基于DSP的铁轨表面裂缝检测系统的设计
铁路轨道裂缝检测方案
铁路轨道裂缝检测方案1. 引言铁路轨道的裂缝是指由于长时间的使用和外界环境的影响，导致铁轨表面出现裂纹或断裂的情况。
裂缝的存在对铁路的安全运行和乘客的出行安全构成了威胁。
因此，开发一种高效准确的铁路轨道裂缝检测方案对于维护铁路的安全和可靠运行至关重要。
2. 目标与要求本文档旨在提出一种铁路轨道裂缝检测方案，主要目标和要求包括：- 检测准确性：能够准确检测出铁路轨道上的裂缝情况，避免漏检和误检。
- 效率高：能够在短时间内对大面积的铁路轨道进行检测，提高检测效率。
- 自动化程度高：能够实现自动化的裂缝检测，减少人力成本和操作难度。
3. 方案描述随着计算机视觉和人工智能技术的发展，使用图像处理和机器研究技术进行铁路轨道裂缝检测已经成为可能。
本方案基于这些技术，具体步骤如下：1. 图像采集：使用装备有高清摄像头的车辆或机械在运行过程中对铁路轨道进行图像采集。
采集的图像应包含轨道的全貌，并保证图像质量的清晰度和真实性。
2. 图像预处理：对采集的图像进行预处理，包括去噪、图像增强和图像校正等步骤。
预处理可以提高后续图像处理的准确性和效率。
4. 裂缝检测系统：将训练好的模型集成到裂缝检测系统中。
系统接收预处理后的图像作为输入，输出图像中裂缝的位置和数量。
可以通过自动标注、热力图或其他方式将裂缝信息直观地展示给用户。
5. 结果评估：根据实际场景的需求，设计合适的评估指标，对检测结果进行评估。
可以使用人工审核或其他可靠的手段对裂缝检测结果进行确认和验证。
4. 总结本文档提出了一种铁路轨道裂缝检测方案，基于计算机视觉和人工智能技术，通过图像采集、预处理、裂缝检测算法和裂缝检测系统实现了铁路轨道裂缝的准确快速检测。
该方案将在保障铁路安全和提高运行效率方面发挥重要作用，希望本文档能为相关领域的研究和实践提供参考和指导。
> 注意：以上方案仅为示例，实际应根据具体情况进行调整和完善。
毕业设计146设计：钢球表面缺陷检测的DSP控制系统
钢球表面缺陷检测的DSP控制系统摘要轴承作为机械设备的关节，在现代工业中扮演着重要角色。
它的精度、运动性能以及使用寿命很大程度上取决于其中钢球的质量。
目前，国内钢球生产厂家大多采用人工目视检查的方法对钢球的表面缺陷进行检验。
这种方法劳动强度大，工作效率低，且易受检查人员技术素质、经验、肉眼分辨能力和疲劳等因素影响，所以迫切需要一种钢球表面缺陷自动检测装置。
本文主要提出了一种基于DSP的钢球表面缺陷检测控制系统的具体实现方案，并对系统的多方面问题进行了具体的研究和探讨。
本文首先简单的讨论了关于钢球检测的工作原理，接着对DSP芯片，步进电机以及直流电机的结构和原理进行了说明，并开发了基于L297/L298芯片的混合式步进电机驱动模块，然后设计出了钢球检测平台的控制系统，画出其电路图，主要包括电源电路、复位电路、与上位接口电路、电机驱动电路、液晶显示电路、按键电路等，并对电路图作了简要的说明，最后编制了C语言控制程序，该程序很好的完成了控制整个系统的任务。
关键词DSP；表面缺陷检测；步进电机；L297/L298Control System of Steel Ball Surface Blemish Detection Instrument Based on DSPAbstractBearing is the key part of mechanical equipments and it playes a very important part in modern industry. Its accuracy, sport function and life longth is decided principally by the quantity of steel ball in bearing. At present, domestic factories for steel balls mostly detect surface blemish of steel ball with manual visual method. This kind of method has heavy labor intensity as well as low work efficiency, and it is usually affected by detect worker’s technical dia thesis, experience, eye’s resolving ability, tiredness and so forth, so automation detect device for steel balls is urgently required.This thesis mainly put forward a kind of practical solution about the control system of steel ball surface blemish detection instrument based on DSP, and studied the relative problems of multi aspects in practice. Firstly, this thesis discussed simply the operation principle concerning the steel ball detection, and accounts for fundamentaly about DSP, the structure and operation principle of the stepper motor and direct current motor. We also designed the drive circuit of the hybrid stepper motor used the chips of L297/L298, and then designed the control system of steel ball surface blemish detection instrument. Secondly, we drew its electric circuit diagram, which included mainly the power supply electric circuit, the reset electric circuit, the interface electric circuit with PC, the motor drive electriccircuit, the LCD electric circuit, the keyboard electric circuit and so on, and then we explain detailedly the circuit diagram. Finally, we design the control program of the detecting system with the C language which is adequate to control the system in this application.Keywords DSP; Surface Defect Detecting; Stepper Motor; L297/L298目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 课题的目的和意义 (1)1.3 机器视觉检测技术的应用 (2)第2章DSP及其在运动控制中的应用 (3)2.1 DSP及其发展概况 (3)2.2 DSP的基本结构和特点 (3)2.2.1 TMS320系列DSP芯片 (3)2.2.2 TMS320LF2407A芯片概述 (4)2.3 DSP在运动控制中的应用.............................................5. 第3章钢球检测控制系统硬件电路设计. (6)3.1 电源电路设计 (6)3.2 复位电路设计 (6)3.3 与上位机的接口电路……………………………..…….……….8.3.4 DSP仿真接口电路设计…………………………..…….………9.3.5 按键电路设计 (10)3.6 液晶显示电路设计 (12)3.7 光耦电路设计 (14)3.8 直流电机驱动电路设计 (15)3.8.1直流电机的工作原理 (15)3.8.2直流电机驱动电路……………………………………..………15.3.8.3 LMD18200芯片驱动电路 (16)第4章步进电机驱动模块开发 (19)4.1 步进惦记概述 (19)4.2 步进电机的特点 (19)4.3步进电机的工作原理 (20)4.4 步进电机驱动控制原理 (21)4.5 步进电机驱动电路设计 (22)第5章控制程序编制与调试 (25)5.1 DSP的开发环境 (25)5.2 C语言控制程序 (25)5.2.1 串口通讯程序 (25)5.2.2 步进电机控制程序 (30)5.3 步进电机运动控制的调试 (33)结论 (35)参考文献 (36)致谢...............................................................;.. (38)第1章绪论1.1课题研究背景轴承作为机械设备的关节，在现代工业中扮演着重要角色。
基于神经网络的钢轨裂纹检测与诊断
基于神经网络的钢轨裂纹检测与诊断随着时代的发展，科技的不断进步，我们的生活越来越受益于科技的发展。
在现代交通工具中，铁路交通由于其高效、安全、舒适等优点，越来越得到人们的关注。
而铁路交通中，铁轨是铁路交通中最基本的配件之一，如何保证铁轨的安全运营，是保证安全和运营的重要因素之一。
但是随着铁路使用时间的增长，铁轨上的裂纹问题也日益严重。
裂纹是由于铁路的长期使用、自然因素、磨损和损耗等诸多原因造成的。
如果裂纹处理不当或延误处理，会给铁路安全带来极大的隐患，严重损害了社会公共利益和个人利益。
因此，为了保证铁路的安全运营，保障人民的生命财产安全，提高交通运输的安全性和可靠性，基于神经网络的钢轨裂纹检测与诊断技术应运而生。
一、钢轨裂纹检测技术介绍钢轨裂纹检测技术是应用在肉眼或放大镜下对铁路钢轨进行检查的过程。
它是铁路运营中的一项重要技术，目的是检测钢轨裂纹情况，确保铁路运营的安全性和可靠性。
早期的钢轨裂纹检测技术主要采用肉眼或放大镜来进行裂纹的检测。
虽然这种方法的精度较高，但是检测速度慢，耗时费力，且操作的繁琐。
随着现代科技的进步，自动化钢轨裂纹检测技术得到了广泛的应用。
二、基于神经网络的钢轨裂纹检测与诊断技术的原理神经网络是模拟人脑神经元之间相互作用的一种模型，它能够从大量的数据中学习规律并进行分类、识别等，被广泛应用于图像、语音、自然语言处理、诊断等领域。
在钢轨裂纹检测和诊断技术中，神经网络模型可以分为三类：BP神经网络、卷积神经网络和循环神经网络。
BP神经网络是一种前馈神经网络，能够通过学习训练接近输入输出的关系，实现模式识别和函数逼近等功能。
对于钢轨裂纹检测领域，可以通过给神经网络输入图像数据，进行训练和学习，提高预测精度、减少误差。
卷积神经网络是一类特殊的神经网络，其设计与常规的神经网络有所不同，主要应用于图像或者文本类数据处理。
它可以对图像进行卷积、池化等操作，提取出图像的特征，并用于图像的分类等任务。
哈尔滨工程大学科技成果——实时在线轮轨疤痕检测平台
哈尔滨工程大学科技成果——实时在线轮轨疤痕检测平台项目概述哈尔滨工程大学研制的基于DSP及嵌入式处理器的轮轨疤痕检测平台在哈尔滨铁路局机务段进行了两年的试应用。
应用以来该检测平台明显提高了对扁疤检测控制的效率、质量和监管水平，有效缓解了由于车轮扁疤引起的事故安全隐患；利用该项成果的数字处理技术可以有效推动铁路安全管理的现代化水平；运用该系统的现代计算机处理和网络技术可为测试人员和检修专业人员提供现代化数据测量手段和可靠的技术保证，大大减轻了检修人员的劳动强度和维修成本。
技术特点1、采用ARM-VxWorks嵌入式处理器控制和高速浮点TMS67xx 系列DSP数据采集与信号处理技术，可在列车快速运行中同时控制完成多路不同信号实时采集和处理，实现了真正意义上的轨道车辆在线实时平轮检测；并可通过网络实现远距离数据传输，满足现代安全实时管理与工程维修的需要。
2、研发出适用于实验室开发环境下的基于ARM和虚拟仪器的多路同步轨道车辆平轮模拟信号源。
该装置可以实现将现场一次性采集的原始数据转换并还原成现场的平轮模拟信号，是实验室环境下快速研制轨道车辆平轮检测系统的必备装置。
对加快我国轨道车辆平轮检测的研发具有非常重要实用价值。
3、基于数据库和TCP/IP协议以及多功能可视化屏幕的平轮实时监测管理等技术，实现了实时测速、平轮定位（即计辆、计轴、计侧）、平轮报警、计时、平轮数据及波形实时显示以及数据库存储与随机查询功能。
4、在轨道车辆平轮信号处理中，将S变换等时频分析方法用于平轮起振点的判决，最大限度地克服邻轮干扰，有效地提高了平轮定位的准确率和高效性；采用S变换与信号短时能量判别方法确定平轮可能存在的范围，提高了检测的抗噪性，降低了算法对幅值的敏感性，有效地减少了漏检、误检率；同时引入位置补偿、速度补偿、重量补偿等算法，有效地提高了平轮定量检测质量、精度、预报警准确性。
技术指标交流电源220v，电气系统及器件选择符合工业标准（室温：5到40℃，室外：-45到60℃，可靠性＞5×104小时），电气系统可维护性（板级维护）小于6分钟，适应车速＞30km/h（实测45km/h），预报级别功能报警级（1.0mm），预报警（0.3mm），平轮探测捕获率＞95%，自动计轴、计辆，计轴误差：不大于3%，计辆误差：不大于1%。
基于DSP的铁轨表面裂缝检测系统的设计
处理。经试验，该系统能准确检测出轨道裂缝位置。
参考文献
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［２］王道宪， ｃＰＬＤ／ＦＰＧＡ可编程逻辑器件应用与开发，北京：国防工业出版社，２００４
理器的Ｉ也ＡＤＹ或ｗＡＩＴ输入。而且Ⅱ盯引脚在转
图２ ＲＤ模式时序图
换完成也会变低，在ｃｓ或Ｉｍ的上升沿恢复高电平。 在ｗＲ．Ｉ①模式，ＡＤ７８２０的引脚６设
置位ｗＲＪＴＥ输入，随着ｃｓ变低，在ｗＲ的下降沿转换开始，并且从转换器读取数据有两种
选择方式。在本系统中采用了ＲＤ模式，其工作时序图如图２所示。
３系统软件设计
在软件设计方面，主要是进行ｃＰＬＤ的设计和ＤｓＰ的编程。ｃＰＬＤ设计包括Ａ／Ｄ转换时序、 地址发生、数据存储和数据缓冲，通过原理图和ＶＨＤＬ语言混合编程来实现。ＤｓＰ主要完成对 采集信号的算法处理，检测出裂缝信号，并进行声光报警和液晶显示。 １．ＣＰＬＤ的设计
万方数据 １０１５
电子测量与仪器学报
本系统ｃＰＬＤ的结构框图如图３所示。Ａ／Ｄ转换器对时序的要求是非常严格的，这部分时序 电路即由ｃＰＬＤ产生，通过延时产生如图２所示的时序状态。当转换结束，ＩＮＴ信号变低，触 发形成地址，并对地址进行锁存，然后将转换结果数据存储在ＲＡＭ中。这样，Ａ／Ｄ的运行和结 果存储都由ｃＰＬＤ完成，无需ｃＰｕ的参与，减少了ｃＰｕ的开支，提高了转换的速度。并且在ｃＰＬＤ 中设计了三态地址锁存器和三态双向数据所存器，保证ｃＰｕ能同时访问ＲＡＭ中的采样数据。
ｃｃＤ
基于DSP的车轮踏面擦伤检测系统.
基于DSP的车轮踏面擦伤检测系统0 引言随着电气化铁路在我国的普及，列车已经进入高速度化时代，车轮踏面的擦伤将严重影响车辆与轨道设施的安全和使用寿命。
实现自动化检测车轮踏面状况迫在眉睫。
随着电子技术的发展，数字信号处理(Digital Signal Processor，DSP)技术取得了巨大的进步，在当今信号处理领域中已占据了主导地位。
擦伤振动检测系统采用振动加速度法进行擦伤检测，利用压电式振动加速度传感器将加速度信号转换成电荷量，再通过电荷放大器将电荷量转换成电压信号值传递给DSP进行处理，使用小波分析对采集数据进行处理，最终显示轮位踏面擦伤状况。
1 系统布局与工作原理振动加速度擦伤检测系统通过检测车轮和铁轨动态接触时发生碰撞产生的振动加速度来判断车轮踏面的状态。
图1为振动加速度法的传感器布局图。
其中，L1，L2，L3，L4，L5及R1，R2，R3，R4，R5为压电式振动加速度传感器，S1，S2为光电开关。
由于压电式振动加速度传感器的输出为电荷信号，可选择使用电荷放大器输出与电荷量成比例的电压信号，在后续的采集电路对此电压信号进行采集与转换时，假设列车从左向右行驶，当车轮行驶到S1处时，光电开关被挡断，产生开启采集数据信号，DSP采集系统对10个传感器输出信号进行采集和存储；当车轮行驶至S2处时，光电开关被挡断，产生停止采集信号，采集系统停止数据采集，保存数据讲行数据处理，显示处理结果。
2 系统硬件设计利用压电式振动加速度传感器对加速度信号进行检测。
采用TI公司的DSP芯片TMS320F2812作为系统核心，使用片内自带的12位16通道A／D转换器对传感器信号进行采集，因此不再需要另加其他A／D转换芯片，只需对相关引脚进行配置并引出通道引脚即可。
扩展RAM存储器用于存储采集数据，同时扩展FLASH存储器用于程序代码的存储；S1，S2光电开关信号作为外部中断送入DSP；与外部主机的通信采用了DSP片内SCI接口实现。
基于超声波的钢轨裂缝检测方法
基于超声波的钢轨裂缝检测方法随着我国铁路向客运高速化、货运重载化方向发展，对轨道结构的完整性提出了更高的要求，铁路运输安全保障工作的重要性越来越高。
钢轨作为轨道结构的基本组成部分，具有承受车轮的巨大压力并将其传递到轨枕上，同时引导机车车辆车轮前进的功能。
钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，还应提供较好的粘着牵引力。
而铁路运营线上如果出现钢轨断裂就有可能造成列车出轨、倾覆等重大行车安全事故。
因此，必须及时检测并发现钢轨中存在的裂缝，确保铁路运输的安全和畅通。
本文提出了一种基于超声导波在钢轨中传导与衰减测量技术的新的断轨检测方法。
该方法采用两端发射超声导波、中央接收的检测方式，此方法不易受到钢轨及道床的电气参数影响，在道床泄漏阻抗小等一些不适合采用轨道电路的区段可以替代轨道电路完成断轨检测功能，并能通过声波回波时间、幅值测定法估测钢轨断裂位置和裂纹大小。
对列车运行时钢轨中声波频谱的特征提取还可以使其具备区间内列车占用检测的功能。
为了阐明该方法的检测机理，本文详细分析了超声导波在钢轨波导管中的传播特性和铁路环境中激励声的特征，然后使用LabviEW编程开发环境设计了超声导波断轨检测仿真程序，完成了用户界面、信号生成、采集、断轨判断与报警、波形保存等各部分程序的编写。
最后在理论分析的基础上，采用仿真平台分别对轨道完整态、列车占用态和断轨态进行仿真，提出了断轨定位及裂纹大小确定方法，为该断轨检测方法的实际应用提供了理论和仿真依据。
1 断轨产生机理及超声导波断轨检测方法的提出1.1断轨产生的机理分析在轨道交通中由于钢轨自身材质的缺陷和受到各种外力的作用使得钢轨折断的现象叫断轨。
最常见断轨原因有两种，一种是当有列车在钢轨上行驶时，钢轨在列车轮对的反复冲击力作用下发生断裂;另一种情况是当轨道空闲时，受外界人为或自然灾害使一段钢轨缺失造成断轨。
断轨发生后如不能及时发现将给铁路运输安全带来极大的威胁，轻者造成列车晚点，重则导致列车颠覆和人员伤亡，因而对断轨检测方法的研究具有重要意义。
钢轨表面缺陷非接触检测系统
文 章编 号： １ ０ ０ ７ ． ９ ４ １ ６ （ ２ ０ １ ６ ） １ ２ ． ０ ０ ９ ０ ． ０ １ ３ ． １图像 预 处 理
１弓 Ｉ 言
伴随着我国铁路和轨道交通产业的快速发展 ， 列车运行的安全 性、 平稳性是 当今运 营部 门务 必确保 的因素。 钢轨表面缺 陷是导致 诸多事故发 生的主要 因素 之一 。 为 了满足 日益 增长的行 车密度需 求、 确保列车运行安 全， 运营 单位必须 采用路的安全运 营对 铁路基础设施可靠性的严格要求 。 钢 轨表 面上的缺陷主要有 ： 裂纹 、 擦伤 、 剥离 、 断裂。
４结 语 本文所设计的钢轨表面缺陷非接触检测车成功实现 了动态检 测功 能， 能够 自动完成行进、 避 障、 检测 ， 实现对采集数据 的智 能化 处理 。 通过安装于检测车上 的无线摄像头 ， 将采 集到 的光 信号 转换 为电信号 ， 以无线传输的方式传回计 算机 进行后续处理。 钢轨表 面 缺陷检测软件基于ｈ ａ 】 ｏ ０ ｎ 软件 ， 通过各类算子实现图像处理功能， 提 取出实际所需要的部分 ， 完成钢轨表面缺陷的检测达到设计 目的 。
应用 研 究
钢轨表面缺陷非接触检测系统
陈铭逸 李 立明 黄建坊
（ 上 海工程技术大学城市轨道交通 学院 上海 ２ ０ １ ６ ２ ０ ）
摘 要： 伴 随着我 国铁 路 和轨道 交通产业 的快速 发展， 列车运行 的安全 性、 平稳 性是 ３下热议 － ＂ 的话题 。 为 了满足 日益增长 的行 车密度 需求 、 确 保列 车运行 安全 ， 运 营单位 必须采 用先进 的技 术手段 来 实现 线路 钢轨表 面缺 陷的高效 检测 。 本文 所设计 的钢轨 表 面缺 陷非接触检 测 系统集 行进 、 避 障、
铁轨表面缺陷的视觉检测与识别算法研究
铁轨表面缺陷的视觉检测与识别算法研究摘要伴随着社会经济的进步与发展，列車速度有了明显提升，同时对铁路安全性提出了严格要求。
但是，铁轨会伴随着时间的延长而受到损耗，例如：结构缺陷、铁轨构件缺陷、表面缺陷，给列车运行带来不便，安全隐患较多。
由此，铁轨表面缺陷的视觉检测与识别算法得到了重视，成为企业重要研究课题。
关键词铁轨；表面缺陷；视觉检测；识别算法现如今，机器视觉技术得到了迅速发展，将其应用在铁轨质量检测中有助于及时发现存在问题。
应用线扫描相机与LED线性光源的光学成像系统，应用均值平均分割与支持向量机展开波纹检验与判断，利用区域生长于主成分分析及时检测裂纹。
1 系统设计基于高速条件下，通过线阵相机与线阵光源的光学成像形式能够生成清楚的铁轨表面图像。
在列车内安装光电编码设备，主要作用为车速测量。
磁盘阵列利用IP以太网与服务器连接，多应用在储存在线检测的海量铁轨图像数据。
图像处理计算机实现铁轨影像的预处理与铁轨表面缺陷检验。
GPS系统可以准确检测到铁轨坐标位置，输入铁路里程数，更正光电传感器获得距离参数。
实际运行过程中，系统上电后，各系统实现初始化，检验人员通过相机形式、曝光时间等参数。
随后，检验列车初始时待检测铁轨段行驶，车轮光电传感器发出脉冲信号，接收到信号后搜集铁轨成像并输送至磁盘阵列内。
计算机提取成像后，缺陷检测程序检验铁轨外层有无的缺陷，结合缺陷类型划分。
工作人员检查初始影像，诊断有无缺陷问题。
随后，储存缺陷数据便于检修人员检修[1]。
2 铁轨表面缺陷检测识别算法2.1 数字图像处理技术图像处理技术指的是计算机对数字图像的研究，其中包含计算速度、传输带宽、储存容量，综合了额计算机、电子、数据等信息技术。
图像处理可以划分成低级、中级、高级。
数字图像文件格式呈现多样化，BMP格式作为标准Windows 图像格式，在Windows条件下图像软件都兼容BMP图像格式。
数字图像处理特别时工业检测时，BMP格式应用较多。
基于超声波的钢轨裂缝检测方法
基于超声波旳钢轨裂缝检测措施伴随我国铁路向客运高速化、货运重载化方向发展，对轨道构造旳完整性提出了更高旳规定，铁路运送安全保障工作旳重要性越来越高。
钢轨作为轨道构造旳基本构成部分，具有承受车轮旳巨大压力并将其传递到轨枕上，同步引导机车车辆车轮前进旳功能。
钢轨必须为车轮提供持续、平顺和阻力最小旳滚动表面，还应提供很好旳粘着牵引力。
而铁路运行线上假如出现钢轨断裂就有也许导致列车出轨、倾覆等重大行车安全事故。
因此，必须及时检测并发现钢轨中存在旳裂缝，保证铁路运送旳安全和畅通。
本文提出了一种基于超声导波在钢轨中传导与衰减测量技术旳新旳断轨检测措施。
该措施采用两端发射超声导波、中央接受旳检测方式，此措施不易受到钢轨及道床旳电气参数影响，在道床泄漏阻抗小等某些不适合采用轨道电路旳区段可以替代轨道电路完毕断轨检测功能，并能通过声波回波时间、幅值测定法估测钢轨断裂位置和裂纹大小。
对列车运行时钢轨中声波频谱旳特性提取还可以使其具有区间内列车占用检测旳功能。
为了阐明该措施旳检测机理，本文详细分析了超声导波在钢轨波导管中旳传播特性和铁路环境中鼓励声旳特性，然后使用LabviEW编程开发环境设计了超声导波断轨检测仿真程序，完毕了顾客界面、信号生成、采集、断轨判断与报警、波形保留等各部分程序旳编写。
最终在理论分析旳基础上，采用仿真平台分别对轨道完整态、列车占用态和断轨态进行仿真，提出了断轨定位及裂纹大小确定措施，为该断轨检测措施旳实际应用提供了理论和仿真根据。
1 断轨产生机理及超声导波断轨检测措施旳提出1.1断轨产生旳机理分析在轨道交通中由于钢轨自身材质旳缺陷和受到多种外力旳作用使得钢轨折断旳现象叫断轨。
最常见断轨原因有两种，一种是当有列车在钢轨上行驶时，钢轨在列车轮对旳反复冲击力作用下发生断裂;另一种状况是当轨道空闲时，受外界人为或自然灾害使一段钢轨缺失导致断轨。
断轨发生后如不能及时发现将给铁路运送安全带来极大旳威胁，轻者导致列车晚点，重则导致列车颠覆和人员伤亡，因而对断轨检测措施旳研究具有重要意义。
基于DSP的金属表面缺陷探测器电路设计
基于DSP的金属表面缺陷探测器电路设计
武漫漫
【期刊名称】《世界有色金属》
【年(卷),期】2016(000)002
【摘要】采用数字信号处理的集成DSP芯片进行金属表面缺陷探测器设计,电路设计主要包括了电源电路、金属表面缺陷探测的主控电路、A/D电路、中断电路等.程序主控电路选择的DSP芯片为ADSP-BF537,通过程序加载和电路集成设计,实现探测器优化设计.上电调试测试结果表明,该探测器的性能较好,抗干扰能力较强.【总页数】2页(P110-111)
【作者】武漫漫
【作者单位】河南职业技术学院电气工程系,河南郑州450046
【正文语种】中文
【中图分类】TN79
【相关文献】
1.基于DSP的轴承外观表面缺陷检测系统 [J], 李南翔;邓四二;王恒迪;颉潭成;党保华
2.基于ITMS技术的炸药/毒品探测器和金属探测器集成的研究 [J], 李才平;邹永星;杨松龄
3.基于DSP的带钢表面缺陷实时检测系统的研究 [J], 韩英莉;颜云辉;李骏;苏卫星
4.基于MPPC探测器的激光脉冲信号读出电路设计 [J], 司可;吴玲玲;梁海锋
5.基于DSP和图像识别的拉索表面缺陷检测技术 [J], 高潮;任可;郭永彩;杨晖
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钢轨表面缺陷非接触检测系统-精选文档
钢轨表面缺陷非接触检测系统1 引言伴随着我国铁路和轨道交通产业的快速发展，列车运行的安全性、平稳性是当今运营部门务必确保的因素。
钢轨表面缺陷是导致诸多事故发生的主要因素之一。
为了满足日益增长的行车密度需求、确保列车运行安全，运营单位必须采用先进的技术手段来实现线路钢轨表面缺陷的高效检测，达到轨道交通与高速铁路的安全运营对铁路基础设施可靠性的严格要求。
钢轨表面上的缺陷主要有：裂纹、擦伤、剥离、断裂。
2 检测车设计整个钢轨表面缺陷非接触检测系统可分为硬件驱动装置和信息处理分析模块。
硬件驱动装置由驱动模块、信息采集模块、障碍物检测模块组成。
如图1所示。
驱动模块：驱动模块为整辆信息采集检测车提供动力。
检测车使用内置蓄电池作为电源，采用两轮驱动、四轮导向的方式固定于一侧轨道上，由嵌入式系统控制行驶。
四个导向轮以滚珠轴承的方式与车体连接，以便更好的夹紧钢轨，保障运行的稳定性。
信息采集模块：信息采集模块是检测车的“视觉中枢”，采集功能通过三个无线摄像?^实现。
三个摄像头分别位于采集车的正前方以及车体的两侧。
位于正前方的摄像头用以观察前方路况，起到运行监控的作用。
位于车体两侧的两个摄像头主要负责采集钢轨表面图像，检查钢轨病害。
采集到的图像通过无线技术传回计算机，达到检测目的。
障碍物检测模块：障碍物检测模块是检测车的自我保护模块，用以实现检测车遇到前方钢轨上有异物无法通过时的制动功能。
该功能不需要人工操控。
传感器发出一个红外信号，如果有障碍物，则接收头就会收到反馈信号，进而采取制动，避免发生碰撞。
3 钢轨表面缺陷算法研究本系统使用halcon软件作为工具完成检测功能，由于摄像头采集图像的不确定性，必须对图像进行滤波、图像增强等处理。
本算法分为图像预处理及图像特征提取两部分。
3.1 图像预处理图像预处理部分包括图像输入、图像增强、图像降噪、钢轨表面定位及分割钢轨背景五个流程。
通过无线信号将采集到的图像传输回计算机并转换为灰度，就完成了图像输入的流程。
基于ARM和DSP的铁路信号测试仪设计(DSP部分)的开题报告
基于ARM和DSP的铁路信号测试仪设计（DSP部分）的开题报告一、选题背景铁路信号测试仪是一种专门用于测试铁路信号系统的设备。
它主要包括信号源、信号输出变换器和信号接收器等组成部分，用于检测铁路信号系统的参数，如信号频率、幅度、相位等。
现有铁路信号测试仪大多采用传统的模拟电路设计，而随着数字信号处理技术的发展，采用数字信号处理技术设计铁路信号测试仪的优势显然，例如信噪比更高、精度更高、易于扩展等。
因此，本项目将以基于ARM和DSP的铁路信号测试仪设计为目标，旨在设计一个高效、精度高、易于扩展的铁路信号测试仪，满足铁路信号系统测试的需要。
二、研究内容本项目主要涉及铁路信号测试仪中的DSP部分，即数字信号处理部分。
此部分主要包括以下研究内容：1. DSP芯片的选型和系统架构设计；2. 数字信号滤波、谱分析和信号处理算法的设计与实现；3. DSP部分与ARM部分的通信协议设计与实现；4. DSP部分硬件电路设计，并进行实际测试；三、研究计划本项目的研究计划分为以下阶段：1. 初期调研和准备工作（1个月），包括现有铁路信号测试仪的研究与分析，所需硬件元器件和软件工具的采购与准备；2. DSP芯片选型和系统架构设计（2个月），包括DSP芯片选型、系统架构设计和硬件电路设计；3. 数字信号处理算法设计与实现（3个月），包括信号滤波、谱分析和信号处理算法的设计和实现；4. DSP部分与ARM部分的通信协议设计与实现（2个月），包括DSP和ARM之间的通信协议设计和实现；5. DSP部分的硬件测试与调试（1个月），包括DSP部分硬件电路的实际测试和调试；6. 总结和撰写论文（1个月），包括总结研究成果、撰写论文和答辩准备。
四、研究意义本项目将采用数字信号处理技术，设计一款高效、精度高、易于扩展的高端铁路信号测试仪，具有以下意义：1. 提高铁路信号测试的精度和效率；2. 推广应用数字信号处理技术，助力数字化铁路建设；3. 推广国产芯片的应用和研发能力；4. 增强我国在智能检测设备领域的研发能力。
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ｈｒ ａ ｓｕｔ ｅ ｔ ｐ ｇ ｍ ｉ ｔｎｉ ｆ ｓ ｔａ ｅ ｏｕｅ ｉ ｔｓ ｅ Ｂ ｅｐｒ ｅｔｔ ａ ｗ ｒ ｔ ｃ ｒ ａｄ ｒ ｒ ｍｎ ｈ ｋ ｇ ｏ ｗ ｒ ａ ｉｒｄｃｄ ｈ ｐｐｒ ｙ ｅｍ ｎ ｈ ｄ ｅ ｕ ｎ ｈ ｏ ａ ｒ ｅ ｇ ｎ ｏ ｆ ｅ ｒ ｎ ｉ ｒ ｔ ｎ ａ ． ｘ ｉ ， ｉ ｅ ｓｓ ｍ ａｃｒｅ ｅａ ｉ ｄ ｐ ｃ ｏ ｓ ｆ ｅ ｋ ａｗ ｙ ｙｔ ｃｎ ｕ ｔｙ ｍｎ ｔ ｌ ｅ ｕ ａ ｃ ｃ ｉｒｌａ． ｅ ａ ｃ ａ ｌ ｘ ｅ ｈ ａ ｆ ｃ ｒ ｎ ｅ ｒ ａ ｉ
ＤＰ Ｓ 芯片ＴＳ２Ｖ５１ｏ 公司的ＤＰ Ｍ３０Ｃ４０ Ｔ Ｉ Ｓ 芯片在基本哈佛结构的 基础上做了 改进，一是允许数
据存放在程序储器中， 并被算术指令直接使用， 增强了芯片的灵活性； 二是指令存储在高速缓 冲器 （ａｈ）中，当执行此指令时，不需要再从存储器中读取指令，可以节约一个周期的时 Ｃｃｅ 间。 Ｍ３０Ｃ４０ ＴＳ２Ｖ５１ 完全可以完成对信号的算法处理。
３系统软件设计
在软件设计方面，主要是进行 ＣＬ ＰＤ的设计和 ＤＰ的编程。ＣＬ 设计包括 ＡＤ Ｓ ＰＤ ／ 转换时序、 地址发生、数据存储和数据缓冲，通过原理图和 ＶＤ 语言混合编程来实现。ＤＰ主要完成对 ＨＬ Ｓ 采集信号的算法处理，检测出裂缝信号，并进行声光报警和液晶显示。
１ ＣＬ 的设计 ． Ｄ Ｐ
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电子 测 量 与仪 器 学报
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对 ＣＬ ＰＤ器件的编程，可以在 Ａｔｒ ＭＸＰＵ Ｉ ｌｅａ ＋ＬＳ Ａ Ｉ开发环境下，运用原理图或超高速集 成电路硬件描述语言 （ＨＬ ＶＤ ）或两者结合起来完成设计。本系统中ＣＬ 设计包括 ＡＤ ＰＤ ／ 转换时 序、地址发生、数据存储和数据锁存，通过原理图和ＶＤ 语言混合编程来实现。 ＨＬ ＡＤ ／ 时序主要运用延时器来实现， 保证满足 Ｒ 模式下 （ Ｄ 如图２ 所示） 对时序的要求。 Ａ ＲＭ
Ａ ｓ ａｔ Ｔ ｅ ｓ ｆ ｅ ｋ ｍｎｔｎ ｔ ｂｓ ｏ ｄ ｉｌ ａｐ ｃｓ ｒ Ｓ） ｄｓ ｎｄＴ ｅ ｔ ｂｔ ｃ： ｒｌ ａ ｃ ｃ ｅａ ｉ ｉ ｓｓ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｎｌ ｅｓ （ Ｐｉ ｅ ｇｅ． ｓｓｍ ｒ ｈ ａ ｕ ｃ ｒ ｘ ａｏ ｙ ｅ ａ ｄ ｉ ａ ｉ ｉ ｒ ａ ｇ ｇ ｒ ｏ Ｄ ｓ ｉ ｏ ｈ ｙｅ
ＡＢ ＤＢ
图１ 系统总体方案框图 １ ．模／ 数转换器 Ａ ７２ Ｄ ８０ 从Ｃ Ｄ得到的模拟信号首先需要转换成数字信号，本系统采用了一种高速的带有跟踪／ Ｃ 保 持功能的 ８ 位模／ （ ／ ）转换器 Ａ ７２，模拟输入电压范围 ＯＳ ，单一＋Ｖ供电，其内 数 ＡＤ Ｄ ８０ －Ｖ Ｓ
部有 ２个 ４ 位的快闪 ＡＤ转换器来获得 ８ ／ 位的转
换 果， 快 换 间 ．ｗ 根 Ｏ Ｅ 结 最 转 时 达１６ 。 据Ｍ Ｄ 引 ３ｓ
脚的电平状态，Ａ ７２ 有两种基本的接口 Ｄ ８０ 模式， ＭＯ Ｅ引脚为低电平时转换器工作在 Ｒ Ｄ Ｄ模式， 高 胭 电平时工作在 ＷＲＲ －Ｄ模式。 在Ｒ Ｄ模式下，当 Ｒ 引脚变低转换开始，Ｒ Ｄ Ｄ 劝Ｙ 、－－－－一 一－－－－Ｊ 一直保持低电平直到输出数据产生。在这种模式 下， Ｄ ８０ Ａ ７２ 的第 ６ 引脚作为输出状态Ｒ Ｙ 它是 Ｄ ， 一个开漏极的输出，需加外部上拉电阻，在 Ｃ 的 Ｄ Ｄ－ －－ 一 （二＞－ Ｓ Ｄ Ｂ－ －－ （ ７－ － ） － － 一 下降沿后变低， 转换结束变高， 它能被用来作为处 理器的Ｒ Ａ Ｙ或Ｗ Ｉ ＥＤ ＡＴ输入。而且 ＩＴ引脚在转 Ｎ 图２ 模式时 Ｒ Ｄ 序图 －Ｄ模式， Ｄ ８０ Ａ ７２ 的引脚 ６ 设 换完成也会变低， Ｃ 或 Ｒ 在 Ｓ Ｄ的上升沿恢复高电平。 在ＷＲＲ 置位 ＷＲＴ 输入，随着 Ｃ 变低，在 ＷＲ的下降沿转换开始，并且从转换器读取数据有两种 ＩＥ Ｓ 选择方式。在本系统中采用了Ｒ Ｄ模式，其工作时序图如图２ 所示。
２系统硬件结构
＊ 基金项目：太原重型机械学院青年科技研究基金 （ 编号：２００）资助项目。 ０３７
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＊
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该铁轨表面裂缝检测系统以电荷祸合器件 Ｃ Ｄ作为图像传感器， Ｃ Ｃ Ｃ Ｄ具有电荷存储和电 荷转移功能， 根据 Ｃ Ｄ的感光特性， Ｃ 将光信号转换为电信号， 再送入高速 ＡＤ转换器转换成 ／
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２ ．复杂可编程逻辑器件ＣＬ ＰＤ
地
数据采集系统往往离不开 ＡＤ ／ 转换电路、数据缓存电路、控制逻辑电路、地址发生器、 电 驱动器等构成的数据采集系统， 址译码器等电路模块，用普通的ＲＭ Ａ 芯片、译码器、缓冲／ 路复杂，芯片繁多，而且硬件固定，在线升级几乎不可能。 ＰＤ的应用，提供了 ＣＬ 一种很好地 解决办法，ＣＬ ＰＤ以逻辑板块编程，即以逻辑宏单元为基础 加上内部的与或阵列和外围的输
数字信号，利用复杂可编程逻辑器件 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ实现数据存储和控制逻辑，然后 Ｄ Ｐ Ｓ 对采集信号 进行算法处理， 判断是否为裂缝， 给出声光报警。 而且系统带有液晶显示屏， 可将处理后的信 号图形显示出来，便于工作人员直接从 Ｌ Ｄ上观测裂缝的深度，准确发现裂缝位置。系统还 Ｃ
带有
与Ｐ Ｃ机的通讯接口，可以将采样数据转存到 Ｐ Ｃ机上对信号作进一步的分析处理。系统总体 方案框图如图 １ 所示。下面对系统的主要模块作详细介绍。Байду номын сангаас
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入／ 输出模块，可以把数据采集电路中的数据缓存、地址发生器、译码控制等电路全部集成进 一片 ＣＬ ＰＤ芯片中。同时，ＣＬ 可由软件实现逻辑重构，而且可实现在系统编程 （Ｓ）以及 ＰＤ ＩＰ 由 众多功能强大的ＥＡ Ｄ 软件的支持，使得系统具有升级容易、开发周期短等优点。本系统中， 对ＡＤ ／ 转换的时序以 及转换结果的存储是采用ＡＴＲ 公司的ＦＥ ＩＫ ＬＥＡ ＬＸ 系列器件ＥＦ０ＩＬ８ Ｏ Ｐ１ ＯＣ４ Ｋ 实现的。 ＬＸ ＦＥ 采用可重构的ＣＯ ＳＡ 单元，其结构集成了实现通用多功能门阵列所需的全 ＭＳ Ｍ Ｒ
有铁锈、 污渍甚至石块等杂物， 而且若裂缝很小， 单靠目 测不易检测出裂隙， 工作难度大， 检 测效率低。 如何能准确方便地检测出轨道裂缝是影响列车行驶的一个重要因素， 为此设计了一 套铁轨表面裂缝检测系统， 该系统以电荷祸合器件Ｃ Ｄ作为图像传感器， Ｃ 摄取轨道表面图像， 采用高速 ＡＤ转换器，利用复杂可编程逻辑器件 Ｃ Ｌ ／ Ｐ Ｄ设计了 双端口 数据锁存电路、地址发 生器等数据采集电路中必不可少的外围电路，还集成了 ＡＤ转换的时序电路，大大减小了系 ／ 统的体积，降低了成本，提高了可靠性。然后 Ｄ Ｐ对采集信号进行算法处理，判断是否为裂 Ｓ 缝，并给出了显示和报警。本文主要介绍了整个系统的硬件结构和软件设计方法。
Ｋ ｙ ｏｄ ： ｎｌ ｃｏ， ， Ｄ Ｄ Ｐ ｅｗ ｒｓ Ｓｇａｄｔ ｔ ｎＣ Ｄ Ｃ Ｌ ， ｉ ｅ ｉ Ｃ Ｐ ｅ Ｓ ．
Ｚ前 言
铁轨由于长期使用， 表面很容易出现裂缝。 一旦发现不及时， 极可能在列车行进中造成轨 道断裂引发事故。 以往的检测都是靠工作人员目 而铁轨暴露在复杂的环境里， 测， 表面总是附
部特性。
本系统 ＰＤ ＣＬ 的结构框图如图３ 所示。 ／ 转换器对时序的要求是非常严格的，这部分时序 ＡＤ 电路即由ＣＬ 产生，通过延时产生如图２ ＰＤ 所示的时序状态。当转换结束，ＩＴ Ｎ 信号变低，触 发形成地址， 并对地址进行锁存， 然后将转换结果数据存储在 ＲＭ 这样， ／ 的运行和结 Ａ 中。 ＡＤ 果存储都由ＣＬ 完成， ＰＤ 无需ＣＵ的参与， Ｐ 减少了ＣＵ的开支， Ｐ 提高了转换的速度。 并且在 ＣＬ ＰＤ
乔建华 毕友明
逻辑，然后Ｄ Ｐ Ｓ 对采集信号进行算法处理，判断是否为裂缝，给出显示和报警。本文主要介绍了整个系统的
硬件结构和软件设计思想。经试验，该系统能准确检测出轨道裂缝位置。
关键词：信号检测 Ｃ Ｄ Ｐ Ｄ Ｓ Ｃ ＣＬ Ｄ Ｐ
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基于 Ｄ Ｐ的铁轨表面裂缝检测系统的设计 Ｓ
（ 太原重型机械学院电子信息分院，太原 ００２） ３０４
摘要：设计了一套基于数字信号处理器 （ Ｓ ）的铁轨表面裂缝检测系统，该系统以电荷祸合器件 Ｃ Ｄ ＤＰ Ｃ 作为图像传感器， 采用高速 ＡＤ转换器进行模／ ／ 数转换， 利用复杂可编程逻辑器件 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ实现数据存储和控制
ｕ ｓ ｒ ｃｕｌ ｄｖ ｅ Ｄ ａ ｉａｅ ｓ ， ｐ ｈ ｈ ｐｅ ＡＤ ｎｅｅ ａｄ ｐ ｘ ｇ ｍ ｉ ｓ ｃａ ｅ ｐ ｄ ｉ （Ｃ ） ｍ ｇ ｓ ｏ ａｏｔ ｉ － ｅｄ ｃ ｖｒｒ ｃｍ ｌ ｐ ｒ ｍｎ ｅ ｈｇ ｏ ｅ ｅｃ Ｃ ｓ ｅ ｒ ｄ ｓ ｓ ｎ ｇ ／ ｏ ｔ ｎ ｏ ｅ ｒ ａ ｏ ｇ ｌ ｉｄｖ ｅ Ｌ ） ｅｌｅ ａ ａｅ ｃｎｏ ｌ ｉ Ｔｅ Ｄ Ｐ ｃｔｅ ｔ ａ ｏ ｔ ｈｎｌｇ ｔ ｏ ｃ ｉ （Ｐ Ｄ ｔｒ ｉ ｄｔｓ ｒ ａｄ ｔｌ ｃ ｈｎ ｅｅｕｖｓ ｌ ｒｈ ａｄｎ ｔ ｈ ｇ ｅｃ Ｃ ｏ ｚ ａ ｔ ｇ ｎ ｏ ｒ ｏ ． Ｓ ｘ ｉ ｈ ｇ ｉｍ ｉ ｏ ａ ｏ ｇ ｅ ｅ
ｃｌｃ ｄ ｎｌ ｊｄｅ ｗ ｅ ｅ ｔ ｓ ｎｌａ ｔ ｃ ｃ ｓ ｎｌｏ ｎｔａｄ ｅ ｄ ｐ ｙ ａ ｒ ． ｗ ｏ ｏｅｔ ｓ ａ ， ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｒ ｈ ｒ ｋ ａ ｒ ， ｇ ｓ ｌ ａｄ ｍ Ｔ ｅ ｌ ｌ ｅ ｉ ｓ ｕｇ ｈ ｈ ｈ ｇ ｓ ｅ ｇ ｅ ｅ ａ ｉ ｓ ｏ ｎ ｉ ｉ ａ ｎ ｌ ｇ ｖ ｓ ａ ｈ ｈｅ
存储器模块采用原理图 计「 容量为８ 字 所以 设 ３ ］ ， Ｋ 节， 地址发生 器通过１位计数器产生， ３ 为了