一種地鐵FTGS音頻信號檢測系統技術方案

為準確檢測地鐵系統軌道電路中音頻信號相關參數，利用脈沖捕獲鑒頻原理，發明專利技術了一種地鐵FTGS音頻信號檢測系統。該系統利用MSP430定時器的捕獲功能與中斷功能，對數字音頻信號進行采集，求出其一系列周期，通過分析所得周期，直接在時域中求取上邊頻和下邊頻，得出音頻信號的中心頻率及位模式信息。結果表明：該方法能夠對地鐵數字移頻信號進行準確快速的測量，實現對音頻信號的檢測，有一定的應用價值。

【技術實現步驟摘要】
一種地鐵FTGS音頻信號檢測系統所屬
本專利技術涉及一種檢測系統，尤其涉及一種地鐵FTGS音頻信號檢測系統。
技術介紹
德國西門子公司的遙供音頻無絕緣軌道電路（FTGS），廣泛應用于世界各地的正線鐵路和城市軌道。最常用的FTGS音頻軌道電路為917型，FTGS一917型軌道電路把軌道線路分割為多個區段，用以檢查和監督這些軌道區段是否空閑，并將空閑／占用信息傳給聯鎖系統。為了防止相鄰區段之間串頻，使用不同中心頻率和不同位模式進行區分。FTGS-917型軌道電路共使用8種頻率(95，105，115，125，135，種不同的位模式(2．2，2．3，2．4，2．5，2．6；3．2，3．3，3．4，3．5；4．2，4．3，4．4；5．2，5．3；6．2)，相鄰區段用不同的位模式。由位模式脈沖把區段的中心頻率調制成移頻鍵控信號(FSK)，上邊頻頻率為載頻64Hz，下邊頻頻率為載頻一64Hz。調制后的信號可以抵抗鋼軌牽引回流中諧波電流的干擾。目前，FTGS音頻軌道電路采用頻率編碼方式圈，其特點是數字編碼信息并行發送。信號接收器從鋼軌上接收到FSK調頻信號，對其進行解調，恢復出位模式信號，然后對該低頻信號進行后續處理，得到數字編碼信息。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了準確檢測地鐵系統軌道電路中音頻信號相關參數，設計了一種地鐵FTGS音頻信號檢測系統。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：地鐵FTGS音頻信號檢測系統由電源部分、隔離部分、波型轉換部分、信號預處理部分、CPU部分、顯示部分等6個部分組成。FTGS音頻信號檢測系統具備頻率檢測功能：可以檢測并用數字顯示音頻信號的上邊頻、下邊頻、中心頻率和位模式。本專利技術并非利用幅值求取頻偏再得到上下邊頻，而是直接從時域中獲得上下邊頻，再求載頻，最后頻偏。所述的電源部分共有兩種電源，5V與3．3V，3-3V是MSP430單片機的電源。所述的隔離部分由電壓互感器對信號進行隔離，以避免檢測設備故障影響整個設備正常工作。所述的電壓互感器把被測的音頻信號拾取后，送入前處理器進行濾波和放大，然后經施密特觸發器把正弦音頻信號轉換成方波信號，最后送給MSP430F169處理器進行處理。所述的信號預處理部分主要用于對原始信號的衰減或放大，確保在信號進入后續電路前消除各種干擾的影響。所述的波形轉換部分主要對濾波后的信號進行施密特波形轉換。所述的CPU部分采用美國德州儀器(TI)MsP430系列16位超低功耗單片機MSP430F169。MSP430系列單片機，運算能力較強，并具有豐富的片內外設，具有非常廣闊的應用范圍。本專利技術的有益效果是：基于單片機的地鐵FTGS音頻信號檢測系統，利用MSP430F169定時器的捕獲功能，對過零點的移頻信號進行捕獲，每10個中斷一次，求出相應的上、下邊頻；再利用控制器的中斷功能，求出移頻信號的一系列周期，通過分析這些周期，得出FSK移頻信號的上邊頻和下邊頻，兩者結合進而得出位模式信息，實現了載波信號頻率及位模式檢測。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。圖1是FTGS音頻信號檢測系統框圖。圖2是MSP430內部結構框圖。圖3是軟件流程圖。具體實施方式如圖1所示，鐵FTGS音頻信號檢測系統由電源部分、隔離部分、波型轉換部分、信號預處理部分、CPU部分、顯示部分等6個部分組成。FTGS音頻信號檢測系統具備頻率檢測功能：可以檢測并用數字顯示音頻信號的上邊頻、下邊頻、中心頻率和位模式。電壓互感器把被測的音頻信號拾取后，送入前處理器進行濾波和放大，然后經施密特觸發器把正弦音頻信號轉換成方波信號，最后送給MSP430F169處理器進行處理。本專利技術并非利用幅值求取頻偏再得到上下邊頻，而是直接從時域中獲得上下邊頻，再求載頻，最后頻偏，這種方法準確度高、速度快。信號經過施密特觸發器后連接到MSP430處理器，分兩路進行處理。一路接MSP430捕獲模塊，每l0個下降沿產生一次中斷，計算一次對應的頻率，實時測量載頻頻率。由于移頻信號是調頻信號，所以會出現3個實時測量頻率F上F中A、F下，通過分析可確定上下邊頻值，兩者的平均值即為載頻。另一路接MSP430的中斷模塊，對每一周期計算其脈沖寬度。對于移頻信號，被測信號是以一定的調頻系數動態變化的，上下邊頻在一個周期內的時間是規則分布的。可見，位模式信號需要靠軟件分析來獲得。當測試載波信號頻率時，將轉換完成后的脈沖信號分成兩路接人MSP430單片機，一路接到P1．1口，它除了可以作為通用數字I／O口外，也可在TIMER_A處于捕獲模式下，作為它的—個捕獲，比較輸^端CCIOA。這里利用TIMER—A的捕獲功能，通過TACCTLx中的CAP選擇捕獲模式，設置CMx選擇捕獲條件為下降沿捕獲。當滿足捕獲條件時，將TAR的值寫入捕獲寄存器。與此類似，將轉換完成后的脈沖信號另一路接到微控制器MSP430的P2．1端口，該端口除了可以作為通用數字I／O口外，還可通過設置相應寄存器為中斷斌，在開總中斷之前務!要設置好PIlFG、PLIES、PIlE寄存器的相應位，并確保相應引腳為輸入方向。這里正是利用它的這一功能，且設置為下降沿中斷，當第一個下降沿到來時，內部計數器開始計數，直到下一個脈沖的下降沿到來，計數結束，那么計數器所計得的數便為一個周期的脈沖信號。通過處理，即可得出相應的中心頻率、上邊頻、下邊頻及位模式。最后，通過MSP430F169單片機的P5口與LCD1602接口，把相應的信息顯示出來。如圖2所示，MSP430系列單片機都集成了較豐富的片內外設，其中：看門狗可使程序失控時迅速復位；模擬比較器可進行模擬電壓的比較；配合定時器，可設計出A／D轉換器；16位定時器(TIMER-A和TIMER—B)具有捕獲/比較功能，擁有大量的捕獲，比較寄存器，可用于事件計數、時序發生、PWM等；具有較多的I／O端口，P0、P1和P2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10／12位硬件A／D轉換器有較高的轉換速率，最高可達200kb/s，能夠滿足大多數數據采集應用；兩路l2位D／A轉換；以及為了增加數據傳輸速度而采用的DMA模塊。MSP430系列單片機的這些片內外設為系統的單片機解決方案提供了極大的方便。端口是MSP430的重要資源。MSP430F169單片機共有6組端口，每組端口均為8位并且均可獨立編程，但每組端口均不提供位操作指令。目前，MSP430所有系列總線均不對外開放，端口不但用于輸入／輸出，還可為MSP430系統擴展等應用提供必要的邏輯控制信號。TIMER-A有多個相同的捕獲／比較模塊，為實時處理提供靈活的手段，每個模塊都有可用于捕獲事件發生的時間或產生定時間隔。當捕獲事件發生或定時時間到達時將引起中斷。如圖3所示，系統軟件主要由初始化程序、捕獲程序、中斷程序及顯示程序組成。初始化程序完成系統及相應I／O口功能的初始化，捕獲程序完成10個脈沖的捕獲，并對相應的計數器值進行處理，中斷程序完成每一周期脈沖的處理，顯示程序完成數值顯示。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種地鐵FTGS音頻信號檢測系統，由電源部分、隔離部分、波型轉換部分、信號預處理部分、CPU部分、顯示部分等6個部分組成；FTGS音頻信號檢測系統具備頻率檢測功能：可以檢測并用數字顯示音頻信號的上邊頻、下邊頻、中心頻率和位模式；本專利技術并非利用幅值求取頻偏再得到上下邊頻，而是直接從時域中獲得上下邊頻，再求載頻，最后頻偏。

【技術特征摘要】
1.一種地鐵FTGS音頻信號檢測系統，由電源部分、隔離部分、波型轉換部分、信號預處理部分、CPU部分、顯示部分等6個部分組成；FTGS音頻信號檢測系統具備頻率檢測功能：可以檢測并用數字顯示音頻信號的上邊頻、下邊頻、中心頻率和位模式；本發明并非利用幅值求取頻偏再得到上下邊頻，而是直接從時域中獲得上下邊頻，再求載頻，最后頻偏。2.根據權利要求1所述的鐵FTGS音頻信號檢測系統，其特征是所述的電源部分共有兩種電源，5V與3．3V，3-3V是MSP430單片機的電源。3.根據權利要求1所述的鐵FTGS音頻信號檢測系統，其特征是所述的隔離部分由電壓互感器對信號進行隔離，以避免檢測設備故障影響整個設備正常工作。4.根據權利要求1所述的鐵FTGS音頻信號檢測系統，其特征是所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程媛，
申請(專利權)人：程媛，
類型：發明
國別省市：遼寧,21