智能安全的列车数据换装终端的设计与实现

发布时间：2017-08-25 08:15

  本文关键词：智能安全的列车数据换装终端的设计与实现

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【摘要】：近年来随着全国铁路规模的扩大和运行速度的提升,使得列车调度和线路改造越来越频繁,其列车运行线路的变更必然导致包含运行线路坐标、距离、限速、坡道、隧道等列车运行监控装置基础数据的频繁换装(更换),而传统通过人工更换每台列车监控基础信息数据芯片和使用IC卡换装的方法所产生的错换、漏换、准确率不高、安全性低、耗时长等矛盾日渐凸显。为保证列车运行监控装置基础数据的准确无误和高效安全,本文设计了一个能智能比对更改数据的准确性和拥有改进的加密鉴权技术的列车数据换装终端。首先,对数据换装终端进行了整体的需求分析,根据需求分析设计了整体方案,为解决数据换装终端的安全问题,介绍了现有的鉴权技术、随机数产生器和数据加密算法,并进行分析,随后结合这些技术提出一个改进的加密鉴权方法,该方法具有减少资源浪费,增加传输效率等特点,能达到不进行数据的加密也能保证数据安全性,为数据换装终端的设计提供理论依据。其次,进行了数据换装终端的总体硬件方案设计,采用了i.MX6UL微控制器,并对其进行硬件电路设计,包括电源电路、最小系统电路、通信接口电路和SHA-1加密电路,在电源电路方面进行优化,使得设备具有低功耗和高效能的特点。随后进行了多层PCB设计和电路调试,最后进行了数据换装终端的结构设计。再次,设计了系统软件整体方案,软件设计包括数据换装终端的软件设计和操作数据换装终端的上位机设计。数据换装终端运行Linux3.14.52操作系统,需要进行内核修改、文件系统和驱动的移植,在系统环境搭建成功后,进行了应用程序设计、显示界面程序和加密鉴权程序的设计。而上位机方面,根据不同的使用环境设计了生产测试使用上位机和服务器上位机,上位机和数据换装终端采用USB2.0通信。最后,根据测试指标,对列车数据换装终端进行了测试,其测试包括一般性检测,电气性能检测,环境试验,牢靠性实验和包含加密鉴权测试的功能性实验,从得出的测试结果表明,数据换装终端拥有完整安全的数据换装功能,具有工业级产品的可靠性及稳定性,能在-20-60℃下稳定运行,完全满足列车数据换装的安全及稳定性要求。
【关键词】：列车数据换装 加密鉴权技术 Linux AES SHA-1
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U284.48
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-19
• 1.1 课题研究的背景及重要意义15-16
• 1.2 国内外研究及应用现状16-17
• 1.3 课题来源17-18
• 1.4 本文主要内容及结构18-19
• 第2章 数据换装终端的总体设计19-29
• 2.1 列车数据换装终端的需求分析19-20
• 2.2 列车数据换装终端总体设计方案20-21
• 2.3 数据换装终端鉴权方案的设计21-28
• 2.3.1 鉴权方法概述21-22
• 2.3.2 对称鉴别/非对称鉴别22
• 2.3.3 使用密码/非密码技术22
• 2.3.4 鉴别的类型22-23
• 2.3.5 鉴权方案应用的技术及特性23-25
• 2.3.6 加密鉴权方法的设计25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 数据换装终端的硬件设计29-60
• 3.1 硬件总体框架设计29
• 3.2 主要芯片选型29-32
• 3.3 硬件电路设计32-48
• 3.3.1 电源电路32-39
• 3.3.2 最小系统电路39-46
• 3.3.3 通信接口电路46-47
• 3.3.4 SHA-1加密电路47-48
• 3.4 PCB设计与实现48-56
• 3.4.1 多层PCB设计流程48-49
• 3.4.2 PCB设计要点49-50
• 3.4.3 数据换装终端的PCB设计50-55
• 3.4.4 电路板调试55-56
• 3.5 结构设计56-59
• 3.6 本章小结59-60
• 第4章 数据换装终端的软件及上位机设计60-70
• 4.1 软件总体设计方案60-61
• 4.2 数据换装终端的软件设计61-66
• 4.2.1 数据换装终端的应用程序设计61-63
• 4.2.2 加密鉴权程序设计63-64
• 4.2.3 数据换装终端显示界面设计64-66
• 4.3 上位机设计66-69
• 4.3.1 生产测试上位机66-68
• 4.3.2 数据换装终端服务器上位机68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 列车数据换装终端的实验测试与结果分析70-88
• 5.1 数据换装终端的调试与组装70-72
• 5.1.1 最小系统的测试70-71
• 5.1.2 数据换装终端的组装71-72
• 5.2 数据换装终端的实验测试72-74
• 5.2.1 试验标准依据及指标说明72-73
• 5.2.2 测试准备73-74
• 5.3 测试过程74-84
• 5.3.1 一般性检测74
• 5.3.2 电气性能检测74-76
• 5.3.3 环境实验76-78
• 5.3.4 牢靠性实验78-79
• 5.3.5 功能性实验79-84
• 5.4 测试结果84-87
• 5.5 本章小结87-88
• 总结与展望88-90
• 参考文献90-92
• 致谢92-93
• 附录A 攻读学位期间参加的科研项目93-94
• 附录B (公示的专利)94

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本文编号：736001