CN102055464A - 一种速度脉冲处理电路及其工作方法 - Google Patents

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本发明公开了一种速度脉冲处理电路及其工作方法，所述的电路包括中央处理单元、分频电路、D触发器电路、脉冲放大电路、光耦隔离电路、继电器电路和电源电路，光耦隔离电路一端分别与A、B两路速度传感器连接，另一端分别与分频电路和D触发器电路连接；中央处理单元分别与继电器电路和分频电路连接，继电器电路还分别与电源电路、脉冲放大电路和制动控制单元BCU连接；分频电路分别与中央处理单元和脉冲放大电路连接。所述的方法包括初始化和控制运行。本发明电路结构简单，运行可靠，既实现了在磁悬浮轨检车时速200公里以上，又解决了变频器与制动控制单元BCU的接口问题，具有推广应用前景。

Description

一种速度脉冲处理电路及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种广泛应用于机车电力牵引逆变器、电机变频控制等逆变控制技术，特别是一种速度脉冲处理电路及其工作方法。
背景技术
电力电子技术的迅速发展极大地推进了变频器的开发和应用。目前，通用变频器在国内外已产品化和系列化，并在电力牵引领域广泛应用。由于中国在大功率交流传动领域起步较晚，至今很多大功率交流传动核心技术还没有完全掌握，而法国阿尔斯通、德国西门子、日本东芝等企业占领了该领域大部分市场。近几年，国内交流传动技术飞速发展，南车集团株洲所已经自主完成了200km/h电力机车“中华之星”的研发，北车集团电力牵引研发中心也自主完成了国内单轴最大功率1600kw高速电力机车的初步研发。在未来几年里，随着国内企业科研实力的不断壮大，大铁路领域的市场必将逐步走向国产化。磁悬浮技术目前掌握较好是日本和德国企业，日本早在几年前就实现了时速581公里磁悬浮列车的研制，国内尚未有企业能够掌握该项技术，目前国内上海兴建的浦东国际机场-浦东龙阳路站的高速磁悬浮列车完全依赖于国外技术引进，进而附属的磁悬浮轨检车也被国外企业垄断，这就大大增加了项目的成本。磁悬浮轨检车技术相对比较简单，完全可以自主研发并形成产业化，大连电力牵引研发中心受上海磁浮研究中心的委托对磁悬浮轨检车的控制系统部分进行自主研发，但现有的轨检车速度脉冲处理电路不能实现磁悬浮轨检车的技术要求，不能解决变频器与制动控制单元BCU的接口问题。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能够实现磁悬浮轨检车时速200公里以上并能解决变频器与制动控制单元BCU的接口问题的速度脉冲处理电路及其工作方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种速度脉冲处理电路，包括中央处理单元、分频电路、D触发器电路、脉冲放大电路、光耦隔离电路、继电器电路和电源电路，所述的光耦隔离电路一端分别与A、B两路速度传感器连接，另一端分别与分频电路和D触发器电路连接；所述的中央处理单元分别与继电器电路和分频电路连接，所述的继电器电路还分别与电源电路、脉冲放大电路和制动控制单元BCU连接；所述的分频电路分别与中央处理单元和脉冲放大电路连接；所述的中央处理单元包括单片机STC12C5410AD，所述的继电器电路包括继电器RY612005，所述的分频电路采用了基于CPLD的数控分频器。
本发明所述的A、B两路速度传感器发出的脉冲电压信号是相位互差90°脉冲电压信号。
本发明所述的电源电路采用带载功能很强的专用电源芯片LM117。
一种速度脉冲处理电路的工作方法，包括以下步骤：
A、程序初始化：上电时，中央处理单元对各个控制寄存器置初值，对运算过程中使用的各个变量分配地址，并设置相应的初值；
B、控制运行：中央处理单元设有4级中断，通过中断的优先等级及中断标志位的设定，完成相应的中断服务程序ISR的功能，在每次中断事件发生之后都将从等待循环中唤醒执行，当中断标记被设置以后，相应的中断服务程序ISR就将被执行；所述的中断服务程序ISR包括频率判断、AD采样和串行通信，所述的频率判断是利用中央处理单元的PCA功能扩展外部中断对速度脉冲频率进行判断：当频率大于设定值时程序进入PCA中断，对IO输出赋相应值用于控制继电器输出状态；所述的串口通信是利用SPI中断完成速度脉冲电路板与上位机之间进行数据通信；所述的AD采样是利用AD中断完成模拟量的实时采集，通过串口通信将数据传输到显示屏上，实现轨检车在运行过程中部分模拟量的实时显示。
本发明所述的模拟量包括温度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明A、B两路速度传感器发出的相位互差90°脉冲电压信号，为了提高系统抗干扰性能及必要的电平转换，在该处用光耦隔离电路对速度脉冲信号进行隔离处理，并将隔离前的高电压脉冲信号转换为低电压脉冲信号，以适应后续处理电路的电平匹配。经光耦隔离电路转换后的相位互差90°脉冲电压信号用D触发器电路对其进行处理，可以判断出轨检车前进及倒车的运行状况。由于速度传感器所发脉冲信号频率很高，制动控制单元BCU很难符合要求，因此对高频率的速度脉冲信号进行分频处理，在该处用了基于CPLD的数控分频器，可以很容易实现奇、偶高次分频。分频后的速度脉冲信号用MOS管增强其带载能力并转换脉冲电压电平，以适应制动控制单元BCU需求，经MOS管转换后的速度脉冲信号可以适应1A电流负载要求。该电路还用了带载功能很强的专用电源芯片对既有电源进行电平转换，转换后的电平信号符合BCU控制需求并且可以适应1A电流负载要求。
2、本发明以单片机STC12C5410AD作为系统的中央处理单元。STC12C5410AD系列单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，针对电机控制，强干扰场合。
3、本发明利用单片机STC12C5410AD的PCA功能扩展外部中断，对采集到的速度传感器脉冲信号的频率进行判断，当频率高于设定值时，STC12C5410AD的IO口控制继电器RY612005输出一种设定状态，制动控制单元BCU通过继电器的输出状态认定轨检车工作在正常状态，且可以有效地读出速度传感器脉冲信号的实时频率，用于显示轨检车的实时速度；当采集到的速度传感器脉冲信号的频率低于设定值时，STC12C5410AD的IO口控制继电器RY612005输出另一种设定状态，制动控制单元BCU通过继电器的输出状态认定轨检车工作在停车状态或即将停车状态。
4、本发明选用大功率电源芯片及MOS管、RC器件组成的放大输出电路，可以应用于大电流负载电路。
5、本发明电路结构简单，运行可靠，既能实现时速200公里速度脉冲的处理又较好地解决了变频器制动控制单元BCU的接口问题，有一定的市场前景。
附图说明
本发明共有附图两幅，其中：
图1是速度脉冲处理电路的电路结构示意图。
图2是速度脉冲处理电路的工作流程图。
图中，1、中央处理单元，2、分频电路，3、D触发器电路，4、光耦隔离电路，5、继电器电路，6、电源电路，7、脉冲放大电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种速度脉冲处理电路，包括中央处理单元1、分频电路2、D触发器电路3、脉冲放大电路7、光耦隔离电路4、继电器电路5和电源电路6，所述的光耦隔离电路4一端分别与A、B两路速度传感器连接，另一端分别与分频电路2和D触发器电路3连接；所述的中央处理单元1分别与继电器电路5和分频电路2连接，所述的继电器电路5还分别与电源电路6、脉冲放大电路7和制动控制单元BCU连接；所述的分频电路2分别与中央处理单元1和脉冲放大电路7连接；所述的中央处理单元1包括单片机STC12C5410AD，所述的继电器电路5包括继电器RY612005，所述的分频电路2采用了基于CPLD的数控分频器。所述的A、B两路速度传感器发出的脉冲电压信号是相位互差90°脉冲电压信号。所述的电源电路6采用带载功能很强的专用电源芯片LM117。
如图1-2所示，一种速度脉冲处理电路的工作方法，包括以下步骤：
A、程序初始化：上电时，中央处理单元1对各个控制寄存器置初值，对运算过程中使用的各个变量分配地址，并设置相应的初值；
B、控制运行：中央处理单元1设有4级中断，通过中断的优先等级及中断标志位的设定，完成相应的中断服务程序ISR的功能，在每次中断事件发生之后都将从等待循环中唤醒执行，当中断标记被设置以后，相应的中断服务程序ISR就将被执行；所述的中断服务程序ISR包括频率判断、AD采样和串行通信，所述的频率判断是利用中央处理单元1的PCA功能扩展外部中断对速度脉冲频率进行判断：当频率大于设定值时程序进入PCA中断，对IO输出赋相应值用于控制继电器输出状态；所述的串口通信是利用SPI中断完成速度脉冲电路板与上位机之间进行数据通信；所述的AD采样是利用AD中断完成模拟量的实时采集，通过串口通信将数据传输到显示屏上，实现轨检车在运行过程中部分模拟量的实时显示。
本发明所述的模拟量包括温度。
本发明的具体工作原理如下：
用单片机STC12C5410AD对光耦隔离及分频后的速度脉冲信号频率进行判断，当频率高于软件的设定值时，单片机IO管脚控制继电器输出状态A2，制动控制单元BCU通过继电器输出的状态A2可以判断轨检车工作在正常状态，并可以根据所接收速度脉冲信号的频率读出轨检车的实时速度，将数据传到显示屏上用于实时速度的检测。当频率低于软件的设定值时，单片机IO管脚控制继电器输出状态vcc3，制动控制单元BCU通过继电器输出的状态vcc3可以判断轨检车即将停车或已经停车，并将该指令传送到中央控制单元，用于停车后的指令处理。

Claims (5)

1.一种速度脉冲处理电路，其特征在于：包括中央处理单元(1)、分频电路(2)、D触发器电路(3)、脉冲放大电路(7)、光耦隔离电路(4)、继电器电路(5)和电源电路(6)，所述的光耦隔离电路(4)一端分别与A、B两路速度传感器连接，另一端分别与分频电路(2)和D触发器电路(3)连接；所述的中央处理单元(1)分别与继电器电路(5)和分频电路(2)连接，所述的继电器电路(5)还分别与电源电路(6)、脉冲放大电路(7)和制动控制单元BCU连接；所述的分频电路(2)分别与中央处理单元(1)和脉冲放大电路(7)连接；所述的中央处理单元(1)包括单片机STC12C5410AD，所述的继电器电路(5)包括继电器RY612005，所述的分频电路(2)采用了基于CPLD的数控分频器。
2.根据权利要求1所述的一种速度脉冲处理电路，其特征在于：所述的A、B两路速度传感器发出的脉冲电压信号是相位互差90°脉冲电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种速度脉冲处理电路，其特征在于：所述的电源电路(6)采用带载功能很强的专用电源芯片LM117。
4.一种速度脉冲处理电路的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、程序初始化：上电时，中央处理单元(1)对各个控制寄存器置初值，对运算过程中使用的各个变量分配地址，并设置相应的初值；
B、控制运行：中央处理单元(1)设有4级中断，通过中断的优先等级及中断标志位的设定，完成相应的中断服务程序ISR的功能，在每次中断事件发生之后都将从等待循环中唤醒执行，当中断标记被设置以后，相应的中断服务程序ISR就将被执行；所述的中断服务程序ISR包括频率判断、AD采样和串行通信，所述的频率判断是利用中央处理单元(1)的PCA功能扩展外部中断对速度脉冲频率进行判断：当频率大于设定值时程序进入PCA中断，对IO输出赋相应值用于控制继电器输出状态；所述的串口通信是利用SPI中断完成速度脉冲电路板与上位机之间进行数据通信；所述的AD采样是利用AD中断完成模拟量的实时采集，通过串口通信将数据传输到显示屏上，实现轨检车在运行过程中部分模拟量的实时显示。
5.根据权利要求4所述的一种速度脉冲处理电路的工作方法，其特征在于：所述的模拟量包括温度。
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