25Hz相敏轨道电路微机监测的研究与设计

论文摘要

TJWX-2000信号微机监测系统目前已经在全路普遍推广使用,随着装备数量的日益增加,TJWX-2000信号微机监测系统由于研发定形日期较早,逐渐显露出了在监测功能上的不足。铁道部于2006年提出了TJWX-2006型微机检测系统技术条件,规定了微机监测系统的体系结构、检测内容、系统功能及技术要求,对原TJWX-2000型微机检测系统技术条件进行了修改。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。本文着重对其中的轨道采集机按照新的TJWX-2006微机检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,提出了一套有效消除信号干扰的相位角测量算法,并重新设计研制了轨道采集机的模拟量输入板,将原来只具备单一监测25Hz相敏轨道电路轨道线圈电压功能的轨道采集机进行了功能上的升级,使轨道采集机在保持原有功能的基础上,也能够采集由电源屏输出的局部线圈电压,以及测量每一路轨道线圈电压与局部线圈电压间的相位角。实现相位角的监测功能,对保障行车安全具有重要的意义。当每一路轨道电压与局部电压间的相位角在90°时,与这一路相对应的25Hz相敏轨道电路的关键器件二元二位继电器翼板才能够正常吸起与落下。本文构建了一个基于LPC2292嵌入式处理器的数字化系统,提高了原有系统的实时监测能力,减小了系统功耗,节约了系统生产成本。改造后的系统分为硬件和软件部分,硬件部分采用基于LPC2292为核心的数字电路系统,实现系统的模数转换、数据采集、数据通信与控制功能;采用基于MAX4483ASD集成运算放大器实现系统的信号的隔离、放大功能。软件部分基于ANSI.C语言开发经过编译器直接控制LPC2292的工作,具有较高的运行效率。本文同时还对若干关键问题作了分析与讨论,并提出了解决方案。论文主要成果包括:（1）对25Hz相敏轨道电路的设备构成与信号结构进行了分析,针对系统功能的要求设计了硬件电路;（2）对电路板进行了调试,并分析了硬件系统调试过程中所遇到的问题和解决方法;（3）在有限的硬件资源下实现了软件各个模块,完成了系统所实现的功能。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 引言
• 1.1 微机监测系统概述
• 1.2 微机监测系统的发展与现状
• 1.3 发展微机监测系统的必要性
• 1.4 微机监测系统的车站系统
• 1.4.1 车站系统的构成
• 1.4.2 采集机的结构及功能
• 1.5 项目背景与本人的主要工作
• 1.5.1 项目背景
• 1.5.2 TJWX-2006微机检测系统标准-25Hz相敏轨道电路监测标准
• 1.5.3 本人的主要工作
• 1.5.4 论文的整体结构
• 1.6 本章小结
• 2 25Hz相敏轨道电路与微机监测系统轨道采集机
• 2.1 轨道电路的用途与发展
• 2.1.1 轨道电路的用途与基本原理
• 2.1.2 轨道电路的起源与发展
• 2.2 25Hz相敏轨道电路工作原理
• 2.3 二元二位继电器
• 2.3.1 二元二位继电器的动作原理
• 2.3.2 二元二位继电器的相位选择性
• 2.3.3 二元二位继电器的频率选择特性
• 2.4 25Hz分频器
• 2.5 25Hz相敏轨道电路的特点
• 2.6 选择25Hz的优点
• 2.7 轨道采集机对25Hz相敏轨道电路的监测
• 2.8 本章小结
• 3 相位角测量算法的研究
• 3.1 基于乘法器原理的相敏检测器
• 3.2 基于乘法器的相敏检测器的基本原理
• 3.2.1 基于乘法器的相敏检测器的基本算法
• 3.2.2 相敏检测器基本逻辑结构图与算法的仿真验证
• 3.3 相敏检测器的算法优化
• 3.3.1 原有相位角算法的缺陷
• 3.3.2 改进的相位角测量算法
• 3.3.3 改进算法的抗干扰性分析
• 3.3.4 计算机离散数据的算法实现
• 3.4 本章小结
• 4 25Hz相敏轨道电路综合采集板的硬件设计
• 4.1 总体硬件设计
• 4.2 传感器模块的设计
• 4.2.1 高阻隔离电路设计
• 4.2.2 运算放大电路的设计与应用
• 4.2.3 LPC2292片内模数转换器的复用及多路模拟开关电路的设计
• 4.2.4 隔离运算放大电路的总体设计
• 4.3 控制及运算模块的设计
• 4.3.1 CPU及SRAM的电路设计
• 4.3.2 状态指示灯设计
• 4.4 通讯模块的设计
• 4.4.1 RS-232C的电路设计
• 4.4.2 RS-485的电路设计
• 4.4.3 CAN总线控制电路设计
• 4.5 电源模块电路设计
• 4.5.1 +3.3V及+1.8V电源的设计
• 4.5.2 去藕、滤波及旁路电容网络的设计
• 4.5.3 基准源的设计
• 4.5.4 偏置电压的电路设计
• 4.6 组合侧面端子定义
• 4.7 25Hz相敏轨道电路综合采集板PCB
• 4.8 本章小结
• 5 25Hz相敏轨道电路综合采集板的软件设计
• 5.1 程序的总体框架
• 5.2 系统初始化
• 5.3 综合采集程序
• 5.3.1 模数转换控制程序
• 5.3.2 运算程序
• 5.4 通信程序
• 5.4.1 通信端口的初始化
• 5.4.2 RS-485的数据传送与通信程序设计
• 5.4.3 RS-485通信协议
• 5.5 点灯及其他辅助程序
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 学位论文数据集