基于GPS/航迹推算组合导航的列车防撞系统设计

3.2 无线通信模块

通信机制完成系统中各模块间的通信功能，实现数据的传递。列车之间的互相通信是将实时的位置信息传递给临近的列车，通过计算与相邻列车的距离，并判断是否存在碰撞的可能，根据判断结果给出相应的警告信号，以实现列车的安全预警。

无线数据传输是利用无线电波作为传输的媒介，将数据信息进行编码调制到载波频率上，送到射频前端，通过天线发射出去或将接收到的电波信号进行解码调制还原出原始数据的过程。无线数据传输技术具有不用预设网络设施及自主组网等特点，主要用于解决一些不易架设线缆，但又需要进行数据采集并传输的小型无线网络的通信问题。由于铁路沿线架设通讯线路不方便，而且架线工作量比较大，选择无线数据传输作为各个列车防撞系统之间的通信方式，比较合理。

由于列车的惯性较大，所以其制动距离较长，可能达到几千米，因此对列车之间的通信范围有要求，本项目规定的最低要求是400m，但从安全系数上考虑，至少1km的安全距离比较合适。

通过综合比较，系统通信模块选择YL-5001W中功率无线数传模块。YL-5001W是一款高稳定性，低功耗，高性价比的采用GFSK调制方式的无线透明数据收发模块。该模块相对其他通信模块具有尺寸小，灵敏度高，传输距离远，通讯数率高，内部自动完成通讯协议转换和数据收发控制等特点。能在不改变用户的任何数据和协议，完成无线传输数据功能。工作频率433MHz，串口波特率9.6kpbs，能满足系统与系统之间的通信要求。

3.3 控制器及其他电路

主控芯片选择ST(意法半导体)公司的STM32系列ARM芯片，该系列芯片采用Cortex—M3内核，采用8M晶振，通过锁相环倍频后时钟频率最高可达到72MHz。本系统选择的32位的STM32F103RCT6是低功耗高速单片机，外设资源丰富，芯片集成了SPI，I2C，USB和A/D等硬件接。

本系统各模块间采用串口通信，主要用了单片机的四个串口，串口一用来下载程序，串口二与导航系统通信获取列车的定位信息，串口三与无线通信模块交换数据，串口四与触摸显示屏相连，将需要的信息显示在触摸屏上。

4 软件设计

系统软件采用编程环境Keil设计，主要用C语言编写。由主程序main()、轨迹推算处理子程序GuiJi—Calcaulate()、触摸屏显示子程序Show()、中断处理子程序、通信子程序Communication()、误差处理子程序Error-Processing()等组成。软件各部分均按照结构化程序设计思想进行编程，易于调试和维护。主程序流图如图3所示。

5 系统测试

根据系统设计方案，完成硬件各模块连接，组装好样机。实验中，我们采用电动摩托车来模拟低速运行的列车，通过拆除GPS天线来模拟列车进入隧道、森林等GPS失锁的情况，并让两样机相距约500m的距离进行了实验。系统界面如图4所示。实验结果表明，当GPS信号良好时，误差小于等于10m，卫星失锁时，误差不超过30m。

经综合分析，本系统达到项目要求，可以满足列车实际运行。

6 结束语

本系统合理利用了GPS卫星定位技术以及航迹推算导航算法，实现了稳定、可靠的低成本组合导航。采用大功率无线电台，使无线数据传输距离大幅度提升，安全预警距离更大。触摸屏显示界面友好，能直接获取列车实时位置、导航信息来源、航向、定位误差等信息。实验结果表明，系统工作稳定可靠，在铁路系统中具有一定的应用前景与参考价值。