哈尔滨铁路局哈尔滨电务段车载技术科 黑龙江 哈尔滨 150000
摘要：介绍了DSP技术以及DSP技术在微型发码器中的应用，并与其它技术的微型发码器进行对比。
关键词：DSP技术；直接数字频率合成技术（DDS）；FPGA（现场可编程门阵列）；可扩展性。
一、概述
1.1、微型发码器
随着高铁的投入使用，铁路运输对于运输的速度、安全程度等有了越来越高的要求。为保障铁路运输的安全可靠性，对于保障列车安全行车设备的检测尤为重要。微型发码器是一种便携式检测设备，用于检测机车信号、列车监控等车载设备，克服了机车必须入库才能检测的困难，能够随时随地对机车进行检测。其发出各种制式的信号，通过发码线圈缠绕到机车感应器上，模拟机车行进过程中接收到的地面信号以检测整个机车信号、监控设备的工作状况，能够发出高铁专用的ZPW-2000的L2、L3、L4、L5灯，完全适用于高铁车载设备的检测。使用超低温电池供电，体积小、重量轻，非常方便检测人员随身携带使用。超低温液晶显示屏，工作温度范围宽，适合南北方各地区使用。目前，微型发码器在哈尔滨铁路局各电务段广泛应用，其中包括高铁检测。
1.2、DSP技术
DSP技术就是数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)。随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并迅速发展。并且已经在各领域得到极为广泛应用。DSP技术是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等进行高速实时处理，以得到符合人们需要的信号形式，处理速度是其它技术的10~50倍。DSP技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。
DSP技术目前已广泛应用于语音处理、图形图像处理、军事科技、仪器仪表、自动控制、医疗民生等领域，其接口及编程方便，稳定性和可重复性好，精度高、速度快、集成方便，对特殊数据的处理能够做到实时、高速、信息无失真处理等优点。
二、DSP技术在微型发码器中的应用
2.1、微型发码器系统结构
微型发码器由发码器、发码线圈、充电器三部分组成。
微型发码器用于检测人员随身携带，可通过键盘操作配置发码参数，如发码方式、制式、信息、载频等信息。所发出的信号制式基本涵盖了我国当前铁路的所有信号制式，包括ZPW-2000（含用于高铁的L2、L3、L4、L5灯）、UM71、移频18信息（兼容4信息）、交流计数（25周A、25周B、50周A、50周B、75周A、75周B）、极频等。
微型发码器连接发码线圈，将发码线圈缠绕到机车感应器上，模拟机车运行过程中接收信号状态。为了增大发码信号的强度，同时还要保证发码器的低功耗要求，通过增加发码线圈的变比来实现，即发码线圈的环绕圈数越多相对的放大倍数就越大。当发码器电池欠电时，发码器屏幕上有相应提示，此时应连接充电器进行充电。
2.2、DSP技术的应用
如上图所示，采用DSP技术实现微型发码器只需要采用一片DSP（TI公司的TMS320系列）CPU，基于CPU软件编程实现微型发码器的全部功能。
1、A/D电池管理
DSP的A/D采集端口采集速率高达兆级，用于实时检测电池电压，当采集到的电池剩余电量低于设置值（3.5V）时，即显示欠电指示，提醒检测员及时进行充电。
2、真彩OLED液晶显示
DSP具有多种串行通信接口，用于实现与真彩OLED液晶屏进行数据交互，显示用户发码参数选择界面及发码状态界面。DSP具有双数据缓冲、独立的计算单元，可直接将显示数据发送到液晶屏进行显示，使界面流畅，无停滞等现象。同时避免了像通用单片机开发的微型发码器那样，需要将界面数据固化到FPGA中，需要时再进行调用。
3、键盘操作管理
微型发码器可通过按下按键开启或设定某一功能，如：开关机，选择发码制式、载频、灯光颜色、发码强度及发码模式等信息。
具有自动关机功能，在无任何按钮操作的情况下，发码器将在3分钟后自动关闭，以便降低设备功耗，延长电池的待机使用时间。
当设置成循环发码状态时，发码器将在自动选定的制式、载频下间隔10秒循环发出该制式的各色灯码。此时，在无任何按钮操作的情况下，发码器将在10分钟后自动关闭。
可以通过专用密码进入配置界面，打开或屏蔽一些制式的灯信息，订制出一套适合本车间本工区本检测班组的发码列表，进行自动发码。这样可使得微型发码器发码制式更全面，操作更加灵活。
4、发码管理
通用单片机研发的微型发码器的存储空间有限，运算速度缓慢，无法实现基于单片机的纯软件信号合成，而是采用将信号数据固化到FPGA中，再通过DDS（直接数据频率合成）技术将数据合成为模拟信号，进行发码。DSP技术则是纯软件实现实时计算波形函数，如sin(x)函数，用数字计算结果进行模拟数据输出，用此技术进行发码，使得发码精度更高，稳定性更好，发码精度达到万分之0.5，是通用单片机无法比拟的。
三、应用DSP技术的优势
3.1、系统性能增强
采用DSP技术的微型发码器，无需发码数据与显示数据的固化调用，即可取消FPGA芯片，省去了CPU与FPGA之间的数据交互。整个设备由一片核心CPU实现设备各功能，达到最精简系统。并且在实时信号处理中，DSP技术更具有可程控、可预见性、精度高、稳定性好、运行可靠、易于实现自适应算法等优点，使系统性能增强。
3.2、系统低功耗
微型发码器是便携式设备，采用电池容量为4400mAh的充电电池供电。
DSP系统自带低功耗管理，更加有效的降低设备功耗，延长电池的有效待机时间。电源芯片选用高效率低压差线性稳压器，与高能量电池配合使用，输出3.3V供CPU和功放使用，整机功耗最大时120mA，发码电流大于100mA，经过发码线圈的放大后发码电流最大可达到1A。
3.3、可扩展性
可扩展性是采用DSP技术的又一大优势。当今的电子产品都在不断的更新换代，人们对电子产品的要求也越来越高。在日后的发展变化中，针对微型发码器功能进行扩展变更时，DSP技术要远比其它单片机更具有可操作性。
四、结语
DSP（Digital Signal Processing），是在模拟信号变换数字信号进行高速实时处理的专用处理器。由于DSP具有体积小、功耗低、使用方便、实时处理迅速、处理数据量大、处理精度高、性价比高等优点，将DSP技术广泛的应用到铁路安全运输事业中来是必然趋势。
参考文献
[1]彭启琮 李玉柏 管庆主编，《DSP技术的发展与应用》，高等教育出版社，2007年.
[2]郭峻岭，《基于DSP的信号采集及处理系统的设计与实现》，武汉理工大学，2009年.
论文作者:肖志鑫
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/22
标签：技术论文; 信号论文; 制式论文; 数据论文; 设备论文; 线圈论文; 机车论文; 《防护工程》2017年第18期论文;