基于DSP的車輪踏面擦傷檢測系統

0 引 言
隨著電氣化鐵路在我國的普及，列車已經進入高速度化時代，車輪踏面的擦傷將嚴重影響車輛與軌道設施的安全和使用壽命。實現自動化檢測車輪踏面狀況迫在眉睫。隨著電子技術的發展，數字信號處理(Digital Signal Processor，DSP)技術取得了巨大的進步，在當今信號處理領域中已占據了主導地位。擦傷振動檢測系統采用振動加速度法進行擦傷檢測，利用壓電式振動加速度傳感器將加速度信號轉換成電荷量，再通過電荷放大器將電荷量轉換成電壓信號值傳遞給DSP進行處理，使用小波分析對采集數據進行處理，最終顯示輪位踏面擦傷狀況。

1 系統布局與工作原理
振動加速度擦傷檢測系統通過檢測車輪和鐵軌動態接觸時發生碰撞產生的振動加速度來判斷車輪踏面的狀態。圖1為振動加速度法的傳感器布局圖。其中，L1，L2，L3，L4，L5及R1，R2，R3，R4，R5為壓電式振動加速度傳感器，S1，S2為光電開關。由于壓電式振動加速度傳感器的輸出為電荷信號，可選擇使用電荷放大器輸出與電荷量成比例的電壓信號，在后續的采集電路對此電壓信號進行采集與轉換時，假設列車從左向右行駛，當車輪行駛到S1處時，光電開關被擋斷，產生開啟采集數據信號，DSP采集系統對10個傳感器輸出信號進行采集和存儲；當車輪行駛至S2處時，光電開關被擋斷，產生停止采集信號，采集系統停止數據采集，保存數據講行數據處理，顯示處理結果。

2 系統硬件設計
利用壓電式振動加速度傳感器對加速度信號進行檢測。采用TI公司的DSP芯片TMS320F2812作為系統核心，使用片內自帶的12位16通道A／D轉換器對傳感器信號進行采集，因此不再需要另加其他A／D轉換芯片，只需對相關引腳進行配置并引出通道引腳即可。擴展RAM存儲器用于存儲采集數據，同時擴展FLASH存儲器用于程序代碼的存儲；S1，S2光電開關信號作為外部中斷送入DSP；與外部主機的通信采用了DSP片內SCI接口實現。系統整體結構如圖2所示。

2．1 元件性能介紹
壓電式加速度傳感器采用型號為YD-12，其主要技術參數如下：電荷靈敏度為1～10．99 pC／ms2；測量加速度范圍小于等于2 000 m／s2；電纜電容為135 pF；絕緣電阻為104 MΩ；截止頻率和安裝頻率大于20 kHz。
TMS320F2812是美國TI公司推出的TMS320C28x系列DSP芯片中的一種，該系列芯片是目前國際市場上功能強大的32位定點DSP芯片。它既具有數字信號處理能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于有大批量數據處理的測控場合，如工業自動化控制、電力電子技術應用、智能化儀器儀表及電機、馬達伺服控制系統等。