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基于FPGA的轨道几状态检测系统研究与设计
| 论文题名： | 基于FPGA的轨道几状态检测系统研究与设计 |
| 关键词： | 列车轨道;几何状态;检测系统;功能测试 |
| 摘要： | 轨道的高平顺性是实现列车高速运行的基本条件，对列车的运行品质具有重要影响。目前，铁路轨道几何状态检测仪器是高速铁路和客运专线轨道定位和运营维护的关键设备。论文在分析国内外相关研究现状的基础上，围绕传统轨道几何状态检测仪器硬件架构和FPGA现场可编程逻辑器件技术进行相关研究，提出了基于FPGA的新型轨道几何状态检测系统，并对其关键技术进行了研究和设计。探索出轨道几何状态检测系统硬件设计新方法和途径，对轨检设备的更新换代具有重大意义。论文主要研究内容包括: 分析了轨道几何状态检测的原理，确立了检测系统构成。该检测系统由工业平板计算机和上位机软件、全站仪以及嵌入式数据采集系统组成。 研究了FPGA内部结构和传统单片机轨检系统硬件架构。明确了将FPGA作为嵌入式数据采集系统硬件基础的优越性。设计的新型FPGA轨检系统采用Altera公司的一款Cyclone系列芯片作为控制核心，配合外围电路实现对多个数字传感器和模拟传感器数据的高速采集、处理、缓存和发送。这种系统弥补了传统单片机架构轨检系统处理能力不强、硬件分散、可扩展性差、采样频率低等缺陷。 FPGA片内逻辑设计中引入了Wishbone片上总线，设计了基于Wishbone的片内主机和从机的架构，并对自定义、可移植Wishbone总线封装主机和从机进行了设计。对控制主机、传感器从机、通讯从机、存储从机以及功能模块进行顶层、应用层、驱动层三级建模。对FPGA片内设计进行了时序分析和部分优化。时序报告满足预定设计目标。 试制了电路板并进行了检测系统功能测试。系统功能测试表明各项功能都达到了设计要求。新型检测系统处理能力更为强大、功能扩展更为方便、灵活性强、硬件可重构、显著提高采样频率，丰富的硬件资源能同时支持轨迹法和弦测法，具有更佳的现场应用价值。 |
| 作者： | 何永福 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 傅勤毅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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