Разработка системы микропроцессорной автоблокировки

Напряжение срабатывания реле – 5В, напряжение перегрузки – 15В.

4 Разработка алгоритмов и программного обеспечения

4.1 Алгоритм работы станционной ПЛИС

На станции в каждом вычислительном канале имеется ПЛИС. ПЛИС предназначена для приема посылки с перегона, обработки  посылки и формирования управляющих сигналов. Алгоритм работы станционной ПЛИС изображен на рисунке 11. Программа реализации этого алгоритма приведена в приложении В.

Обе ПЛИС синхронизированы тактовым генератором.

Принятая посылка у нас составляет 3 байта:

-8 бит занимает адрес светофора

Первый светофор: 10101010.

Второй светофор: 10100101.

Третий светофор: 01010101.

Четвертый светофор: 10010110.

-4 бита занимает состояние реле:

Включенное: 0101.

Выключенное: 1010.

-4 бита занимает целостность лампы светофора:

Исправная: 0101.

Не исправная: 1010.

-6 бит занимает название лампы светофора:

Красная: 101010.

Желтая: 100101.

Зеленая: 010110.

Принятую посылку расшифровывает ПЛИС и данные заносит многомерный массив mab, где строки соответствуют номеру светофора(0—1светофор, 1—2 светофор и  т.д.), нулевой столбец—красная лампа, первый столбец—желтая лампа, второй–зеленая лампа, третий столбец—состояние путевого реле, четвертый столбец—целостность лампы.

Алгоритм является универсальным для любого числа перегонов. В случае изменения числа перегонов изменяем число строк в массиве.

В зависимости от принятой посылки производим формирование управляющего сигнала, т.е. формируем посылку на перегон. Эта посылка состоит из 2 байт:

-8 бит занимает адрес светофора

Первый светофор: 10101010.

Второй светофор: 10100101.

Третий светофор: 01010101.

Четвертый светофор: 10010110.

-6 бит занимает название лампы светофора:

Красная: 101010.

Желтая: 100101.

Зеленая: 010110.

Рисунок 11 – Алгоритм работы станционной ПЛИС.

4.2 Алгоритм работы БMЭ

БМЭ представляет собой ПЛИС, которая сравнивает отправляемые посылки на перегон. На вход ПЛИС поступают сигналы clk и  посылки с трех каналов. БМЭ производит сравнение полученных посылок, если посылки совпадают, то она выдают такую же посылку в линию для передачи, в случае расхождения сигналов, включаем индикатор об ошибке и передаем в линию посылку об неисправности каналов. Посылка об ошибке состоит из всех единиц.

Рисунок 12 – Алгоритм работы БМЭ.

4.3 Алгоритм работы управляемой ПЛИС

На перегоне у светофора находится 3 ПЛИС, по одной на каждый канал. Эти ПЛИС принимают посылку, расшифровывают, включают соответствующий сигнал светофора, проверяют целостность лампы, снимают информацию с реле и посылают посылку на пост ЭЦ.

 Алгоритм является универсальным для любого количества перегонов.

Рисунок 13 – Алгоритм работы управляемой ПЛИС.

5 РАСЧЁТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОПАСНОСТИ И   БЕЗОТКАЗНОСТИ МПС

     Разработанная МПСАБ имеет трехканальную структуру. Вероятность безотказной работы такой структуры определяется выражением:

                                 ,                       (1)

где  - вероятность безотказной работы канала обработки информации;

 - интенсивность отказов элементов вычислительного канала;

 - число элементов вычислительного канала.

Таблица 3 – Таблица интенсивности отказов элементов

Вероятность безотказной работы за год () составляет

0.9496, или 94.96%.

0.9983, или 99.83%.

0.9939, или 99.39%.

0.9948, или 99.48%.

Тогда общая вероятность безотказной работы: 0.9373, или 93.73%.

Вероятность появления опасного отказа определяется выражением:

                                 ,                                   (2)

где  – период диагностирования элементов модуля;

 – интенсивность отказов вычислительного канала.

При размещении на кристалле программа занимает около 80 тысяч программных вентилей. Т.к. средняя задержка при прохождении через вентиль составляет 12 нс, то время максимального цикла составит около .

Интенсивность отказов за год: .

Тогда вероятность опасного отказа за год составляет:

.

Такая малая вероятность опасного отказа получена из-за того, что при расчёте учитывалась только интенсивность отказов аппаратного обеспечения. Интенсивность отказов программного обеспечения для данной структуры имеет большое значение, поэтому реальная величина вероятности опасного отказа будет выше.

Рассчитанные показатели соответствуют нормам, предъявляемым к устройствам СЖАТ.

Заключение и выводы

В курсовом проекте разработана микропроцессорная система