平轮检测数据采集与信号处理系统技术方案

本发明专利技术提供的是一种平轮检测数据采集与信号处理系统。它由电源模块、ＡＤ采样输入前端调理模块、ＡＤ采样转换模块、数据及程序存储模块、中断管理模块、高速通信模块和复位模块七部分组成。本发明专利技术将高速浮点ＤＳＰ芯片、高速、低功耗、双１２位并行Ａ／Ｄ转换器，双口ＲＡＭ芯片和复杂可编程逻辑器件应用到平轮检测数据采集与处理系统中，开发了以高速浮点ＤＳＰ为核心处理器的数据采集与处理系统，提高了平轮检测数据采集和数据处理的速度、精度及稳定性，（系统的控制及通信、监控另由ＡＲＭ－ＶｘＷＯＲＫ完成，通信采用网卡方式）。从而提高了整个平轮检测系统的性能指标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种用于铁路系统的平轮检测数据采集和信号处理技术。(二)
技术介绍
平轮检测数据采集与信号处理系统是铁路系统平轮检测系统的重要组成部 分，在平轮检测设备的稳定性、高效性、智能性、精准性方面起着重要的作用。 其主要作用主要体现在以下几个方面(1)对平轮检测系统前端输出的模拟电信 号进行采集，为平轮检测系统检测算法提供可信赖的有效的精准数字数据来源。 (2)为计辆、计轴、检测算法的运行实现提供高效稳定的硬件载体。(3)完成 与平轮检测系统中检测控制系统的实时通信及数据传输。(4)其稳定性、高效性、智能性、精准性决定了评论检测系统的稳定性、高效性、智能性和精准性。随着我国国民经济的持续发展，对铁路运输也提出更高的要求。随着我国铁路第六次大提速的完美成功，对铁路平轮检测系统的稳定性、高效性、智能性和精准性提出越来越高的要求。这也就对平轮检测数据采集与信号处理系统的稳定性、高效性、智能性、精准性提出了更高的要求。数十年来，国内外为实现铁路平轮的动态检测作了不懈的努力，研究了各种检测方法。然而至今仍然没有一种检测方法成功的实现对平轮的准确稳定计辆、计轴、定量检测。分析原因，平轮检测数据采集与信号处理系统及工作方法的成败是一个主要因素。目前国内外存有的平轮检测系统的工作方法都是通过单片机或者低速DSP芯片控制AD采用串行通信方式将数据采集到单片机或者低速 DSP的外围存储器中，然后通过低速的串口或者PCI或者HPI 口传送到PC机中 然后再进行处理得出检测结果。随着铁路运输速度的不断提高，前端数据量也显 著增大、对数据采集系统提出更高的要求，单片机、低速DSP的低精度、低速 度以及低速的通信方式已经无法满足铁路系统提出的新要求。研究新型的平轮检 测数据采集与信号处理系统及工作方法已经成为铁路平轮检测系统中的重要研 究课题。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够提高平轮检测数据采集和数据处理的速度、精度及稳定性，从而提高整个平轮检测系统的性能指标的平轮检测数据采集与信 号处理系统。本专利技术的目的是这样实现的它由电源模块、AD采样输入前端调理模块、AD采样转换模块、数据及程序 存储模块、中断管理模块、高速通信模块和复位模块七部分组成。电源模块为其 它六个模块提供所需的数字或模拟电压供给；在AD采样转换模块之前加AD采样 输入前端调理模块；AD釆样转换模块将AD采样输入前端调理模块输出的模拟信 号转换成可供DSP处理的数字信号，并通过数据线由DSP控制将转换后的数字信 号存储在数据及存储模块中的SDRAM里，数据及存储模块中的flash与SDRAM的 信号线、地址线、控制线分别与DSP上对应的信号线、地址线、控制线连接，以 实现DSP与数据及存储模块的数据传输；中断管理模块主要与DSP的外部中断管 脚相连，实现对DSP外部中断资源的扩展解决外部中断输入管脚过少的缺陷；高 速通信模块中的双口RAM的数据线与地址线分别与DSP上的数据线与地址线对应 连接，以实现DSP系统与ARM系统的数据传输；复位模块与其他各模块的复位管 脚相连，为各芯片提供复位信号并实时检测整个系统工作状态。AD采样转换模 块、中断管理模块和高速通信模块相应的控制信号和控制寄存器都是在CPLD中 通过VHDL硬件描述语言对DSP上相应的控制信号、地址线和数据线译码实现的。所述的电源模块包括数字电源和模拟电源两大部分；数字电源由输入滤波网 络、低压降稳压电源转换芯片、输出滤波网络构成，板外电源输入作为输入滤波 网络的输入，输入滤波网络的输出作为低压降稳压电源转换芯片的输入，低压降 稳压电源转换芯片的输出，再连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络 的输出电压为系统数字电路部分提供电压供给；模拟电源由输入滤波网络、稳压 模块、输出滤波网络构成，板外电源输入作为输入滤波网络的输入，输入滤波网 络的输出作为稳压模块的输入，稳压模块输出端连接到输出滤波网络的输入端， 最后输出滤波网络的输出电压为系统模拟电路部分提供电压供给。所述的AD采样输入前端调理模块主要由晶体二极管保护电路和模拟运算放 大器电路组成；晶体二极管保护电路的输入为平轮检测系统前端电荷放大器的输 出，晶体二极管保护电路的输出作为模拟运算放大器电路的输入，模拟运算放大 器电路的输出作为AD采样转换模块的输入。所述的AD采样转换模块主要由高速浮点DSP芯片、高速并行ADC芯片、译 码电路和ADC转换控制电路组成；DSP芯片的高4位地址和DSP的地址空间选择信号作为译码电路的输入，译码电路的输出连接到ADC芯片的片选脚作为ADC的 片选信号；DSP芯片的低3位地址线与ADC的地址线依次相连，DSP的16位数据 线与ADC的数据线相连进行数据传输；DSP芯片的读写信号及低8位数据线作为 ADC转换控制电路的输入，ADC转换控制电路的输出端与ADC芯片的转换控制信 号直接相连作为控制信号的输入；DSP芯片的读使能信号直接与ADC的读使能管 脚相连。所述的数据及程序存储模块由DSP芯片TMS320c67xx、 Flash芯片和SDRAM 芯片组成；DSP的数据线与Flash和SDRAM芯片的数据线相连，DSP芯片的地址 线与Flash和SDRAM的地址线相连，Flash的读信号脚、输出使能脚和DSP的读 使能、输出使能管脚相连；SDRAM的读写使能管脚与DSP的读写使能管脚直接相 连；DSP的不同地址空间选择管脚分别和SDRAM和Flash的片选管脚相连，作为它们各自的片选信号。所述的中断管理模块由DSP芯片、译码器、中断标识字寄存器和中断复用器 组成；其中译码器、中断标识字寄存器和中断复用器在复杂可编程逻辑器件CPLD 内部由硬件设计语言VHDL编程实现其功能；外部中断作为中断复用器和中断标 识字寄存器的输入中断复用器的输入直接与DSP的外部中断管脚相连作为DSP的 外部中断输入；中断标识字寄存器根据其输入信号为每种不同的中断产生一个唯 一的标识字用于DSP区分每一种不同的中断；中断标识字通过DSP的低8位数据 线传输给DSP; DSP的第1位地址空间选择管脚和高4位地址线作为译码器的输 入，译码器的输出与中断标识字寄存器的片选相连作为中断标识字寄存器的片选 信号；DSP的读写信号与中断标识字寄存器的读写管脚相连接，控制中断标识字 寄存器的读写使能。所述的高速通信模块由DSP、双口RAM、和CPLD控制模块组成；双口RAM左 端口的数据线、地址线与与DSP直接相连进行数据传输；双口 RAM左端口的控制 线直接与CPLD的输出相连，DSP的读写控制和地址空间选择线作为CPLD控制模 块的输入；双口 RAM左端口的地址线、数据线和控制线分别和平轮检测系统的检 测系统的地址线、数据线及控制线相连接。所述的复位模块由带有看门狗功能的复位芯片、RC电路和喂狗脉冲发生器 组成；复位信号作为RC电路的输入RC电路对复位信号适当延迟后其输出作为复 位芯片的复位输入，复位芯片的输出经上拉后连接到各芯片的复位引脚；喂狗脉 冲由CPLD内部将CPLD时钟分频产生；作为喂狗脉冲发生器的输出，其与复位芯片的喂狗脉冲检测端口相连；复位芯片的看门狗复位脚经上拉与DSP的NMI脚相 连。此外上述基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平轮检测数据采集与信号处理系统，其特征是：它由电源模块、ＡＤ采样输入前端调理模块、ＡＤ采样转换模块、数据及程序存储模块、中断管理模块、高速通信模块和复位模块七部分组成；电源模块为其它六个模块提供所需的数字或模拟电压供给；在ＡＤ采样转换模块之前加ＡＤ采样输入前端调理模块；ＡＤ采样转换模块将ＡＤ采样输入前端调理模块输出的模拟信号转换成可供ＤＳＰ处理的数字信号，并通过数据线由ＤＳＰ控制将转换后的数字信号存储在数据及存储模块中的ＳＤＲＡＭ里，数据及存储模块中的ｆｌａｓｈ与ＳＤＲＡＭ的信号线、地址线、控制线分别与ＤＳＰ上对应的信号线、地址线、控制线连接，以实现ＤＳＰ与数据及存储模块的数据传输；中断管理模块主要与ＤＳＰ的外部中断管脚相连，实现对ＤＳＰ外部中断资源的扩展解决外部中断输入管脚过少的缺陷；高速通信模块中的双口ＲＡＭ的数据线与地址线分别与ＤＳＰ上的数据线与地址线对应连接，以实现ＤＳＰ系统与ＡＲＭ系统的数据传输；复位模块与其他各模块的复位管脚相连，为各芯片提供复位信号并实时检测整个系统工作状态。ＡＤ采样转换模块、中断管理模块和高速通信模块相应的控制信号和控制寄存器都是在ＣＰＬＤ中通过ＶＨＤＬ硬件描述语言对ＤＳＰ上相应的控制信号、地址线和数据线译码实现的。...

【技术特征摘要】
1、一种平轮检测数据采集与信号处理系统，其特征是它由电源模块、AD采样输入前端调理模块、AD采样转换模块、数据及程序存储模块、中断管理模块、高速通信模块和复位模块七部分组成；电源模块为其它六个模块提供所需的数字或模拟电压供给；在AD采样转换模块之前加AD采样输入前端调理模块；AD采样转换模块将AD采样输入前端调理模块输出的模拟信号转换成可供DSP处理的数字信号，并通过数据线由DSP控制将转换后的数字信号存储在数据及存储模块中的SDRAM里，数据及存储模块中的flash与SDRAM的信号线、地址线、控制线分别与DSP上对应的信号线、地址线、控制线连接，以实现DSP与数据及存储模块的数据传输；中断管理模块主要与DSP的外部中断管脚相连，实现对DSP外部中断资源的扩展解决外部中断输入管脚过少的缺陷；高速通信模块中的双口RAM的数据线与地址线分别与DSP上的数据线与地址线对应连接，以实现DSP系统与ARM系统的数据传输；复位模块与其他各模块的复位管脚相连，为各芯片提供复位信号并实时检测整个系统工作状态。AD采样转换模块、中断管理模块和高速通信模块相应的控制信号和控制寄存器都是在CPLD中通过VHDL硬件描述语言对DSP上相应的控制信号、地址线和数据线译码实现的。2、 根据权利要求1所述的平轮检测数据采集与信号处理系统，其特征是 所述的电源模块包括数字电源和模拟电源两大部分；数字电源由输入滤波网络、 低压降稳压电源转换芯片、输出滤波网络构成，板外电源输入作为输入滤波网 络的输入，输入滤波网络的输出作为低压降稳压电源转换芯片的输入，低压降 稳压电源转换芯片的输出，再连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网 络的输出电压为系统数字电路部分提供电压供给；模拟电源由输入滤波网络、 稳压模块、输出滤波网络构成，板外电源输入作为输入滤波网络的输入，输入 滤波网络的输出作为稳压模块的输入，稳压模块输出端连接到输出滤波网络的 输入端，最后输出滤波网络的输出电压为系统模拟电路部分提供电压供给。。3、 根据权利要求2所述的平轮检测数据采集与信号处理系统，其特征是 所述的AD采样输入前端调理模块主要由晶体二极管保护电路和模拟运算放大 器电路组成；晶体二极管保护电路的输入为平轮检测系统前端电荷放大器的输 出，晶体二极管保护电路的输出作为模拟运算放大器电路的输入，模拟运算放大器电路的输出作为AD采样转换模块的输入。4、 根据权利要求3所述的平轮检测数据采集与信号处理系统，其特征是 所述的AD采样转换模块主要由高速浮点DSP芯片、高速并行ADC芯片、译码电 路和ADC转换控制电路组成；DSP芯片的高4位地址和DSP的地址空间选择信 号作为译码电路的输入，译码电路的输出连接到ADC芯片的片选脚作为ADC的 片选信号；DSP芯片的低3位地址线与ADC的地址线依次相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴周，杨志刚，郜丽鹏，王鹏飞，韩亮，张博为，战永兴，田金超，胡文飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]