基于ZYNQ的高性能地铁杂散电流监测系统研制

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文基于ZYNQ的高性能地铁杂散电流监测系统研制学位申请人：夏孟显学科专业：交通信息工程及控制指导教师：陈剑云教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中

2、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论

3、文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________摘要基于ZYNQ的高性能地铁杂散电流监测系统研制摘要地铁杂散电流的后期防护措施主要依赖于监测系统，高性能的监测系统不仅需要能够实时监测现场数据；还必须能够分析出杂散电流信号特征，为杂散电流的进一步治理提供有利的数据支撑。由于地铁杂散电流信号的微弱性，间断性等特征存在，且现有的间接测量方法存在采样率低、噪声高、信号量少等问题，使其难以被完整地、精确地监测到。而随着电子技术、通

4、信技术、信号处理技术等高速发展，为高性能的杂散电流智能监测系统研制奠定了基础。本文主要工作在于研制一套高性能地铁杂散电流监测系统的原型机。首先对地铁杂散电流的腐蚀原理、危害及其防护措施进行说明，根据杂散电流的特征和监测系统的功能需求，分析出高性能地铁杂散电流监测系统的总体方案——基于ZYNQ的高性能地铁杂散电流监测系统。ZYNQ是一款全可编程芯片，集成了ARMCortex-A系列硬核部分和Xilinx7系列FPGA可编程逻辑部分，能够有效地加速嵌入式系统的设计。基于ZYNQ的高性能地铁杂散电流监测

5、系统主要由智能传感器单元、站控主单元两部分构成，是一套面向城市轨道交通系统的多功能电气设备。本文着重介绍基于ZYNQ的杂散电流传感器单元、基于ZYNQ的站控主单元两部分的软硬件设计。基于ZYNQ的杂散电流智能传感器单元用于采集现场数据，利用RS485接口与站控主单元完成通信，在收到站控主单元的召唤报文后迅速将相关数据上传；同时低噪声的多分辨率采集系统能够为现场监测提供低分辨率数据流，为杂散电流信号特征分析提供高分辨率数据流。其中，基于FPGA部分完成XADC数据流的硬件采集、硬件传输、硬件分析等过

6、程；基于ARM部分实现数据的管理及控制。基于ZYNQ的站控主单元采用嵌入式Linux系统进行多任务管理，通过RS485接口召取现场多个传感器节点的数据，并利用网口与调度中心进行通信，一方面接收调度主站的命令，另一方面向主站上报信息；同时设计了GUI界面，用来历史数据查询与显示。最后，利用Discovery2模拟现场数据，PC机模拟调度主站系统，对杂散电流智能传感器单元及站控主单元进行功能测试。实验结果表明，基于ZYNQ的杂散电流监测系统能够实现数据的低噪声、多分辨率采集，为现场数据监测提供低分辨率

7、数据流，为杂散电流信号特征分析提供高分辨率数据流；同时能够实现现场数据的传输及GUI显示、查询，并完成与调度中心的网络通信。关键词：地铁杂散电流；全可编程芯片；智能传感器单元；多分辨采集系统；站控主单元IAbstractTheDevelopmentandResearchofHighPerformanceMetroStrayCurrentMonitoringsystemBasedonZYNQABSTRACTThepostprotectivemeasuresofmetrostraycurrentmai

8、nlydependonmonitoringsystem.Thehighperformancemonitoringsystemnotonlyneedstobeabletomonitorthefielddatainrealtime,butalsomustimplementtheanalysisofthecharacteristicsofmetrostraycurrentsignaltoprovidefavorabledatasupportforfurtherharness.Duetot