摘 要：采用TMS320F2812 DSP芯片設(shè)計(jì)了通用式機(jī)車(chē)信號(hào)車(chē)載系統(tǒng)的主機(jī)，給出了系統(tǒng)組成和軟件工作原理。針對(duì)鐵路軌道極頻信號(hào)、交流計(jì)數(shù)（25周、50周）、國(guó)內(nèi)移頻信號(hào)、ZPW2000等制式進(jìn)行信息采集和譯碼，并最終輸出譯碼結(jié)果幫助司機(jī)進(jìn)行行車(chē)時(shí)的速度控制。機(jī)車(chē)信號(hào)的研制有效地保證了行車(chē)安全，提高了運(yùn)行效率，也改善了司機(jī)的工作條件。經(jīng)過(guò)大量的計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)際道路試驗(yàn)，證明該主機(jī)具有集成度高、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)以及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)車(chē)信號(hào)；DSP；采樣；譯碼

1 概述

機(jī)車(chē)信號(hào)是保證列車(chē)安全運(yùn)行的重要手段之一，隨著鐵路跨越式飛速發(fā)展和鐵路裝備的現(xiàn)代化技術(shù)日益成熟，機(jī)車(chē)信號(hào)設(shè)備技術(shù)的研制也在不斷改進(jìn)和完善。目前，我國(guó)鐵路機(jī)車(chē)信號(hào)主要采用相位連續(xù)的頻移鍵控FSK調(diào)制方式，它具有數(shù)字通信的諸多優(yōu)點(diǎn)，也有非線(xiàn)性調(diào)制的特點(diǎn)，借助數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及DSP芯片對(duì)FSK信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化譯碼，具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性，非常適合于鐵路信號(hào)的分析和處理?；赥MS320F2812的通用式機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)采用“二取二”的容錯(cuò)安全結(jié)構(gòu)，32位DSP數(shù)字信號(hào)處理，時(shí)域、頻域相結(jié)合的分析方式，雙線(xiàn)圈感應(yīng)器接收，以及一體化大容量機(jī)車(chē)信號(hào)記錄器等，有效的保證軟硬件的安全性結(jié)合，為機(jī)車(chē)信號(hào)一體化提供了基礎(chǔ)保障。文章介紹了基于TMS320F2812的通用式機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)的軟件組成及軟件基本譯碼原理，對(duì)移頻和UM71的譯碼算法進(jìn)行了簡(jiǎn)略的描述，并分析了機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)在運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的故障和解決措施。

2 主機(jī)板軟件組成

基于TMS320F2812的通用式機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)由A、B兩個(gè)主機(jī)及一個(gè)記錄板組成，如圖1所示。A、B兩個(gè)主機(jī)分別接收線(xiàn)圈1和2傳來(lái)的信號(hào)，作為譯碼的依據(jù)，并且形成雙機(jī)熱備。當(dāng)班主機(jī)把最終譯碼結(jié)果送個(gè)監(jiān)控設(shè)備LKJ作為行車(chē)監(jiān)控的依據(jù)，并向記錄板輸出譯碼結(jié)果用來(lái)記錄故障、分析原因。主機(jī)板把點(diǎn)燈信息輸出給雙面八顯示信號(hào)機(jī)，即圖中的顯示機(jī)構(gòu)，八種信號(hào)燈具有不同的含義，控制著列車(chē)的速度等級(jí)、進(jìn)站、出站、停車(chē)等信息。

A、B兩個(gè)主機(jī)板內(nèi)部，分別有4個(gè)DSP進(jìn)行譯碼和輸出控制，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。從線(xiàn)圈接收到的信號(hào)通過(guò)隔離放大器分別進(jìn)入兩個(gè)譯碼DSP，針對(duì)不同制式進(jìn)行譯碼，并通過(guò)雙口RAM分別將譯碼結(jié)果送到兩個(gè)控制DSP。主控DSP對(duì)兩個(gè)譯碼DSP的結(jié)果進(jìn)行雙路對(duì)比，雙路對(duì)比一致，則輸出最終結(jié)果。

3 主機(jī)板軟件的工作流程和譯碼原理

3.1 工作流程

每次開(kāi)機(jī)后由動(dòng)態(tài)電路輸出信號(hào)對(duì)DSP進(jìn)行復(fù)位，然后自動(dòng)進(jìn)入自檢工作狀態(tài)。自檢過(guò)程主要包括對(duì)雙口RAM、SRAM、信號(hào)繼電器等的檢查，歷時(shí)大約1s。自檢后亮白色燈，代表自檢成功。DSP屬于被動(dòng)接收狀態(tài)，A/D采樣芯片通過(guò)中斷使DSP啟動(dòng)工作。在每次采樣的間隙，DSP進(jìn)行譯碼和控制輸出等工作。每次采樣中斷后，DSP需要執(zhí)行一次譯碼程序和控制輸出程序，然后接著等待下一次中斷。處理過(guò)程包括濾波、譯碼、輸入輸出控制、反饋檢測(cè)等。反饋電路隨時(shí)檢查燈反饋是否正確，確保譯碼結(jié)果能被順利的反應(yīng)到燈機(jī)構(gòu)上。每次需要變換燈色時(shí)，DSP芯片先通過(guò)光電開(kāi)關(guān)切斷繼電器節(jié)點(diǎn)上的50V點(diǎn)燈電源，然后動(dòng)作繼電器，最后控制光電開(kāi)關(guān)導(dǎo)通接上50V點(diǎn)燈電源，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)無(wú)電轉(zhuǎn)換。

3.2 譯碼原理

極頻信號(hào)和交流計(jì)數(shù)均屬于時(shí)域信號(hào)，處理起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，這里主要敘述國(guó)內(nèi)移頻率和ZPW2000的譯碼原理。

3.2.1 國(guó)內(nèi)移頻信號(hào)譯碼原理。國(guó)內(nèi)移頻信息的譯碼可以分為濾波、信號(hào)解調(diào)、低頻譯碼三部分。（1）濾波。A/D采樣的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)50Hz陷波器和帶通濾波器進(jìn)行濾波，這樣，50Hz工頻干擾被濾除，并且得到了通帶內(nèi)的信號(hào)。（2）信號(hào)解調(diào)。對(duì)帶通濾波器的輸出信號(hào)進(jìn)行FFT變換，使其變成頻域信號(hào)，然后對(duì)上邊頻、下邊頻進(jìn)行低通濾波，得到低頻包絡(luò)信號(hào)，這就是比較規(guī)整的能量分布信號(hào)。FSK信號(hào)的頻譜是離散的，它以載頻為中心，以調(diào)制頻率為等差級(jí)數(shù)向兩邊分布。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，對(duì)此包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行幅度和相位的檢查，滿(mǎn)足一定比例的情況認(rèn)為得到了正確的低頻方波，不滿(mǎn)足則認(rèn)為是鄰線(xiàn)干擾等造成的，不會(huì)得到正確的低頻方波。（3）低頻譯碼。由于A/D中斷的時(shí)間很短，所以如果在一個(gè)周期內(nèi)斷定低頻方波是不科學(xué)的。根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的要求，在響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的幾個(gè)中斷周期譯碼結(jié)果一致，則認(rèn)為此結(jié)果可靠。這樣，DSP可以連續(xù)的實(shí)時(shí)的輸出譯碼結(jié)果。

3.2.2 ZPW2000信號(hào)譯碼原理。ZPW2000的譯碼過(guò)程同樣分為濾波、信號(hào)調(diào)制、低頻譯碼三個(gè)部分。只是針對(duì)不同的輸入信號(hào)，帶通濾波器的設(shè)計(jì)和參數(shù)略有不同。解調(diào)過(guò)程包括制式的選擇、低通整形、幅度檢查，最后提取方波。低頻譯碼同樣是周期性譯碼，只是根據(jù)各種頻率對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求，周期上會(huì)有些差異。

4 故障分析及處理

機(jī)車(chē)信號(hào)是對(duì)安全性和實(shí)時(shí)性要求非常高的產(chǎn)品，所以對(duì)于故障的檢查和處理必須要做到“故障——安全”的要求，使系統(tǒng)形成多個(gè)閉環(huán)回路。因此，基于TMS320F2812的通用式機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)對(duì)可能產(chǎn)生的故障做出分析，并提出相應(yīng)的解決方案。（1）雙路通信故障。與SCI通信故障超過(guò)800ms，進(jìn)行SCI軟復(fù)位，超過(guò)2s，認(rèn)為出現(xiàn)通信故障，進(jìn)行切機(jī)處理。（2）線(xiàn)圈故障。在2s之內(nèi)的所有周期始終譯為無(wú)碼，并且上燈為白燈或者紅燈的情況下，認(rèn)為產(chǎn)生了線(xiàn)圈故障，強(qiáng)行進(jìn)行切機(jī)處理。（3）運(yùn)算數(shù)據(jù)故障（雙口RAM通信故障）。超過(guò)2s，始終無(wú)法發(fā)送或者接收雙口RAM的數(shù)據(jù)時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)生了雙口RAM通信故障，進(jìn)行切機(jī)處理。（4）燈反饋故障。在1.2s之內(nèi)沒(méi)有得到燈反饋信息，認(rèn)為產(chǎn)生了燈反饋故障，進(jìn)行切機(jī)處理。（5）降級(jí)顯示故障。在2.5s內(nèi)始終，兩個(gè)DSP譯碼始終不一致，則按照降級(jí)顯示處理。（6）無(wú)碼切機(jī)故障。在2.5s內(nèi)，本板始終無(wú)碼，認(rèn)為產(chǎn)生無(wú)碼切機(jī)故障。進(jìn)行切機(jī)處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上敘述，可以看出基于TMS320F2812的通用式機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)具有高度的可靠性、實(shí)時(shí)性、具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓收戏治龊驮\斷功能，經(jīng)過(guò)大量的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，此設(shè)備符合鐵路交通安全準(zhǔn)則，可以對(duì)列車(chē)的運(yùn)行起到指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)國(guó)志，羅歡，徐箭，等.基于DSP的通用式機(jī)車(chē)信號(hào)檢測(cè)[J].元器件與應(yīng)用，2003（4）.

[2]TB/T 3287-2013.機(jī)車(chē)信號(hào)車(chē)載系統(tǒng)設(shè)備[S].