目录
1绪论 (1)
1.1 数字通信技术 (2)
1.2 国内外相关技术发展介绍 (2)
1.2.1 国外相关技术发展 (2)
1.2.2 国内相关技术发展 (5)
1.3 选题的意义 (5)
1.4 主要研究工作及论文组织 (6)
2 系统设计方案 (7)
2.1设计依据 (7)
2.2 设计遵循原则及要求 (7)
2.2.1 设计遵循原则 (8)
2.2.2 设计要求 (8)
2.3 系统设计方案 (9)
2.3.1 64D半自动闭塞站间信息传输基本原理 (9)
2.3.2传输设备系统结构及原理 (10)
2.3.4半自动闭塞站间控制信息数字化传输实现方案 (10)
2.3.5 传输设备接口电路说明 (12)
2.4本章小结 (13)
3系统硬件和软件设计与实现 (14)
3.1 传输设备构成 (15)
3.2产品结构 (15)
3.3硬件开发平台（微处理器）的选择 (16)
3.3.1 与8051的兼容性 (16)
3.3.2 指令执行速度提高 (17)
3.3.3 增加功能 (17)
3.3.4 C8051F060单片机 (18)
3.3.5 其它外围电路 (20)
3.4主要单元板卡 (26)
3.4.1主控卡（MCU） (26)
3.4.2输出驱动卡(DRU) (27)
3.5设备接口 (29)
3.5.1站间通信接口 (29)
3.5.2 开关量采集接口 (30)
3.5.3 继电器驱动接口 (31)
3.5.4 集中监测接口 (31)
3.6 系统软件架构 (32)
3.6.1 逻辑运算模块 (32)
3.6.2采集模块 (34)
3.6.3驱动模块 (37)
3.6.4 CAN总线发送和接收模块 (38)
3.6.5站间信息发送接收模块 (41)
3.7 本章小结 (49)
4 系统测试及验证 (51)
4.1 系统模拟测试及验证 (51)
4.1.1系统主要技术指标 (51)
4.1.2系统基本功能测试 (54)
4.1.3故障—安全测试 (57)
4.1.4传输协议及软件安全威胁防御验证 (59)
4.2 系统现场测试及验证 (62)
4.3 本章小结 (64)
5 总结与展望 (65)
5.1 本文总结 (65)
5.2工作展望 (66)
参考文献 (67)
致谢 (69)
攻读学位期间发表的学术论文目录 (70)
半自动闭塞控制信息数字化传输系统的设计与实现
1绪论
我国铁路行车基本闭塞法采用三种制式，即自动闭塞[1]、自动站间闭塞[2]、半自动闭塞[3]。我国单线铁路约占总营业里程的50%，单线铁路大多采用64D型继电半自动闭塞系统。它是利用继电器电路的逻辑关系实现分界点之间的联系，以闭塞机继电器吸起产生的普通电平信号作为信息载体，通过电缆传输闭塞系统的状态信息。继电半自动闭塞系统信息在电通道中的无中继传输能力不强，容易受到外界环境的干扰，影响了线路的安全性能和运营效率，且不利于铁路信息化[4]。
目前，哈尔滨铁路局管内有541个车站，近2/3的车站采用半自动闭塞制式，占全局总营业里程的50%左右。即使在今后一部分单线区段改造为双线区段，单线铁路也仍将占该局管辖的相当一部分。单线区段站间普遍采用半自动闭塞制式，信号设备采用的是64D半自动闭塞系统，站间联系闭塞信息传输媒介主要是实回线或架空明线来实现的。其中该局使用架空明线的单线铁路约有四千公里，大部分都在超期服役，且架空明线大多是采用铁线，存在着线路电阻大、易受雷击、断线、混线等问题，影响半自动闭塞系统的正常使用，尤其是站间距离比较长，地形复杂的山区，一旦出现问题，对行车安全影响很大，严重干扰运输秩序。
经统计，哈尔滨铁路局管内近年来因半自动闭塞外线发生故障，导致的非正常行车每年在15起左右，对行车安全造成了不小的影响。特别是当半自动闭塞设备发生故障后，行车方式改为电话闭塞方式，站间区间的占用和空闲由原来的设备保证变为人为保证，给行车带来了很大的安全隐患。
综上所述，应用实回线或架空明线不利因素存在以下几个方面[5]：
(1) 采用实回线或架空明线，维护难度大；
(2) 对设备防雷、电磁兼容要求高，传输距离受限制。抗干扰能力比较差，影响运输效率；
(3) 受站间闭塞电路中电阻电容老化、闭塞电源性能下降的影响，闭塞电路会随时间的推移而出现工作不稳定现象。
利用光通信技术实现站间安全信息传输已在铁路信号控制领域中得到越来越多的应用，铁道部为了统一技术标准、规范产品结构和应用方式，保证设备间的互联互通和信息传输安全可靠。2010年8月颁布运基信号[2010]537号《基于光通信站间安全信息传输系统应用技术条件（暂行）》[6]。该标准适用于普速半自动闭塞、自动站间闭塞区段安全信息传输。
鉴于以上原因，本论文考虑用光通信技术替代半自动闭塞原始的架空明线，研究用于半自动闭塞站间控制信息传输的传输设备。