新型的输入板包括对光电速度传感器的信号进行调理的信号调理模块，ATP模拟计算机采用AT89S51单片机，通信板采用RS232接口和ATP模拟计算机相连，显示模块包括TFT显示模块，而且TFT显示模块与MCU 微控制单元之间通过4线电阻触摸屏转换接口芯片连接，通信板、内存板、中断板、电源板还分别设有与MCU 微控制单元输出端连接的显示面板，其显示面板和现场面板一致。本实用新型整个装置的可靠性高，实用性强，维护简便。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之地铁车载ATO仿真实验装置的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本实用新型之地铁车载ATO仿真实验装置的系统框图，

图2：实施例一所述本实用新型之地铁车载ATO仿真实验装置的主控电路图，

图3：实施例一所述本实用新型之地铁车载ATO仿真实验装置的电源模块电路图。

具体实施方式

实施例一：

一种地铁车载ATO仿真实验装置，包括电源模块、分别与电源模块连接的传感器模块、输入板、ATP模拟计算机、通信板、中断板、内存板、MCU微控制单元、显示模块、输出板（结构框图参见图1），所述的传感器模块的输出端通过输入板与中断板的一个输入端连接，所述的ATP模拟计算机通过通信板与中断板的另一输入端连接，中断板的输出端与内存板连接，内存板的输出端与MCU微控制单元的输入端连接，MCU微控制单元的输出端分别与显示模块、输出板连接。

所述的电源模块的电路图如图3所示，采用桥式整流电路和稳压电路，得到5V、3.3V、24V的电压，在该电路中，D1的L7805和D2的AS1117-3.3都是三端稳压集成电路，L7805输出稳压5V直流电源，接收L7805输入的5v电平AS1117-3.3，输出+3.3v工作电压。

所述的传感器模块包括光电速度传感器，该光电速度传感器的输出端与输入板的输入端连接。

所述的输入板包括对光电速度传感器的信号进行调理的信号调理模块。

所述的ATP模拟计算机采用AT89S51单片机，车载ATP的数据预先存储在该单片机芯片中。

所述的通信板用于车载ATO的中断板连接ATP模拟计算机，从而获取ATP的限制速度曲线等的数据，该通信板采用RS232接口标准和ATP模拟计算机相连。

所述的中断板是用于接收和处理2*8路中断输入。

所述的内存板是用于存储错误信息和有关的处理器数据，在ATO车载单元【ATO车载单元是指完整的车载控制器，包括电源模块、输入板、通信板、中断板、内存板、MCU微控制单元、显示模块、输出板等模块组成完整的可以控制列车高效、准点和舒适地运行的车载ATO控制器（也称车载ATO计算机）】关机后存储相关的数据。中断板接收和处理中断输入后，将数据传输到内存板存储，然后传送到MCU微控制单元进行处理。

所述的MCU微控制单元为ARM处理器，采用单片机STM32F103V8T6，用于对列车运行曲线启动、巡航、惰行、制动等四个阶段的计算，以及控制曲线速度和驾驶模式的显示，图2中的U1是单片机STM32F103V8T6。MCU微控制单元根据来自ATP模拟计算机输入的预先存储的ATP数据，计算列车运行的速度曲线，然后通过输出板输出相应的0-20mA模拟量控制车辆的牵引制动系统，使列车达到计算的曲线速度，但是输出的模拟量转换成速度时可能和MCU微控制单元计算的曲线速度不吻合，这时需要采集列车的实际运行速度，如果速度和输出的曲线速度一致，则不需要调整，如果不一致，需要调整，从而形成一个闭环控制。

所述的显示模块包括TFT显示模块，该TFT显示模块与MCU 微控制单元之间通过4线电阻触摸屏转换接口芯片连接。图2中的U2的ADS7843是4线电阻触摸屏转换接口芯片，用于连接单片机STM32F103V8T6和TFT显示模块，从而控制TFT显示模块的显示。

所述的通信板、内存板、中断板、电源板还分别设有与MCU 微控制单元输出端连接的显示面板，该通信板、内存板、中断板、电源板的显示面板采用仿真的方式实现，由单片机STM32F103V8T6控制，使得面板显示和现场面板一致，便于学生观察设备故障和参数测量。

图2中的J2是JTAG编程接口，J3是输入输出端子，J4是外接端子。

本实用新型的工作原理如下：

先将ATP数据预先存储在ATP模拟计算机中，MCU微控制单元通过通信板从ATP模拟计算机中获取数据；同时通过传感器模块采集列车实际运行速度信号，该列车实际运行速度信号输送至输入板进行调理后，与ATP数据一起通过中断板、内存板输入至MCU微控制单元进行处理，列车实际运行速度作为列车速度待调整控制的参数，当列车实际速度和MCU微控制单元计算的曲线速度不一致时，通过输出板输出相应的0-20mA模拟量控制车辆的牵引制动系统调整列车速度。