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轨道移频信号特征频率提取模块的设计与实现
| 论文题名： | 轨道移频信号特征频率提取模块的设计与实现 |
| 关键词： | 轨道移频信号;特征频率提取模块;数据采集 |
| 摘要： | 轨道移频信号是工作人员与铁路之间独有的“语言”，通过这种承载着轨道信息的信号可以判断铁路情况与列车位置，因此，设计一个便携的模块来提取轨道移频信号特征频率对判断轨道中信号参数设置是否正确、保障行车安全具有重要意义。本文以ZPW-2000A型轨道移频信号特征频率提取模块为研究对象，为能够准确、快速的提取出轨道移频信号的中心载频、频偏、低频频率以及电压有效值，提出新的设计方案。 根据模块的功能需求和技术指标，设计了以高性能的STM32H743VIT6为核心的硬件电路，包括保护电路、信号调理电路、信号隔离电路、WIFI通信电路、电源电路以及MCU最小系统电路。由基准电路、量程自动转换电路、滤波电路组成的信号调理电路可将信号电压调整至满足后续ADC采集的电压范围，无需手动选择量程；调理后的信号通过信号隔离电路来消除环路与模块之间或信号传输过程中的干扰；提取的数据结果可通过WIFI通信电路上传，便于查看和保存；模块可由外接电源和电池两种方式供电，设计电池保护电路以保障模块使用安全。模块中所用电阻均采用低成本、低温漂的贴片电阻，在保证温度稳定性的同时，降低了硬件成本。 在Keil5的开发环境下，完成了A/D数据采集、滤波、特征频率提取、WIFI通信功能的程序设计。其中低频频率提取采用带通采样与FFT结合的方法；对于载频和频偏的提取，本文引入了时频分析的方法；电压有效值的提取采用均方根法。为了防止在传输过程中出现数据错误的情况，定义了发送数据的格式。本文还设计并实现了基于TCP协议的PC端和移动端的上位机软件，可实时查看和保存数据。 最后对模块的各部分功能进行了测试，结果表明，低频提取绝对误差小于0.01Hz，载频和频偏提取绝对误差小于0.1Hz，电压有效值提取相对误差小于1％，数据在有效通信范围内可快速、准确的传输。测试结果表明满足技术指标要求，验证了本文轨道移频信号特征频率提取模块设计的合理性和可行性。 |
| 作者： | 景海洋 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 杨明极 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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