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接触网定点监测系统的硬件设计

作　者: 吴剑斌
导　师: 熊列彬
学　校: 西南交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 接触网图像处理监测系统信号完整性
分类号: U225
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着铁路系统的快速发展和列车行车速度的不断提高,行车安全的要求也越来越高。接触网是电气化铁路系统的重要组成部分,工作环境十分恶劣,故障率较高。如果接触网发生故障,其涉及到的铁路干线将受到很大的影响。针对这种情况,本文给出了基于图像处理技术的接触网故障监测系统的设计思路,并对装置的硬件设计做了详细的分析。本课题的主要任务在于给出接触网故障监测系统的总体设计方案,并设计出相关的硬件平台。主要的监测对象包括：接触网腕臂的倾斜度、接触线张力、立杆及接触线现场状态、以及铁路沿线的气象信息。因此论文中给出的设计方案主要借助数字信号处理器(DSP)、AD转换芯片、红外摄像机、倾角传感器、拉力传感器、温度传感器、风向传感器、风速传感器和无线单片机通信模块等器件,来完成对接触线和支柱的状态信息的获取以及沿途气象信息的采集。当传感器采集到的数据达到设定的值,系统则启动红外摄像机,并捕获接触网的状态图像。经过图像处理后,根据图像的相似度来判定接触网故障与否。若相似度低于设定值,则通过通信模块发送监测报文。课题的设计任务根据监测系统需要实现的功能来展开,而本论文的整体思路则以接触网故障监测系统的硬件设计为出发点。文章中以TMS320DM642为核心芯片,在完成最小系统的基础上,利用AM29LV320、MT48LC4M32B、SAA7113H、AD7656、TL16752B等芯片,进行系统外围电路扩展,从而完成存储器扩展、视频解码、图像处理、数据转换及通信方案设计等工作。论文中根据模块化思想,分析了各个模块的原理和具体的功能,并按照器件选型、原理分析、电路设计和硬件调试的顺序展开论述。论文中对整体的原理图进行设计的同时,还进行了PCB设计,介绍了信号完整性的相关理论和HyperLynx仿真工具,并对所设计的PCB进行了相关的仿真。最后,论文根据集成开发环境CCS和DSP的开发过程,分析了系统的调试方法。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-15
  1.1 课题选题背景及研究意义  11-12
  1.2 课题国内外的研究概况  12-13
  1.3 论文主要内容安排  13-15
第2章系统框架及硬件选型分析  15-33
  2.1 监测对象分析  15-17
    2.1.1 接触网基本结构  15
    2.1.2 监测对象量及其特征量  15-17
  2.2 系统总体设计框图  17-20
    2.2.1 设计方案比较  17-19
    2.2.2 系统总体设计框图  19-20
  2.3 TMS320DM642介绍  20-24
    2.3.1 TMS320DM642概述  20-22
    2.3.2 外部存储器接口(EMIF)  22-23
    2.3.3 多通道缓冲串口(McBSP)  23-24
    2.3.4 通用输入输出(GPIO)  24
  2.4 其他主要器件选型及介绍  24-28
    2.4.1 AD7656芯片简介  24-25
    2.4.2 SAA7113H简介  25-26
    2.4.3 红外摄像机  26-27
    2.4.4 拉力传感器  27
    2.4.5 风速、风向传感器  27-28
    2.4.6 温度传感器  28
    2.4.7 倾角传感器  28
  2.5 通信方案设计  28-30
  2.6 系统供电方式分析  30-31
  2.7 监测系统的安装  31-32
  2.8 本章小结  32-33
第3章系统硬件原理详细分析  33-52
  3.1 DSP最小系统设计  33-38
    3.1.1 DM642的时钟设置  33-35
    3.1.2 引导模式选择  35-36
    3.1.3 电源及复位电路设计  36-38
    3.1.4 JTAG接口电路  38
  3.2 外部存储器扩展  38-41
    3.2.1 SDRAM扩展  38-40
    3.2.2 FLASH扩展  40-41
  3.3 图像获取模块设计  41-45
    3.3.1 I~2C总线接口  41-43
    3.3.2 Video Port  43-44
    3.3.3 视频解码电路  44-45
  3.4 AD转换模块设计  45-49
    3.4.1 AD7656的特性分析  45-47
    3.4.2 AD转换电路  47-49
  3.5 串口通信模块设计  49-51
    3.5.1 TL16C752B分析  49
    3.5.2 UART电路设计  49-51
  3.6 本章小结  51-52
第4章信号完整性分析与PCB设计  52-67
  4.1 信号完整性分析  52-54
    4.1.1 信号完整性概述  52-53
    4.1.2 提高信号完整性的方法  53-54
  4.2 信号完整性仿真  54-57
    4.2.1 仿真模型分析  54-56
    4.2.2 仿真工具介绍  56-57
  4.3 PCB设计与调试  57-65
    4.3.1 原理图的信号完整性分析  57-60
    4.3.2 PCB的叠层分析  60-61
    4.3.3 PCB的元件布局  61-63
    4.3.4 PCB的布线分析  63-65
  4.4 本章小结  65-67
第5章开发环境与系统调试  67-72
  5.1 DSP系统开发环境  67-69
    5.1.1 CCS概述  67-68
    5.1.2 DSP开发流程分析  68-69
  5.2 软件调试与应用举例  69-71
  5.3 本章小结  71-72
总结与展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
附录1 整体电路图  78-83
附录2 攻读硕士期间发表的论文  83

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