摘 要：近幾年來，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，對于鐵路移頻信號檢測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器，并對系統(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檢測系統(tǒng)。本文則提出一種基于單芯片的ZPW-2000A鐵路移頻信號檢測系統(tǒng)，以望對同仁提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：單芯片；ZPW-2000A型；鐵路移頻信號；檢測；

中圖分類號：U284 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-09-00-02

在我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中鐵路是其重要組成部分，對國家的發(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，世界各國均對鐵路運(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。長期以來，對鐵路移頻信號檢測的方法主要為傳統(tǒng)的時域分析法，該方法具有非線性及相位連續(xù)性。因此，逐步向頻率分析法轉(zhuǎn)變，但該方法對系統(tǒng)的可靠性有一定影響。為了有效解決這一問題，需要在單芯片上來對低頻信息及上下變頻進(jìn)行檢測，具有較高的可靠性及集成度。

一、ZPW-2000A型移頻信號特征

自動閉塞是當(dāng)前較為先進(jìn)的行車閉塞法，是以移頻軌道電路為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，通過利用固定的空間間隔來確保火車的行駛安全。長期以來，我國的鐵路自動閉塞主要適合應(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表明行車前方超過兩個分區(qū)空間，行車可正常行駛；紅燈亮?xí)r表明前方分區(qū)有車占用或者線路已發(fā)生故障損害，行車必須停止行駛，必須對其檢查給予綜合分析、處理；黃燈亮?xí)r則表示火車前方僅僅有一個分區(qū)空間，提示列車可小于正常行駛速度繼續(xù)行駛。

ZPW-2000A自動閉塞系統(tǒng)主要實現(xiàn)了對調(diào)諧單元斷線故障的檢查；減少了調(diào)諧區(qū)的分路死區(qū)；并實現(xiàn)了對拍頻干擾的有效防護(hù)；同時提高了機(jī)械絕緣節(jié)軌道電路的傳輸長度；可有效滿足我國長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的行使安全。整個系統(tǒng)是在UM71型的無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移頻信號結(jié)構(gòu)如下圖1所示。在該圖中，低頻調(diào)制信號輸出高電位時，載頻f0則向上偏移，即f0+Δf，也就是fh，稱之為上邊頻；反之，低頻調(diào)制信號輸出低電位時，載頻f0則向下偏移，即f0-Δf，也就是f1，稱之為下邊頻。兩者頻率切換出的單位時間變化次數(shù)及低頻調(diào)制信號的頻率則是相等的。而ZPW-2000A移頻信號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，頻譜中載頻分量降低；信號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的載頻。

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

要想設(shè)計完整的移頻信號檢測系統(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)計應(yīng)實現(xiàn)應(yīng)用的目的，無論是哪一種系統(tǒng)，都應(yīng)有較好的系統(tǒng)。下面就對硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)給予綜合分析。

1、硬件設(shè)計。移頻信號檢測系統(tǒng)的硬件主要包括存儲設(shè)備、帶觸摸屏，且存儲設(shè)備為SD卡，帶觸摸屏為LCD，且整個系統(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，可實現(xiàn)較多功能，加上擁有強(qiáng)大的計算能力，可完成所有的控制、計算功能。在這里主要闡述的是電源模塊，該模塊的設(shè)計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)計中不僅有模擬電路，而且還有其他典型的數(shù)模混合電路，包括微小的弱電信號、數(shù)字電路等。由于電路在設(shè)計過程中可能受到其他電壓的影響，使得對系統(tǒng)信號有著干擾性，有可能造成信號的錯誤性。為了有效解決這一問題，僅僅依靠設(shè)計圖是不可行的，還需要對電路的抗干擾性給予綜合性設(shè)計，包括元件、印制板、電源去耦及公共地線。

2、軟件設(shè)計。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檢測系統(tǒng)中則是采用較為簡單的循環(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)越來越復(fù)雜，所利用的范圍也就越來越廣泛，并不是每一項所添加的新功能都能夠從頭進(jìn)行設(shè)計。因此，這種設(shè)計僅僅能夠增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。當(dāng)前，嵌入式操作系統(tǒng)的引入有效解決長期存在的問題，所應(yīng)用的程序也就越來越大，并對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的創(chuàng)新率。本次系統(tǒng)采用的源碼開放的免費(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，在實際應(yīng)用中還需要對此進(jìn)行相應(yīng)的修改。其硬件及軟件結(jié)構(gòu)下圖3所示。對于移頻信號數(shù)據(jù)的采集中較為重要的是移頻信號的計算，而計算中重要的為采樣，通過自帶的8通道10位而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)的采樣點即8192點，且采樣率為8192Hz，采樣率的實現(xiàn)方法主要有DMA、定時采樣及其輪詢，對這三種手段給予綜合比較，得到定時采樣是最為適用的方法。

三、結(jié)束語

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)時代潮流，充分利用數(shù)字信號處理技術(shù)。本文提出了單芯片的ZPW-2000A的移頻信號檢測方案，從硬件及軟件兩大方面給予設(shè)計，旨在為我國今后鐵路發(fā)展制定統(tǒng)一信號檢測系統(tǒng)，保證鐵路行車的安全性。為今后的一段時間內(nèi)，應(yīng)對鐵路移頻信號的檢測系統(tǒng)給予進(jìn)一步研究，更新技術(shù)，研究出更可靠、安全的檢測系統(tǒng)，提高鐵路行駛的安全性。

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