基于MSP430的軌道電路在線(xiàn)測試儀設計與實(shí)現

2．1信號發(fā)生及驅動(dòng)模塊設計
首要問(wèn)題是激勵信號頻率的選定，該儀器選擇的激勵信號頻率不能太低，若太低，根據感抗公式：X_L=2πfL，將使得導軌感抗過(guò)小，這樣會(huì )形成補償電容的并聯(lián)效果，使測量失去意義。同時(shí)頻率也不能選擇太高，由于測量系統的內阻在測量中起分壓作用，頻率過(guò)高將使得輸出電壓過(guò)小，影響測量系統的分辨率。綜合以上兩點(diǎn)并結合試驗，選取的激勵信號頻率為10kHz。
本模塊設計思想是：對2MHz晶振的輸出進(jìn)行200分頻后得到穩定的10kHz的方波信號，并將該信號經(jīng)達林頓管提高其驅動(dòng)能力。
2．2信號采集模塊設計
通過(guò)測量探頭采集到的信號是比較微弱的，因此必須將該信號經(jīng)放大器進(jìn)行放大。由于鐵路的工作環(huán)境比較惡劣，采集到的信號不可避免地混入了干擾信號。在經(jīng)過(guò)放大器時(shí)干擾信號同樣被放大，這將嚴重影響測量結果。為濾除該噪聲信號，本測試儀采用了MAXIM公司開(kāi)發(fā)的8階連續時(shí)間有源濾波器MAX274進(jìn)行濾波^[3]。
2．3 鑒頻模塊設計
采集到的信號經(jīng)過(guò)零比較器后被送入MCU的TimerA進(jìn)行計數,從而得到較高頻率的載頻信號(1 700Hz、2 000Hz、2 300Hz和2 600Hz)的頻率。信號繼續經(jīng)低通濾波濾除高頻信號后，得到的就是低頻調制信號的頻率。
2．4 主控芯片和顯示模塊設計
考慮到運行環(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MSP430F147^[4]為主控芯片。MSP430系列器件均為工業(yè)級產(chǎn)品，運行環(huán)境溫度為-40～+85℃，采用RISC結構，具有豐富的尋址方式和較高的處理速度。MSP430系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當系統處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請求將它喚醒只需6μs。顯示部分采用的是低功耗，美觀(guān)的LCD液晶顯示模塊。
3 系統軟件設計
本系統軟件設計采用高效的C語(yǔ)言編程，根據系統的硬件構成，系統軟件設計主要由系統初始化、電容容值測量、鑒頻及人機交互四個(gè)部分組成。
整個(gè)系統軟件的工作流程如圖2所示。

4 試驗結果分析
圖3所示為測得的容值同響應信號電壓峰-峰值之間的對應關(guān)系。從圖中可以看出：隨著(zhù)待測電容容值的增大，響應信號電壓的峰-峰值逐漸減小。根據這一對應關(guān)系就可以得到電容的容值。假設以第一組數據為標定數據，由圖3可知，第二組數據最大誤差為35.3－34.1＝1.2μF。由于33μF補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，該測量結果是比較精確的。鐵路工作人員可以根據測量結果來(lái)確定電容是否需要更換。同時(shí)為減小測量誤差，可以進(jìn)行多次測量，取平均值作為標定數據。

UM71補償電容測試儀是應實(shí)際需要而研制開(kāi)發(fā)的,實(shí)現了移頻軌道電路參數的在線(xiàn)測量，便攜易用，降低了員工勞動(dòng)強度，排除了由于補償電容離線(xiàn)測量導致的安全隱患。這種儀表具有直觀(guān)顯示電容容值以及傳輸信號的載頻和調頻頻率的功能。同時(shí)該測試儀具有抗電磁干擾能力強、體積小、重量輕、便攜性好等優(yōu)點(diǎn)。