第1章绪论
1.1研究背景和意义
随着我国城市建造的进展,城市轨道交通市场前景更加广阔，“十二五”期间，国家在轨道交通建设将投入大量的人力、物力、财力，己形成一个世界上规模最大、发展最快、前景最为广阔的轨道交通建设市场。城市轨道交通的快速发展对运输安全和控制可靠性提出了更高的要求。
城市轨道交通作为城市交通的重要组成部分，经历了生成期、成长期和成熟期三个阶段。我国城市轨道交通发展从20世纪50年代开始起步，经历短短几十年的时间，其发展势头十分迅猛。我国多大型城市都拥有了城市轨道交通，如:北京、天津、上海、广州、深圳、南京、武汉、成都、重庆等。特别是近几年，我国城市轨道交通正在如火如茶的建设，城市轨道交通的相关技术发展迅速且多学科相互融合，呈现出很强的跨学科综合态势，工程应用、现场设计施工的技术也是日新月异。为此，目前及今后一段时间，交通院校要培养一大批具有扎实的理论基础和一定的创新能力，面向生产、建设、管理第一线的高级应用型专门人才与我国城市轨道交通的发展相适应，这就迫切需要不断加强实践教育环节。但是，考虑到安全、场地、费用及铁路行业的特殊性，在传统的实践环节中，学生不可能实际的操作和常见故障的处理等工作，教学效果不理想，很难培养学生的专业综合技能与创新意识，成为影响教育教学质量的重要因素;此外，铁路运输指挥手段及现代铁路信号技术的发展也缺乏新型的培训手段。建立集教学、培训、职业鉴定及技术服务为一体的综合系统平台显得十分必要，从而，实现高等教育在专业人才从以知识传授为中心向以能力培养为中心转变，从培养继承和使用知识的人才向培养能够发现和创新知识的人才转变。
面对城市轨道交通控制技术的巨大变化，我校必须结合现场，消化吸收先进技术，提高实践教学水平和质量。通过城市轨道交通控制及通信平台可以有力促进城市轨道交通控制、铁道信号、通信工程、计算机应用和电子测量等专业的发展，提升科研创新水平。
1.2国内外研究现状
国外，计算机仿真技术发展较早，应用于各个行业，其中包括轨道交通管理与控制，主要集中在列车运行自动控制、铁路通信信号、仿真界面设计等科研方面;我国从20世纪80年代开始重视城市轨道交通的模拟研究，初期的研究主要应用在车站仿真界面及列车运行过程计算等。目前主要致力于列车牵引计算、城市轨道交通系统设计及技术作业过程仿真等方面的研究。国外铁路沙盘发展比较早，流行于各种铁路沙盘爱好者，现在也开始向铁路院校及相关公司仿真培训系统发展，如圣彼得堡铁路交通大学、土库曼交通大学等都有铁路信号沙盘，沙盘也从简单的展示向综合的控制转变。在国内，北京交通大学、中南大学、兰州交通大学和西南交通大学对运输管理控制都设计有软件仿真系统，可以检索出这方面相当多的文章。现在综合控制沙盘也从老牌的交通大学向铁路职业技术学院扩展，如:安徽交通职业技术学院、南京铁路职业技术学院等。高校以教学为主，着重培养学生科研能力、创新能力，提升学生的综合实践能力，所以仿真沙盘更倾向于对铁路的实际情况的模拟和现场数据的一致性。此外，国内各铁路局和相关公司也开始研制铁路培训综合仿真系统，如武汉铁路局、昆明铁路局、南京地铁、上海申通地铁及无锡地铁等。国内各铁路局和相关公司更加重视对员工的职业技术的培训和技能的鉴定。如今的铁路仿真系统，也逐渐从全软件运输仿真向上层软件仿真、下层铁路沙盘过渡。同时，也有上层现场设备、下层铁路沙盘的仿真系统，但此系统造价昂贵、建设难度大，很难有推广空间。城市轨道交通控制及通信平台是结合城市轨道交通和高速铁路两部分的综合实训平台，在国内尚属首次。
从国内外轨道交通仿真系统的研究现状可以看到，仿真技术的快速进步，仿真范围的逐步扩大，都使轨道交通仿真系统得到大力发展，国内现在拥有较多轨道交通仿真沙盘的生产制造商和上层软件的开发商，技术都相对成熟，但是大部分都集中于表面的功能性仿真，内部的技术原理相对薄弱，主要由于轨道交通的技术设备复杂，技术更新较快，现场实际考虑因素较多，设计施工因地制宜等原因。迄今为止，针对城市轨道交通调度指挥及控制的仿真系统较为缺乏，更没有形成一个规模化、教学培训一体化、集成度高的仿真平台。城市轨道交通控制及通信平台结合理论研究与工程应用，以展现现代城市轨道交通的技术设备特征和应用水平为主线，以现场实际的信号控制、通信网络等技术和沙盘动态模拟仿真为依托，将相关学科有机整合，系统开发结合现场实际的城市轨道交通技术设备硬环境及控制运行状态软环境，构建操作性强、集成度高的城市轨道交通控制及通信实验平台。
3.4 通信接口.............. 26-30
3.4.1 底板通信接口.............. 27-28
3.4.2 RS-232通信接口.............. 28
3.4.3 USB通信接口设.............. 28-29
3.4.4 RS-485与RS-422..............29-30
3.4.5 网络通信接口.............. 30
3.5 时钟模块及温度传感器.............. 30-31
3.5.1 时钟模块.............. 31
3.5.2 温度传感器.............. 31
3.6 印刷电路板..............31-33
第4章 城市轨道交通控制.............. 33-42
4.1 仿真信号机控制..............33-36
4.2 仿真道岔控制模块.............. 36-38
4.2.1 仿真道岔动作原理.............. 36-37
4.2.2 仿真道岔定反位..............37-38
4.3 发车表示器及紧急停车.............. 38-40
4.3.1 发车表示器控制.............. 38-39
4.3.2 紧急停车按钮控制.............. 39-40
4.4 无线机车控制..............40-42
第5章 系统软件设计.............. 42-57
5.1 系统通信协议..............42-45
5.2 城市轨道交通控制.............. 45-55
5.2.1 串行口程序.............. 45-48
5.2.2 定时/计数器程序.............. 48
5.2.3 EEPROM程序.............. 48-50
5.2.4 状态表、驱动表.............. 50-53
5.2.5 通信协议程序..............53-54
5.2.6 控制及采集板.............. 54-55
5.3 仿真道岔控制模块.............. 55-57
结论
本论文重要是对城市轨道交通操纵和通信实验室仿效平台硬件接口探究设计,实现对仿真沙盘信号机、道岔、发车表示器、紧急停车按钮等信号设备及仿真列车的运行、定位的控制。系统采用模块化、即插即用的设计方法，便于实验室对故障的查找与日常维护，使系统具有更好的可拓展性，为今后的研发提供有利条件。
本论文主要完成了以下工作:
1、对城市轨道交通控制及通信平台实验室功能需求进行分析，并设计城市轨道交通及高速铁路的系统结构图;