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车载式轨道动态监测装置设计

2020-12-02阅读(641)

车载式轨道动态监测装置设计

论文摘要

2007年4月我国铁路进行了第六次大规模的提速,火车的提速有效地缓解了铁路运量与运能的矛盾,收到了十分显著的社会经济效益。为了适应铁道部提出的“高速重载”的要求,不仅列车需要提高改进,而且对提速段的线路轨道质量提出更加苛刻的要求。为了检测线路质量状况,确保列车运行安全和平顺程度,研究和设计车载式轨道动态监测装置很有必要。但是,从车载式轨道动态监测装置出现到现在还没有一个固定的硬件模式和系统的软件算法来支持,所依靠的判别依据还是基于工务部门以前的判别方法,这就使晃车仪在使用中存在诸多问题,需要通过不断的研究来解决。在数字电路系统迅速发展的今天,FPGA、DSP的作用越来越显著。而在FPGA芯片发展过程中,除了其成本越来越低外,FPGA与DSP的结合也正成为未来DSP芯片设计和生产的一大发展趋势。DSP+FPGA的最大特点是结构灵活、有很强的通用性,适用于模块化设计,从而能够提高算法的效率;又由于其开发周期较短,系统易于维护和扩展,适用于实时信号处理。本文首先介绍了国内外评价轨道质量状态的方法,通过分析车体振动加速度和轨道不平顺度的关系,对比轨道局部不平顺法和轨道区段整体不平顺法,结合基于系统特征参数提取的模糊解耦算法,介绍了车载式轨道动态监测装置的设计原理。然后,在简要介绍了FPGA和DSP的基本概念后详细介绍了车载式轨道动态监测装置的硬件设计,软件设计。本设计的重点是装置的软硬件设计,硬件方面包括DSP电路设计、FPGA电路设计等。软件设计方面包括在FPGA上实现MC8051 IP核并对MC8051 IP核进行功能仿真,串口通信,AD采样,加速度变化率计算等。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 选题背景、意义
  • 1.2 国内外评价轨道质量状态的方法
  • 1.3 主要研究内容和整体结构
  • 第2章 轨道动态监测装置系统原理
  • 2.1 车体振动加速度与轨道不平顺度的关系
  • 2.1.1 线路晃车的分类
  • 2.1.2 线路晃车的原因
  • 2.1.3 影响车体振动加速度的因素
  • 2.2 轨道质量状态评价方法
  • 2.2.1 轨道局部不平顺法
  • 2.2.2 轨道区段整体不平顺法
  • 2.2.3 两种评价方法的比较
  • 2.2.4 国外的轨道质量指数
  • 2.2.5 我国的轨道质量指数TQI
  • 2.3 轨道动态监测装置的设计原理及系统实现
  • 2.3.1 基于系统特征参数提取的模糊解祸算法
  • 2.3.2 系统实现
  • 第3章 FPGA和DSP概述
  • 3.1 FPGA的基本概念和发展
  • 3.1.1 SOPC技术简介
  • 3.1.2 SOPC技术实现方式
  • 3.1.3 SOPC系统开发流程
  • 3.1.4 FPGA的结构
  • 3.2 Cyclone Ⅱ FPGA的主要特性、应用
  • 3.2.1 Cyclone Ⅱ FPGA主要特性
  • 3.2.2 Cyclone Ⅱ FPGA数字信号处理应用
  • 3.3 FPGA设计流程
  • 3.3.1 设计输入
  • 3.3.2 设计综合
  • 3.3.3 仿真验证
  • 3.3.4 设计实现
  • 3.3.5 时序分析
  • 3.3.6 下载验证
  • 3.4 数字信号处理概述
  • 第4章 晃车仪硬件设计
  • 4.1 DSP电路设计
  • 4.1.1 TMS320VC33
  • 4.1.2 电源设计
  • 4.1.3 时钟电路设计
  • 4.1.4 存储器分配
  • 4.1.5 外扩存储器
  • 4.1.6 JTAG接口
  • 4.2 FPGA电路设计
  • 4.2.1 EP2C5Q208简介
  • 4.2.2 串行接口电路
  • 4.2.3 JTAG接口和配置芯片电路设计
  • 4.2.4 FPGA与外部器件接口电路
  • 4.3 传感器接口及A/D转换电路
  • 4.3.1 传感器接口电路设计
  • 4.3.2 A/D转换电路设计
  • 4.4 电源及电压转换电路设计
  • 4.5 PCB设计
  • 4.5.1 PCB设计的一般原则
  • 4.5.2 PCB抗干扰措施
  • 第5章 软件设计与调试
  • 5.1 MC8051 IP核在FPGA上的实现
  • 5.1.1 MC8051 IP核的结构分析
  • 5.1.2 MC8051 IP核的逻辑综合
  • 5.1.3 MC8051 IP核的功能仿真
  • 5.2 CCS开发环境
  • 5.2.1 CCS简介
  • 5.2.2 CCS的设计过程
  • 5.3 实验数据分析
  • 5.3.1 Origin7.0简介
  • 5.3.2 实验数据分析
  • 5.4 系统软件流程
  • 5.4.1 串口通信
  • 5.4.2 复位电路驱动
  • 5.4.3 AD采样子程序
  • 5.4.4 总线控制权
  • 5.4.5 DSP与FPGA之间的数据传送
  • 5.4.6 加速度变化率计算的软件实现
  • 5.5 调试
  • 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

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