一種單芯片的ZPW—2000A型鐵路移頻信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)研究

摘 要：近幾年來(lái)，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于鐵路移頻信號(hào)檢測(cè)的研究已逐步向抗干擾能力強(qiáng)的頻率分析法轉(zhuǎn)變，但該方法需要較大容量的處理器及存儲(chǔ)器，并對(duì)系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性造成影響。因此，亟需一種新的鐵路移頻信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。本文則提出一種基于單芯片的ZPW-2000A鐵路移頻信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，以望對(duì)同仁提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)涡酒籞PW-2000A型；鐵路移頻信號(hào)；檢測(cè)；

中圖分類(lèi)號(hào)：U284 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-09-00-02

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中鐵路是其重要組成部分，對(duì)國(guó)家的發(fā)展有著重要作用。然而，由于鐵路運(yùn)輸具有較高效率、較低成本、節(jié)約能源，世界各國(guó)均對(duì)鐵路運(yùn)輸技術(shù)給予研究，旨在促進(jìn)鐵路運(yùn)輸向高密度、高速度方向發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)鐵路移頻信號(hào)檢測(cè)的方法主要為傳統(tǒng)的時(shí)域分析法，該方法具有非線(xiàn)性及相位連續(xù)性。因此，逐步向頻率分析法轉(zhuǎn)變，但該方法對(duì)系統(tǒng)的可靠性有一定影響。為了有效解決這一問(wèn)題，需要在單芯片上來(lái)對(duì)低頻信息及上下變頻進(jìn)行檢測(cè)，具有較高的可靠性及集成度。

一、ZPW-2000A型移頻信號(hào)特征

自動(dòng)閉塞是當(dāng)前較為先進(jìn)的行車(chē)閉塞法，是以移頻軌道電路為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，通過(guò)利用固定的空間間隔來(lái)確?；疖?chē)的行駛安全。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的鐵路自動(dòng)閉塞主要適合應(yīng)用三顯示制式。所謂三顯示制式，即綠燈、紅燈、黃燈。當(dāng)綠燈亮?xí)r表明行車(chē)前方超過(guò)兩個(gè)分區(qū)空間，行車(chē)可正常行駛；紅燈亮?xí)r表明前方分區(qū)有車(chē)占用或者線(xiàn)路已發(fā)生故障損害，行車(chē)必須停止行駛，必須對(duì)其檢查給予綜合分析、處理；黃燈亮?xí)r則表示火車(chē)前方僅僅有一個(gè)分區(qū)空間，提示列車(chē)可小于正常行駛速度繼續(xù)行駛。

ZPW-2000A自動(dòng)閉塞系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)調(diào)諧單元斷線(xiàn)故障的檢查；減少了調(diào)諧區(qū)的分路死區(qū)；并實(shí)現(xiàn)了對(duì)拍頻干擾的有效防護(hù)；同時(shí)提高了機(jī)械絕緣節(jié)軌道電路的傳輸長(zhǎng)度；可有效滿(mǎn)足我國(guó)長(zhǎng)站間隔及低道碴電阻軌道電路的需求；可有效提高軌道列車(chē)的行使安全。整個(gè)系統(tǒng)是在UM71型的無(wú)絕緣軌道電路整體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上而形成的，具有豐富的功能。

ZPW-2000A移頻信號(hào)結(jié)構(gòu)如下圖1所示。在該圖中，低頻調(diào)制信號(hào)輸出高電位時(shí)，載頻f0則向上偏移，即f0+Δf，也就是fh，稱(chēng)之為上邊頻；反之，低頻調(diào)制信號(hào)輸出低電位時(shí)，載頻f0則向下偏移，即f0-Δf，也就是f1，稱(chēng)之為下邊頻。兩者頻率切換出的單位時(shí)間變化次數(shù)及低頻調(diào)制信號(hào)的頻率則是相等的。而ZPW-2000A移頻信號(hào)的頻譜則有以下特征：調(diào)制系數(shù)與頻譜中的載頻分量呈現(xiàn)反比關(guān)系，即調(diào)制系數(shù)較大時(shí)，頻譜中載頻分量降低；信號(hào)的抗干擾能力與載頻呈現(xiàn)正相關(guān)；頻譜中的峰值即信號(hào)的載頻。

二、單芯片的ZPW-2000A型鐵路移頻信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

要想設(shè)計(jì)完整的移頻信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)則需要有完善的硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)，而硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的目的，無(wú)論是哪一種系統(tǒng)，都應(yīng)有較好的系統(tǒng)。下面就對(duì)硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)給予綜合分析。

1、硬件設(shè)計(jì)。移頻信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件主要包括存儲(chǔ)設(shè)備、帶觸摸屏，且存儲(chǔ)設(shè)備為SD卡，帶觸摸屏為L(zhǎng)CD，且整個(gè)系統(tǒng)為USB設(shè)備，而PC為上位機(jī)，并擁有電池充電的能力。該系統(tǒng)功能圖如下圖2所示。該系統(tǒng)所采用的單芯片為S3C2440A處理器，可實(shí)現(xiàn)較多功能，加上擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力，可完成所有的控制、計(jì)算功能。在這里主要闡述的是電源模塊，該模塊的設(shè)計(jì)主要是建立在手持設(shè)備的條件之上，并采用的是效率高功耗低的芯片。并在該系統(tǒng)中所需要的電壓有兩種，即供電電壓為1.2V，外部芯片電壓為3.3V。本次系統(tǒng)所需要的電源為鋰電池，且輸入電壓是3.7V。該電池?fù)碛休^長(zhǎng)的使用壽命、較高的額定電壓及其較低的自放電率。此外，在本次硬件設(shè)計(jì)中不僅有模擬電路，而且還有其他典型的數(shù)?；旌想娐?，包括微小的弱電信號(hào)、數(shù)字電路等。由于電路在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能受到其他電壓的影響，使得對(duì)系統(tǒng)信號(hào)有著干擾性，有可能造成信號(hào)的錯(cuò)誤性。為了有效解決這一問(wèn)題，僅僅依靠設(shè)計(jì)圖是不可行的，還需要對(duì)電路的抗干擾性給予綜合性設(shè)計(jì)，包括元件、印制板、電源去耦及公共地線(xiàn)。

2、軟件設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的嵌入式產(chǎn)品較多都不需要操作系統(tǒng)，而本次鐵路移頻率信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)中則是采用較為簡(jiǎn)單的循環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有重要作用。當(dāng)前伴隨著系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，所利用的范圍也就越來(lái)越廣泛，并不是每一項(xiàng)所添加的新功能都能夠從頭進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，這種設(shè)計(jì)僅僅能夠增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。當(dāng)前，嵌入式操作系統(tǒng)的引入有效解決長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，所應(yīng)用的程序也就越來(lái)越大，并對(duì)程序檔案的管理提供了較新的解決方法，有著較高的移植性，最終可有效提高知識(shí)的創(chuàng)新率。本次系統(tǒng)采用的源碼開(kāi)放的免費(fèi)嵌入式系統(tǒng)，有嵌入式系統(tǒng)的所有功能，且短小精悍，可獲得較高的執(zhí)行率。在μC/OS-Ⅱ網(wǎng)站上找到較為全面的移植范例，當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中還需要對(duì)此進(jìn)行相應(yīng)的修改。其硬件及軟件結(jié)構(gòu)下圖3所示。對(duì)于移頻信號(hào)數(shù)據(jù)的采集中較為重要的是移頻信號(hào)的計(jì)算，而計(jì)算中重要的為采樣，通過(guò)自帶的8通道10位而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)的采樣點(diǎn)即8192點(diǎn)，且采樣率為8192Hz，采樣率的實(shí)現(xiàn)方法主要有DMA、定時(shí)采樣及其輪詢(xún)，對(duì)這三種手段給予綜合比較，得到定時(shí)采樣是最為適用的方法。

三、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，要想促進(jìn)鐵路事業(yè)的全面發(fā)展，則應(yīng)跟進(jìn)時(shí)代潮流，充分利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。本文提出了單芯片的ZPW-2000A的移頻信號(hào)檢測(cè)方案，從硬件及軟件兩大方面給予設(shè)計(jì)，旨在為我國(guó)今后鐵路發(fā)展制定統(tǒng)一信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，保證鐵路行車(chē)的安全性。為今后的一段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)對(duì)鐵路移頻信號(hào)的檢測(cè)系統(tǒng)給予進(jìn)一步研究，更新技術(shù)，研究出更可靠、安全的檢測(cè)系統(tǒng)，提高鐵路行駛的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊帆.基于單芯片ARM的移頻接收綜合采集系統(tǒng)[D].北京交通大學(xué)，2010

[2]張麗.單片機(jī)在發(fā)送器中的軟件設(shè)計(jì)[J].科技信息，2013，（7）：97，114

[3]李積英，何濤.微處理器技術(shù)在移頻電碼化裝置中的應(yīng)用研究[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2009，6（1）：17-19