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摘 要：近几年来，随着数字信号处理技术的飞速发展，对于铁路移频信号检测的研究已逐步向抗干扰能力强的频率分析法转变，但该方法需要较大容量的处理器及存储器，并对系统的可靠性及稳定性造成影响。因此，亟需一种新的铁路移频信号检测系统。本文则提出一种基于单芯片的ZPW-2000A铁路移频信号检测系统，以望对同仁提供参考借鉴。
关键词：单芯片；ZPW-2000A型；铁路移频信号；检测；
中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-02
在我国社会经济发展中铁路是其重要组成部分，对国家的发展有着重要作用。然而，由于铁路运输具有较高效率、较低成本、节约能源，世界各国均对铁路运输技术给予研究，旨在促进铁路运输向高密度、高速度方向发展。长期以来，对铁路移频信号检测的方法主要为传统的时域分析法，该方法具有非线性及相位连续性。因此，逐步向频率分析法转变，但该方法对系统的可靠性有一定影响。为了有效解决这一问题，需要在单芯片上来对低频信息及上下变频进行检测，具有较高的可靠性及集成度。
一、ZPW-2000A型移频信号特征
自动闭塞是当前较为先进的行车闭塞法，是以移频轨道电路为基础的系统，通过利用固定的空间间隔来确保火车的行驶安全。长期以来，我国的铁路自动闭塞主要适合应用三显示制式。所谓三显示制式，即绿灯、红灯、黄灯。当绿灯亮时表明行车前方超过两个分区空间，行车可正常行驶；红灯亮时表明前方分区有车占用或者线路已发生故障损害，行车必须停止行驶，必须对其检查给予综合分析、处理；黄灯亮时则表示火车前方仅仅有一个分区空间，提示列车可小于正常行驶速度继续行驶。
ZPW-2000A自动闭塞系统主要实现了对调谐单元断线故障的检查；减少了调谐区的分路死区；并实现了对拍频干扰的有效防护；同时提高了机械绝缘节轨道电路的传输长度；可有效满足我国长站间隔及低道碴电阻轨道电路的需求；可有效提高轨道列车的行使安全。整个系统是在UM71型的无绝缘轨道电路整体结构基础之上而形成的，具有丰富的功能。
ZPW-2000A移频信号结构如下图1所示。在该图中，低频调制信号输出高电位时，载频f0则向上偏移，即f0+Δf，也就是fh，称之为上边频；反之，低频调制信号输出低电位时，载频f0则向下偏移，即f0-Δf，也就是f1，称之为下边频。两者频率切换出的单位时间变化次数及低频调制信号的频率则是相等的。而ZPW-2000A移频信号的频谱则有以下特征：调制系数与频谱中的载频分量呈现反比关系，即调制系数较大时，频谱中载频分量降低；信号的抗干扰能力与载频呈现正相关；频谱中的峰值即信号的载频。
二、单芯片的ZPW-2000A型铁路移频信号检测系统设计
要想设计完整的移頻信号检测系统则需要有完善的硬件系统及软件系统，而硬件系统的设计应实现应用的目的，无论是哪一种系统，都应有较好的系统。下面就对硬件系统及软件系统给予综合分析。
1、硬件设计。移频信号检测系统的硬件主要包括存储设备、带触摸屏，且存储设备为SD卡，带触摸屏为LCD，且整个系统为USB设备，而PC为上位机，并拥有电池充电的能力。该系统功能图如下图2所示。该系统所采用的单芯片为S3C2440A处理器，可实现较多功能，加上拥有强大的计算能力，可完成所有的控制、计算功能。在这里主要阐述的是电源模块，该模块的设计主要是建立在手持设备的条件之上，并采用的是效率高功耗低的芯片。并在该系统中所需要的电压有两种，即供电电压为1.2V，外部芯片电压为3.3V。本次系统所需要的电源为锂电池，且输入电压是3.7V。该电池拥有较长的使用寿命、较高的额定电压及其较低的自放电率。此外，在本次硬件设计中不仅有模拟电路，而且还有其他典型的数模混合电路，包括微小的弱电信号、数字电路等。由于电路在设计过程中可能受到其他电压的影响，使得对系统信号有着干扰性，有可能造成信号的错误性。为了有效解决这一问题，仅仅依靠设计图是不可行的，还需要对电路的抗干扰性给予综合性设计，包括元件、印制板、电源去耦及公共地线。
2、软件设计。传统的嵌入式产品较多都不需要操作系统，而本次铁路移频率信号检测系统中则是采用较为简单的循环控制系统，该系统具有重要作用。当前伴随着系统越来越复杂，所利用的范围也就越来越广泛，并不是每一项所添加的新功能都能够从头进行设计。因此，这种设计仅仅能够增加系统的复杂性。当前，嵌入式操作系统的引入有效解决长期存在的问题，所应用的程序也就越来越大，并对程序档案的管理提供了较新的解决方法，有着较高的移植性，最终可有效提高知识的创新率。本次系统采用的源码开放的免费嵌入式系统，有嵌入式系统的所有功能，且短小精悍，可获得较高的执行率。在μC/OS-Ⅱ网站上找到较为全面的移植范例，当然，在实际应用中还需要对此进行相应的修改。其硬件及软件结构下图3所示。对于移频信号数据的采集中较为重要的是移频信号的计算，而计算中重要的为采样，通过自带的8通道10位而实现数据采集，该系统的采样点即8192点，且采样率为8192Hz，采样率的实现方法主要有DMA、定时采样及其轮询，对这三种手段给予综合比较，得到定时采样是最为适用的方法。
三、结束语
总而言之，要想促进铁路事业的全面发展，则应跟进时代潮流，充分利用数字信号处理技术。本文提出了单芯片的ZPW-2000A的移频信号检测方案，从硬件及软件两大方面给予设计，旨在为我国今后铁路发展制定统一信号检测系统，保证铁路行车的安全性。为今后的一段时间内，应对铁路移频信号的检测系统给予进一步研究，更新技术，研究出更可靠、安全的检测系统，提高铁路行驶的安全性。
参考文献：
[1]杨帆.基于单芯片ARM的移频接收综合采集系统[D].北京交通大学，2010
[2]张丽.单片机在发送器中的软件设计[J].科技信息，2013，（7）：97，114
[3]李积英，何涛.微处理器技术在移频电码化装置中的应用研究[J].铁路通信信号工程技术，2009，6（1）：17-19
关键词：单芯片；ZPW-2000A型；铁路移频信号；检测；
中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-02
在我国社会经济发展中铁路是其重要组成部分，对国家的发展有着重要作用。然而，由于铁路运输具有较高效率、较低成本、节约能源，世界各国均对铁路运输技术给予研究，旨在促进铁路运输向高密度、高速度方向发展。长期以来，对铁路移频信号检测的方法主要为传统的时域分析法，该方法具有非线性及相位连续性。因此，逐步向频率分析法转变，但该方法对系统的可靠性有一定影响。为了有效解决这一问题，需要在单芯片上来对低频信息及上下变频进行检测，具有较高的可靠性及集成度。
一、ZPW-2000A型移频信号特征
自动闭塞是当前较为先进的行车闭塞法，是以移频轨道电路为基础的系统，通过利用固定的空间间隔来确保火车的行驶安全。长期以来，我国的铁路自动闭塞主要适合应用三显示制式。所谓三显示制式，即绿灯、红灯、黄灯。当绿灯亮时表明行车前方超过两个分区空间，行车可正常行驶；红灯亮时表明前方分区有车占用或者线路已发生故障损害，行车必须停止行驶，必须对其检查给予综合分析、处理；黄灯亮时则表示火车前方仅仅有一个分区空间，提示列车可小于正常行驶速度继续行驶。
ZPW-2000A自动闭塞系统主要实现了对调谐单元断线故障的检查；减少了调谐区的分路死区；并实现了对拍频干扰的有效防护；同时提高了机械绝缘节轨道电路的传输长度；可有效满足我国长站间隔及低道碴电阻轨道电路的需求；可有效提高轨道列车的行使安全。整个系统是在UM71型的无绝缘轨道电路整体结构基础之上而形成的，具有丰富的功能。
ZPW-2000A移频信号结构如下图1所示。在该图中，低频调制信号输出高电位时，载频f0则向上偏移，即f0+Δf，也就是fh，称之为上边频；反之，低频调制信号输出低电位时，载频f0则向下偏移，即f0-Δf，也就是f1，称之为下边频。两者频率切换出的单位时间变化次数及低频调制信号的频率则是相等的。而ZPW-2000A移频信号的频谱则有以下特征：调制系数与频谱中的载频分量呈现反比关系，即调制系数较大时，频谱中载频分量降低；信号的抗干扰能力与载频呈现正相关；频谱中的峰值即信号的载频。
二、单芯片的ZPW-2000A型铁路移频信号检测系统设计
要想设计完整的移頻信号检测系统则需要有完善的硬件系统及软件系统，而硬件系统的设计应实现应用的目的，无论是哪一种系统，都应有较好的系统。下面就对硬件系统及软件系统给予综合分析。
1、硬件设计。移频信号检测系统的硬件主要包括存储设备、带触摸屏，且存储设备为SD卡，带触摸屏为LCD，且整个系统为USB设备，而PC为上位机，并拥有电池充电的能力。该系统功能图如下图2所示。该系统所采用的单芯片为S3C2440A处理器，可实现较多功能，加上拥有强大的计算能力，可完成所有的控制、计算功能。在这里主要阐述的是电源模块，该模块的设计主要是建立在手持设备的条件之上，并采用的是效率高功耗低的芯片。并在该系统中所需要的电压有两种，即供电电压为1.2V，外部芯片电压为3.3V。本次系统所需要的电源为锂电池，且输入电压是3.7V。该电池拥有较长的使用寿命、较高的额定电压及其较低的自放电率。此外，在本次硬件设计中不仅有模拟电路，而且还有其他典型的数模混合电路，包括微小的弱电信号、数字电路等。由于电路在设计过程中可能受到其他电压的影响，使得对系统信号有着干扰性，有可能造成信号的错误性。为了有效解决这一问题，仅仅依靠设计图是不可行的，还需要对电路的抗干扰性给予综合性设计，包括元件、印制板、电源去耦及公共地线。
2、软件设计。传统的嵌入式产品较多都不需要操作系统，而本次铁路移频率信号检测系统中则是采用较为简单的循环控制系统，该系统具有重要作用。当前伴随着系统越来越复杂，所利用的范围也就越来越广泛，并不是每一项所添加的新功能都能够从头进行设计。因此，这种设计仅仅能够增加系统的复杂性。当前，嵌入式操作系统的引入有效解决长期存在的问题，所应用的程序也就越来越大，并对程序档案的管理提供了较新的解决方法，有着较高的移植性，最终可有效提高知识的创新率。本次系统采用的源码开放的免费嵌入式系统，有嵌入式系统的所有功能，且短小精悍，可获得较高的执行率。在μC/OS-Ⅱ网站上找到较为全面的移植范例，当然，在实际应用中还需要对此进行相应的修改。其硬件及软件结构下图3所示。对于移频信号数据的采集中较为重要的是移频信号的计算，而计算中重要的为采样，通过自带的8通道10位而实现数据采集，该系统的采样点即8192点，且采样率为8192Hz，采样率的实现方法主要有DMA、定时采样及其轮询，对这三种手段给予综合比较，得到定时采样是最为适用的方法。
三、结束语
总而言之，要想促进铁路事业的全面发展，则应跟进时代潮流，充分利用数字信号处理技术。本文提出了单芯片的ZPW-2000A的移频信号检测方案，从硬件及软件两大方面给予设计，旨在为我国今后铁路发展制定统一信号检测系统，保证铁路行车的安全性。为今后的一段时间内，应对铁路移频信号的检测系统给予进一步研究，更新技术，研究出更可靠、安全的检测系统，提高铁路行驶的安全性。
参考文献：
[1]杨帆.基于单芯片ARM的移频接收综合采集系统[D].北京交通大学，2010
[2]张丽.单片机在发送器中的软件设计[J].科技信息，2013，（7）：97，114
[3]李积英，何涛.微处理器技术在移频电码化装置中的应用研究[J].铁路通信信号工程技术，2009，6（1）：17-19