基于Cortex-M3的25Hz相敏轨道电路信号采集板的研究与实现

论文摘要

轨道电路是铁路信号自动控制的基础设备。利用轨道电路可以自动检测列车、车辆的位置,控制信号机的显示；通过轨道电路可以将地面信号传递给机车,从而可以控制列车运行。对轨道电路的各项参数的监测是十分重要的。本论文来源于北京交通大学项目“铁路信号微机监测系统的研究”。铁路信号微机监测系统的站机部分由多个不同能的采集机组成,每个采集机又包括若干个采集板用以采集需要的参数,如电源屏、电动转辙机、轨道电路等模拟量和开关量。在轨道电路上,相位角的监测功能是判断铁轨上是否有列车的重要依据,对保障行车安全具有重要的意义。本文着重对其中的轨道采集机按照新的TJWX-2006铁路信号微机监测系统技术标准进行了改进,在充分分析研究了25Hz相敏轨道电路的信号特点后,提出一套基于相关函数的相位角测量算法,对输入的1路局部电压和7路轨道电压进行幅度和相位的测量（相位的测量以局部电压为基准）,并且能够有效的抑制工频牵引电流、随机噪声等信号干扰。系统先通过电流互感器对信号进行隔离和变换,然后通过运放组成的VCVS电路进行滤波,得到的信号送入以Cortex-M3微控制器为核心的数字电路系统,通过模数转换、数据采集及运算、数据存储、最后通过RS-485通信接口输出,可直接组网。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 引言
• 1.1 课题背景及现状
• 1.1.1 铁路信号概述
• 1.1.2 铁路信号微机监测系统的现状
• 1.1.3 25Hz相敏轨道电路概述
• 1.2 本文的主要内容
• 2 系统设计方案的研究
• 2.1 系统功能及结构的研究
• 2.2 微控制器的选型
• 2.3 算法描述
• 2.3.1 算法选择
• 2.3.2 相关法测相位差原理及公式
• 2.3.3 电压有效值计算原理及方法
• 2.3.4 抗干扰性分析
• 3 25HZ相敏轨道电路综合采集板的硬件设计
• 3.1 硬件整体框图
• 3.2 隔离变换电路
• 3.3 VCVS滤波电路模块
• 3.4 正弦波—矩形波电路模块
• 3.5 最小系统模块
• 3.5.1 CPU模块
• 3.5.2 启动的设置
• 3.5.3 电源模块的设计
• 3.5.4 时钟产生模块
• 3.5.5 调试接口
• 3.5.6 看门狗模块
• 3.5.7 LED秒闪模块
• 3.5.8 去藕、滤波及旁路电容网络的设计
• 3.6 通信模块
• 3.6.1 RS-485接口
• 3.6.2 从机地址的设置
• 3.7 PCB图
• 4 25HZ相敏轨道电路综合采集板的软件设计
• 4.1 软件开发环境简介
• 4.2 软件整体构思
• 4.3 A/D采样及计算
• 4.3.1 A/D简介及初始化
• 4.3.2 读取A/D采样值
• 4.3.3 数据计算
• 4.4 局部电压信号频率的检测
• 4.5 通信部分的软件设计
• 4.5.1 MODBUS通信协议介绍
• 4.5.2 串行传输模式介绍
• 4.5.3 从机地址及波特率的设定
• 4.5.4 1.5和3.5字符时间定时
• 4.5.5 CRC验证
• 4.5.6 从站状态处理
• 4.5.7 变量定义
• 5 人机交互软件的设计与实现
• 5.1 人机交互软件功能需求
• 5.2 人机交互软件的实现
• 5.3 软件实现难点及解决方案
• 6 测试及成果分析
• 6.1 第一种方式及结果分析
• 6.2 第二种测试方式及结果分析
• 6.3 第三种测试方式及结果分析
• 6.4 误差分析
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 索引
• 作者简历
• 学位论文数据集