【正文】 鐵路移頻信號(hào)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) ——軟件設(shè)計(jì)摘要由于移頻信號(hào)是一種調(diào)頻信號(hào)，其波形為低頻信號(hào)調(diào)制中心載頻信號(hào)后產(chǎn)生的低端載頻（下邊頻）和高端載頻（上邊頻）兩個(gè)交替變化的正弦交流信號(hào)。在測(cè)量移頻信號(hào)的上、下邊頻及載波頻率時(shí)，論文分析了鐵路移頻信號(hào)的特點(diǎn)，并根據(jù)其特點(diǎn)得出了移頻信號(hào)的時(shí)域檢測(cè)法—測(cè)周期法。用此方法測(cè)量上、下邊頻，然后由上、下邊頻求中心頻率的方法。論文利用寬電壓、低功耗單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案：利用CD405AD736和AD7705相配合，完成移頻信號(hào)有效值的量程自動(dòng)切換，從而實(shí)現(xiàn)0—400V移頻電壓的測(cè)量；利用AT89C4051的定時(shí)器T捕獲移頻信號(hào)的零點(diǎn)，進(jìn)而求出移頻信號(hào)的一系列周期，分析這些周期，從而得出移頻信號(hào)電壓值、電流值、移頻信號(hào)（調(diào)頻信號(hào)）的上邊頻、下邊頻、單頻、低頻、中心頻率、中心周期至少八種信息的參數(shù)測(cè)量。關(guān)鍵詞： 移頻信號(hào)；測(cè)周期法；軌道電路；參數(shù)測(cè)量The design of railway Frequencyshift detector ——Software DesignAbstractAs the frequency shift is a signal FM signal, its lowfrequency signal waveform of the center carrier frequency modulation signal generated from the lowend carrier frequency (upper frequency) and the highend carrier frequency (lower frequency) 2 alternating sinusoidal signal exchanges. In testing upper frequency, lower frequency, and carrier frequency, the paper analyzed the frequency shift of the signal characteristics, according to their characteristics and the frequency shift e in time domain signal detection measuring cycle. With this method measurements, testing upper frequency and lower frequency then calculating center frequency is adopted.According this method a system of the singlechip which is low power and can work with wide voltage is given: the measuring scope of the RMS value is changed automatically by the chip AD7705 with the help of the CD4052。the zero point is captured by the time of the chip AT89C4051,and then a series of period of the signal is found the frequencyshift of the signal such as voltage of FSK signal, voltage of industrial and harmonic wave interference, upper frequency, lower frequency, carrier frequency and low frequency 8 messages frequency.Key Words: frequencyshift signal；the measuring cycle；track circuit；parameter measurement目 錄1 緒論 1 開(kāi)發(fā)背景 1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的意義 1 開(kāi)發(fā)者的主要工作 2 論文的組織結(jié)構(gòu) 22 方案論證相關(guān)技術(shù)介紹 3 鐵路移頻信號(hào)的原理 3 移頻信號(hào)的采集 4 M法 4 T法 5 M/T法 6 方案確定 63 硬件電路設(shè)計(jì) 7 硬件總體設(shè)計(jì) 7 硬件原理框圖設(shè)計(jì) 7 系統(tǒng)特點(diǎn) 8 硬件模塊設(shè)計(jì) 8 電源部分 8 信號(hào)的采集及量程的選擇 8 A/D轉(zhuǎn)換及有效值測(cè)量 9 頻率信號(hào)的調(diào)制 94 軟件設(shè)計(jì)分析 10 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 10 電源電壓低檢測(cè)子程序 11 硬件分析 11 軟件設(shè)計(jì) 11 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 12 A/D轉(zhuǎn)換芯片分析 12 A/D轉(zhuǎn)換的硬件分析 13 A/D轉(zhuǎn)換初始化設(shè)計(jì) 13 AD初始化 16 讀數(shù)據(jù)/寫(xiě)數(shù)據(jù)編程 19 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換 23 硬件分析 23 軟件設(shè)計(jì) 23 頻率信號(hào)采集 26 硬件設(shè)計(jì) 26 軟件設(shè)計(jì) 26 定時(shí)器設(shè)置與使用 26 頻率采集 28 按鍵設(shè)計(jì) 33 硬件分析 33 軟件設(shè)計(jì) 33 顯示部分設(shè)計(jì) 36 濾波及放大電路的接入與切除 425 調(diào)試 44 程序調(diào)試應(yīng)該注意事項(xiàng) 44 程序調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題 44結(jié)論 45參考文獻(xiàn) 46致謝 47畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 48畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 49附錄1 501 緒論 開(kāi)發(fā)背景鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，它對(duì)于促進(jìn)城鄉(xiāng)物資交流，繁榮社會(huì)經(jīng)濟(jì)起著非常重要的作用。為了提高鐵路的運(yùn)輸能力，除增加新干線，積極改革動(dòng)力外，信號(hào)通信設(shè)施的技術(shù)改造以及新增干線通信設(shè)施的配套建設(shè)，大力發(fā)展鐵路自動(dòng)化，有著十分重要的意義。在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中，為了使列車(chē)的運(yùn)輸管理直接與信號(hào)設(shè)備發(fā)生關(guān)系，通常是把鋼軌作為信號(hào)的傳輸導(dǎo)線，其間的軌縫用接續(xù)導(dǎo)線連接起來(lái)，在一定的軌道區(qū)段(1Km)兩端的接縫上要裝有絕緣，一端送電，另一端受電，構(gòu)成了這樣一段又一段的軌道電路。在我國(guó)軌道電路分為以下幾種制式:交流軌道電路；移頻軌道電路；相敏軌道電路；無(wú)絕緣軌道電路等。，，在移頻軌道電路中，最小電壓50mV，最小電流50mA。鐵路信號(hào)又稱(chēng)鐵道信號(hào)，是鐵路上用的信號(hào)、連鎖、閉塞等設(shè)備的總稱(chēng)。鐵路信號(hào)的主要功能是保障行車(chē)安全和提高運(yùn)輸能力[1]。目前，我國(guó)軌道電路參數(shù)測(cè)試存在的問(wèn)題是：測(cè)量鐵路移頻信號(hào)所用的儀器大多為機(jī)電工業(yè)通用測(cè)試儀器，其頻率響應(yīng)范圍較窄，而軌道電路的被測(cè)信號(hào)均為特殊頻率的信號(hào)，而機(jī)電工業(yè)通用測(cè)試儀表不能滿(mǎn)足軌道電路信號(hào)檢測(cè)的特殊要求，這既影響測(cè)試結(jié)果，又沒(méi)有反映出鐵路運(yùn)輸過(guò)程中的各種參數(shù)的大小及其動(dòng)態(tài)相互關(guān)系。給行車(chē)安全、行車(chē)速度及行車(chē)密度帶來(lái)極大的影響。因此研究鐵路軌道電路移頻信號(hào)的綜合參數(shù)測(cè)試已勢(shì)在必行。 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的意義移頻信號(hào)全稱(chēng)為移頻鍵控信號(hào)，是一種頻率調(diào)制信號(hào)，利用高頻信號(hào)承載低頻信號(hào)，通常選擇（550－850）Hz頻率為中心頻率，（70－30）Hz頻率為低頻調(diào)制頻率。每種移頻信號(hào)代表了一定的速度信息，是現(xiàn)代鐵路機(jī)車(chē)行駛中的速度控制信號(hào)，它可以準(zhǔn)確確定列車(chē)的位置，與鐵路機(jī)車(chē)安全運(yùn)行有密切的關(guān)系。隨著鐵路信號(hào)技術(shù)的發(fā)展和先進(jìn)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，鐵路信號(hào)已成為提高鐵路區(qū)間和車(chē)站通過(guò)能力，增加鐵路運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益、改善鐵路職工勞動(dòng)條件的一種現(xiàn)代化管理手段和發(fā)展前沿的科學(xué)技術(shù)。鐵路信號(hào)設(shè)備是鐵路運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)備之一。猶如人的耳目和中樞神經(jīng)，擔(dān)負(fù)著路網(wǎng)上各種行車(chē)設(shè)備狀況的信息傳輸和調(diào)度指揮控制的作用。列車(chē)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施之一是地面軌道電路和機(jī)車(chē)信號(hào)，為保證提速列車(chē)和高速列車(chē)的安全運(yùn)行，地面軌道電路和機(jī)車(chē)信號(hào)就要可靠、安全的工作， 因此定期檢測(cè)軌道電路的電壓、頻率等參數(shù)，以判斷軌道電路及其信號(hào)設(shè)備是否處于最佳工作狀態(tài)，可以及時(shí)消除隱患，確保鐵路安全行車(chē)，這就需要有可靠性高、準(zhǔn)確度高的測(cè)試系統(tǒng)完成鐵路信號(hào)的測(cè)試[2]。鐵路移頻信號(hào)實(shí)際上就是一種頻率調(diào)制信號(hào)——低頻調(diào)制高頻的信號(hào)，低頻為速度控制信號(hào)，載波為運(yùn)輸?shù)皖l信號(hào)之用。鐵路移頻信號(hào)以載頻f0為中心，選擇上、下邊頻偏頻，可見(jiàn)在通道中傳輸?shù)恼{(diào)制信號(hào)實(shí)際是受低頻調(diào)制信號(hào)控制做交替變換的上邊頻信號(hào)和下邊頻信號(hào)，二者交替變換一次叫一個(gè)周期T，這個(gè)周期T則為低頻信號(hào)的周期[3]。因此移頻信號(hào)的檢測(cè)方法也就是移頻信號(hào)的解調(diào)方法。 開(kāi)發(fā)者的主要工作本設(shè)計(jì)主要分為硬件部分和軟件部分，硬件部分以單片機(jī)為核心控制器，外圍由顯示、按鍵、信號(hào)采集、濾波和解調(diào)等電路組成。軟件部分以單片機(jī)C51編程,控制各個(gè)部分的功能操作。按鍵功能主要是切換屏幕以保證各種信息方便查閱，以及功能切換；LCD顯示至少低頻、中心頻率、中心周期、電壓值、電流值、上下邊頻七種信息；移頻信號(hào)的有效值檢測(cè)，可以通過(guò)量程選擇、有效值轉(zhuǎn)換（把交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)）、模數(shù)轉(zhuǎn)換；移頻信號(hào)的參數(shù)檢測(cè)包括頻率檢測(cè)和電壓有效值檢測(cè)，其中移頻信號(hào)的頻率檢測(cè)參數(shù)包括移頻信號(hào)的上邊頻、下邊頻、中心頻率和低頻，中心頻率為上邊頻和下邊頻的平均值。 論文的組織結(jié)構(gòu)本論文的組織結(jié)構(gòu)如下：第一章：介紹關(guān)于鐵路移頻信號(hào)檢測(cè)儀的開(kāi)發(fā)背景、開(kāi)發(fā)意義以及開(kāi)發(fā)者的主要工作。第二章：介紹了開(kāi)發(fā)過(guò)程中所使用的相關(guān)技術(shù)，以及相應(yīng)的方案。第三章：介紹了軟件的測(cè)試過(guò)程。第四章：介紹了開(kāi)發(fā)者在完成本軟件后的心得體會(huì)。2 方案論證相關(guān)技術(shù)介紹 鐵路移頻信號(hào)的原理移頻信號(hào)全稱(chēng)為移頻鍵控信號(hào)（FrequencyShift Keying），利用高頻信號(hào)承載低頻信號(hào)，具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代鐵路機(jī)車(chē)行駛中的速度控制信號(hào)。它可以準(zhǔn)確確定列車(chē)的位置，與鐵路機(jī)車(chē)安全運(yùn)行有密切的關(guān)系[4]。在目前鐵路移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)中，采用的主要是移頻鍵控信號(hào)。發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生的高頻正弦波（載波）經(jīng)過(guò)低頻矩形波調(diào)制成上下邊頻交替變化的移頻信號(hào)，發(fā)送至鋼軌，通過(guò)鋼軌線路傳輸，接收端接收移頻信息經(jīng)解調(diào)后，根據(jù)低頻信號(hào)控制機(jī)車(chē)。而移頻鍵控信號(hào)廣泛采用相位連續(xù)、二元鍵控的形式。當(dāng)調(diào)制信號(hào)輸出脈沖時(shí)，載頻信號(hào)的頻率為f1，當(dāng)調(diào)制信號(hào)間隔時(shí)，載頻信號(hào)的頻率為f2[5]。鋼軌線路傳送的是一種由f1 和f2 交替變換的移頻波（調(diào)制波），其交替變換的速率即是調(diào)制信號(hào)的頻率。移頻信號(hào)波形圖21。 移頻信號(hào)波形圖圖中：f1為上邊頻，f2為下邊頻。我國(guó)國(guó)產(chǎn)移頻信號(hào)，載頻為550Hz, 650Hz, 750Hz, 850Hz,頻偏55Hz, 調(diào)制頻率為11Hz, 15Hz, 20Hz, 26Hz?，F(xiàn)在以650Hz載頻為例，f1為 650+55=705Hz，f2為65055=595Hz，即頻偏位+55Hz。為防鄰線及相鄰閉塞分區(qū)的信號(hào)干擾，在頻頻率在550、650、750、850Hz 4種中選擇，、 3種。根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，低頻頻率變化不大于177。%，載頻頻率變化不大于177。[6]。則對(duì)應(yīng)的FSK 信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為： ()。 信號(hào)波形 移頻信號(hào)的采集鐵路移頻信號(hào)頻率的檢測(cè)（即解調(diào)方法），從原理上講可分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方法。從最佳接受的觀點(diǎn)來(lái)看，相干解調(diào)具有最佳的抗干擾性能。然而相干解調(diào)要求接收端恢復(fù)出具有準(zhǔn)確頻率和相位的相干載波信號(hào)，在移頻系統(tǒng)中是很難實(shí)現(xiàn)的，往往增加設(shè)備的復(fù)雜性，而實(shí)際性能又改善不多，所以移頻系統(tǒng)往往不采用相干解調(diào)法，而采用非相干解調(diào)法。所謂非相干解調(diào)法，就是在接受端不需要相干信號(hào)，而根據(jù)移頻信號(hào)本身的特點(diǎn)進(jìn)行解調(diào)[7]。移頻信號(hào)的非相干解調(diào)法有模擬法和數(shù)字法兩種。模擬法常用的是限幅鑒頻法。限幅鑒頻法又分為適用于寬帶信號(hào)的雙失諧鑒頻器和適用于單頻諧振槽路鑒頻器[8]。數(shù)字法主要分為時(shí)域檢測(cè)法和頻域檢測(cè)法。時(shí)域檢測(cè)法，利用微型計(jì)算機(jī)和一些其它硬件配合，測(cè)出移頻信號(hào)的一系列周期，然后分析這些周期，即可得出移頻信號(hào)的頻率參數(shù)。頻域檢測(cè)方法主要是頻譜分析法，把時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域來(lái)分析，得出移頻信號(hào)的頻譜，根據(jù)移頻信號(hào)的頻率頻譜特性，可以得出移頻信號(hào)的頻率參數(shù)。時(shí)域檢測(cè)法測(cè)量精度較高、實(shí)時(shí)性較強(qiáng)、軟硬件成本較低。頻域檢測(cè)法抗干擾能力強(qiáng)，但其運(yùn)算量大，硬件成本較高[9]。 M法M法是在給定的閘門(mén)時(shí)間Ts內(nèi)測(cè)量被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)Nc，進(jìn)行換算得出被測(cè)信號(hào)的頻率fs[10]。，把N除以T就可以得到信號(hào)的頻率： Ts為常值 ()計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)： Nc給定的閘門(mén)時(shí)間：Ts M法計(jì)數(shù)波形M法存在被測(cè)閘門(mén)內(nèi)177。1個(gè)被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)誤差，主要誤差源是由于