无绝缘移频自动闭塞系统中采集系统设计

0 引言

随着我国铁路向高速、高密、重载、电气化方向迈进，区间闭塞设备尤其是移频自动闭塞系统得到了迅速的发展，ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统也因此得到了广泛的推广应用。为保证ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统能可靠安全的运行，随移频自动闭塞系统配套，提供了系统维护机，以对系统的运行状态进行全天候监视，方便维护人员及时发现故障，并尽快排除故障，保证安全。本文介绍的采集系统正是为监测ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统维护机的主要设备提供接口。

l ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统简介

ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统分室内设备和室外设备两部分。室内设备包括发送器、功放器、接收器、滤波器、电缆模拟单元、采集系统、防雷单元、系统维护机；室外设备包括匹配单元(PB)、调谐单元(BA)、平衡线圈(SVA)、补偿电容等。系统构成框图见图1，其主要工作方式为：

发送器根据前方闭塞分区执行继电器构成的编码条件，输出相应编码移频信号。先经"N+1"转换、方向电路、红灯转换条件及发送通道设备送至室外电缆，再经轨道匹配单元发送到轨道，并分别向两个方向传输。正向信号经主轨道传送到本区段调谐区的接收侧，并在调谐区发送侧BA处以其对接收信号呈低阻而实现隔离，不再向下一个区段继续传输；反向信号经调谐区传输送至相邻区段的接收侧，同时以调谐区接收侧BA对发送信号呈低阻而实现隔离，不再向相邻区段继续传输。

经主轨道传输的本区段信号和经调谐区传输的邻区段反向信号都送入本区段的接收匹配单元端，再经电缆和通道设备传输，将两种信号送至接收滤波端，由滤波器两路混合分离，分出主轨道信号和调谐区信号这两路输出，分别送至接收器解调、译码，并输出动作执行继电器，控制区间信号灯显示，反映列车占用情况，同时控制后方闭塞分区发送的信息，实现自动控制。

系统轨道电路采用调频方式。载频频率为：1 698．7Hz(1700—1)，1 701．4 Hz(1700—1)，1 998．7 Hz(2000—2)，2 001．4 Hz(2000—1)，2 298．7 Hz(2 300—2)，2 301．4 Hz(1700—1)，2 598．7 Hz(2600—2)，2 601．4 Hz(2600—1)；频偏为±11 Hz；低频调制频率为10．3 Hz，11．4 Hz，12．5 Hz，13．6 Hz．14．7 Hz，15．8 Hz，16．9 Hz，18 Hz，19．1 Hz。20．2 Hz，21．3 Hz，22．4 Hz，23．5 Hz，24．6 Hz，25．7 Hz，26．8 Hz，27．9 Hz，29 Hz，共18个信息。发送器、功放器、接收器、滤波器的工作状态由采集系统实时采集．并上传至系统维护机。

2 系统架构设计

该系统由输入信号处理、主控单元、外部通信接口三大模块组成，系统结构如图2所示。

主要采集ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统的接收器、发送器、功放器等单元设备的电压、电流、低频、载频及继电器状态等数据，并与系统维护机等上位机进行数据通信。如图2所示，采集的模拟量数据包括两路功出电压、八路接入电压、两路功出电流、两路滤入电流等；采集的频率信息包括两路载频信息、六路低频信息等。其中，接入电压及功出电流输入均为毫伏级交流信号；功出电压输入为高压交流信号；发送低频及接收低频输入为交流数字信号；地址编码输入为电平信号；继电器状态输入为数字脉冲信号。

3 C805lF020简介

C8051F020(F020)是美国德州Cygnal公司推出的完全集成混合信号系统级MCU芯片。具有64个数字I／O引脚。其主要特征为：

(1)高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核；

(2)全速、非侵入式的在系统调试接口(片内)；

(3)真正12位100 kS／s的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关；

(4)真正8位500 kS／sADC，带PGA和8通道模拟多路开关；

(5)两个12位DAC，具有可编程数据更新方式；

(6)64 KB可在系统编程的FLASH存储器；

(7)4 352(4 096+256)B的片内RAM；

(8)可寻址64 KB地址空间的外部数据存储器接口；

(9)硬件实现的SPI，SMBus／I2C和两个UART串行接口；

(10)通用的16位定时器；

(11)具有五个捕捉/比较模块的可编程计数器／定时器阵列；

(12)片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。

C8051F020单片机的所有模拟和数字外设均可由用户固件使能／禁止和配置。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新805l固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式(不占用片内资源)、全速的在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停