基于MSP430的軌道電路在線測(cè)試儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2．1信號(hào)發(fā)生及驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)
首要問題是激勵(lì)信號(hào)頻率的選定，該儀器選擇的激勵(lì)信號(hào)頻率不能太低，若太低，根據(jù)感抗公式：X_L=2πfL，將使得導(dǎo)軌感抗過小，這樣會(huì)形成補(bǔ)償電容的并聯(lián)效果，使測(cè)量失去意義。同時(shí)頻率也不能選擇太高，由于測(cè)量系統(tǒng)的內(nèi)阻在測(cè)量中起分壓作用，頻率過高將使得輸出電壓過小，影響測(cè)量系統(tǒng)的分辨率。綜合以上兩點(diǎn)并結(jié)合試驗(yàn)，選取的激勵(lì)信號(hào)頻率為10kHz。
本模塊設(shè)計(jì)思想是：對(duì)2MHz晶振的輸出進(jìn)行200分頻后得到穩(wěn)定的10kHz的方波信號(hào)，并將該信號(hào)經(jīng)達(dá)林頓管提高其驅(qū)動(dòng)能力。
2．2信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)
通過測(cè)量探頭采集到的信號(hào)是比較微弱的，因此必須將該信號(hào)經(jīng)放大器進(jìn)行放大。由于鐵路的工作環(huán)境比較惡劣，采集到的信號(hào)不可避免地混入了干擾信號(hào)。在經(jīng)過放大器時(shí)干擾信號(hào)同樣被放大，這將嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。為濾除該噪聲信號(hào)，本測(cè)試儀采用了MAXIM公司開發(fā)的8階連續(xù)時(shí)間有源濾波器MAX274進(jìn)行濾波^[3]。
2．3 鑒頻模塊設(shè)計(jì)
采集到的信號(hào)經(jīng)過零比較器后被送入MCU的TimerA進(jìn)行計(jì)數(shù),從而得到較高頻率的載頻信號(hào)(1 700Hz、2 000Hz、2 300Hz和2 600Hz)的頻率。信號(hào)繼續(xù)經(jīng)低通濾波濾除高頻信號(hào)后，得到的就是低頻調(diào)制信號(hào)的頻率。
2．4 主控芯片和顯示模塊設(shè)計(jì)
考慮到運(yùn)行環(huán)境等因素，最終選擇TI公司生產(chǎn)的高性能、超低功耗16位的單片機(jī)MSP430F147^[4]為主控芯片。MSP430系列器件均為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，運(yùn)行環(huán)境溫度為-40～+85℃，采用RISC結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式和較高的處理速度。MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只需6μs。顯示部分采用的是低功耗，美觀的LCD液晶顯示模塊。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用高效的C語言編程，根據(jù)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由系統(tǒng)初始化、電容容值測(cè)量、鑒頻及人機(jī)交互四個(gè)部分組成。
整個(gè)系統(tǒng)軟件的工作流程如圖2所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析
圖3所示為測(cè)得的容值同響應(yīng)信號(hào)電壓峰-峰值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從圖中可以看出：隨著待測(cè)電容容值的增大，響應(yīng)信號(hào)電壓的峰-峰值逐漸減小。根據(jù)這一對(duì)應(yīng)關(guān)系就可以得到電容的容值。假設(shè)以第一組數(shù)據(jù)為標(biāo)定數(shù)據(jù)，由圖3可知，第二組數(shù)據(jù)最大誤差為35.3－34.1＝1.2μF。由于33μF補(bǔ)償電容的精度一般為10%。即實(shí)際值在29.7μF～36.3μF之間，由此可知，該測(cè)量結(jié)果是比較精確的。鐵路工作人員可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果來確定電容是否需要更換。同時(shí)為減小測(cè)量誤差，可以進(jìn)行多次測(cè)量，取平均值作為標(biāo)定數(shù)據(jù)。

UM71補(bǔ)償電容測(cè)試儀是應(yīng)實(shí)際需要而研制開發(fā)的,實(shí)現(xiàn)了移頻軌道電路參數(shù)的在線測(cè)量，便攜易用，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，排除了由于補(bǔ)償電容離線測(cè)量導(dǎo)致的安全隱患。這種儀表具有直觀顯示電容容值以及傳輸信號(hào)的載頻和調(diào)頻頻率的功能。同時(shí)該測(cè)試儀具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕、便攜性好等優(yōu)點(diǎn)。