CN103941620A - 一种车辆悬浮控制电路 - Google Patents

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本发明公开了一种车辆悬浮控制电路，该电路的信号处理模块包括电压传感器、电流传感器和悬浮传感器，控制处理模块包括控制板和信号处理板，电压传感器和电流传感器将检测到的电压电流模拟信号采用控制板上的A/D采样模块进行信号采集；悬浮传感器将检测到的间隙与加速度数字信号传输给信号处理板进行信号处理；信号处理板将其处理得到的有效的间隙与加速度数字信号传输给控制板；控制板将电压电流模拟信号和有效的间隙与加速度数字信号进行控制算法处理，得到PWM波控制执行机构运作。通过本发明电流和电压模拟信号处理直接利用信号处理板上的A/D采样，充分利用FPGA芯片的数字系统建模和信号处理功能，简化硬件电路设计及提高设计效率与可靠性。

Description

一种车辆悬浮控制电路
技术领域
本发明涉及车辆悬浮控制技术领域，更具体的说，是涉及一种车辆悬浮控制电路。
背景技术
目前，对于车辆悬浮控制技术，请参阅附图1，为现有技术中车辆悬浮控制电路结构示意图，如图1所示，电压和电流传感器将检测到的电压电流模拟信号传输给信号处理板，电压电流模拟信号经过信号处理器板上的A/D芯片与FPGA芯片转换成电压电流数字信号，而悬浮传感器将检测到的间隙和加速度数字信号经过信号处理板上的FPGA芯片和D/A芯片转换成间隙和加速度模拟信号，再将电压电流数字信号及间隙和加速度模拟信号一方面传输给控制板参与控制算法处理，另一方面通过CAN网传输给调试监控软件，将控制算法处理后输出的PWM波发送到驱动板电路，控制执行机构（悬浮电磁铁）的线圈电流，以调节电磁铁与F轨间的距离，实现车辆悬浮控制。
上述现有车辆悬浮控制电路中的电压电流模拟信号传输设计不仅没有充分利用目前数字信号处理器的片上A/D采样功能，而且需要在信号处理板配置相应的A/D转换芯片，也增加FPGA芯片程序设计难度及设计成本，另外，间隙和加速度数字信号的传输设计不仅需配置相应的D/A和A/D转换芯片，同时为保证模拟信号的实时性需进行模拟调节电路设计，而模拟电路有温漂问题、元器件一致性差和增加后期调试难度等问题，而且间隙和加速度数字信号的运算处理全部在数字信号处理器DSP上完成，增加了DSP运算负担，且也没有充分利用FPGA并行运算能力和信号处理方面的突出优势。
因此，为了充分利用现有FPGA芯片的数字系统建模和信号处理功能，简化硬件电路设计及提高设计效率与可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种车辆悬浮控制电路，以克服现有技术中由于电压电流模拟信号传输设计不仅没有充分利用目前数字信号处理器的片上A/D采样功能，而且需要在信号处理板配置相应的A/D转换芯片，也增加FPGA芯片程序设计难度及设计成本，另外，间隙和加速度数字信号的传输设计不仅需配置相应的D/A和A/D转换芯片，同时为保证模拟信号的实时性需进行模拟调节电路设计，而模拟电路有温漂问题、元器件一致性差和增加后期调试难度等问题，而且间隙和加速度数字信号的运算处理全部在数字信号处理器DSP上完成，增加了DSP运算负担，且也没有充分利用FPGA并行运算能力和信号处理方面的突出优势，从而复杂了硬件电路设计及降低了设计效率与可靠性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种车辆悬浮控制电路，包括信号处理模块、控制处理模块和执行机构，其中，所述信号处理模块包括电压传感器、电流传感器和悬浮传感器，所述控制处理模块包括控制板和信号处理板，
所述电压传感器和所述电流传感器与所述控制板通过信号传输线相连接，所述电压传感器和所述电流传感器将检测到的电压电流模拟信号采用所述控制板上进行信号采集，传输给所述控制板；
所述悬浮传感器与所述信号处理板通过I/O口相连接，所述悬浮传感器将检测到的间隙与加速度数字信号传输给所述信号处理板进行信号处理；
所述信号处理板与所述控制板通过I/O口相连接，将所述信号处理板处理得到的有效的间隙与加速度数字信号传输给所述控制板；
所述控制板与所述执行机构通过I/O口相连接，所述控制板将所述电压电流模拟信号和所述有效的间隙与加速度数字信号进行控制算法处理，得到PWM波控制所述执行机构运作。
优选的，所述控制板上设置有数字信号处理器，所述数字信号处理器采用浮点数字信号处理器。
优选的，所述浮点数字信号处理器型号为TMS320F28335DSP。
优选的，所述信号处理板上设置有FPGA芯片，所述FPGA芯片进行并行运算和信号处理。
优选的，所述悬浮传感器通过RS485通讯方式将所述间隙与加速度数字信号传输给所述信号处理板进行信号处理。
优选的，所述电压传感器为LV25-P/SP25。
优选的，所述电流传感器为LA100-P。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种车辆悬浮控制电路，该电路包括信号处理模块、控制处理模块和执行机构，其中，所述信号处理模块包括电压传感器、电流传感器和悬浮传感器，所述控制处理模块包括控制板和信号处理板，所述电压传感器和所述电流传感器与所述控制板通过信号传输线相连接，所述电压传感器和所述电流传感器将检测到的电压电流模拟信号采用所述控制板上的A/D采样模块进行采集，传输给所述控制板；所述悬浮传感器与所述信号处理板通过I/O口相连接，所述悬浮传感器将检测到的间隙与加速度数字信号传输给所述信号处理板进行信号处理；所述信号处理板与所述控制板通过I/O口相连接，将所述信号处理板处理得到的有效的间隙与加速度数字信号传输给所述控制板；所述控制板与所述执行机构通过I/O口相连接，所述控制板将所述电压电流模拟信号和所述有效的间隙与加速度数字信号进行控制算法处理，得到PWM波控制所述执行机构运作。通过利用本发明的车辆悬浮控制电路，电流和电压模拟信号处理直接利用信号处理板上的A/D采样，充分利用现有FPGA芯片的数字系统建模和信号处理功能，简化硬件电路设计及提高设计效率与可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中车辆悬浮控制电路结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种车辆悬浮控制电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种车辆悬浮控制电路，该电路包括信号处理模块、控制处理模块和执行机构，其中，所述信号处理模块包括电压传感器、电流传感器和悬浮传感器，所述控制处理模块包括控制板和信号处理板，所述电压传感器和所述电流传感器与所述控制板通过信号传输线相连接，所述电压传感器和所述电流传感器将检测到的电压电流模拟信号采用所述控制板上的A/D采样模块进行采集，传输给所述控制板；所述悬浮传感器与所述信号处理板通过I/O口相连接，所述悬浮传感器将检测到的间隙与加速度数字信号传输给所述信号处理板进行信号处理；所述信号处理板与所述控制板通过I/O口相连接，将所述信号处理板处理得到的有效的间隙与加速度数字信号传输给所述控制板；所述控制板与所述执行机构通过I/O口相连接，所述控制板将所述电压电流模拟信号和所述有效的间隙与加速度数字信号进行控制算法处理，得到PWM波控制所述执行机构运作。通过利用本发明的车辆悬浮控制电路，电流和电压模拟信号处理直接利用信号处理板上的A/D采样，充分利用现有FPGA芯片的数字系统建模和信号处理功能，简化硬件电路设计及提高设计效率与可靠性。
请参阅附图2，为本发明实施例公开的一种车辆悬浮控制电路结构示意图。本发明实施例公开了一种车辆悬浮控制电路，该电路包括信号处理模块101、控制处理模块102和执行机构103，其中，所述信号处理模块101包括电压传感器104、电流传感器105和悬浮传感器106，所述控制处理模块102包括控制板107和信号处理板108，所述电压传感器104和所述电流传感器105与所述控制板107通过信号传输线相连接，所述电压传感器104和所述电流传感器105将检测到的电压电流模拟信号采用所述控制板107上的A/D采样模块进行采集传输给所述控制板107；所述悬浮传感器107与所述信号处理板108通过I/O口相连接，所述悬浮传感器107将检测到的间隙与加速度数字信号传输给所述信号处理板108进行信号处理；所述信号处理板108与所述控制板107通过I/O口相连接，将所述信号处理板108处理得到的有效的间隙与加速度数字信号传输给所述控制板107；所述控制板107与所述执行机构103通过I/O口相连接，所述控制板107将所述电压电流模拟信号和所述有效的间隙与加速度数字信号进行控制算法处理，得到PWM波控制所述执行机构103运作。
在本发明的一种车辆悬浮控制电路结构中，充分利用现有FPGA芯片的数字系统建模和信号处理功能，通过在FPGA中进行软件编程设计实现对3路间隙信号和2路加速度信号的处理，其设计方法灵活，也简化了硬件电路设计，提高了设计效率与可靠性。
优选的，所述控制板上设置有数字信号处理器，所述数字信号处理器采用浮点数字信号处理器。
在现有技术中DSP采用的是TMSC28x系列定点数字信号处理器，而本设计是在浮点数字信号处理器基础上研发设计的，得益于浮点运算单元，用户可以快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，简化软件开发，缩短开发周期；充分运用浮点处理器上的片上A/D采样功能，将电压和电流模拟信号转换成数字信号参与控制算法处理，简化电路结构设计，降低开发成本。
优选的，所述浮点数字信号处理器型号为TMS320F28335DSP。
浮点数字信号处理器选用TMS320F28335DSP，该器件与TI公司前代领先数字信号处理器相比，性能平均提升50%，并且与C28x处理器软件兼容；基于设计选用的浮点数字信号处理器，程序设计时采用浮点运算编程，浮点运算比定点运算的动态范围大很多，可以快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，为复杂控制算法的实时处理提供了保证；电压和电流模拟信号采集处理电路直接采用浮点数字信号处理器片上A/D采样模块，得益于浮点运算处理优势，取消了电压和电流模拟信号调节电路，降低开发成本和调试难度；利用浮点DSP进行软件设计滤波电路，简化硬件电路设计，提高控制系统的抗干扰能力。
数字信号处理器采用TMS320F28335DSP，该DSP与C28x处理器软件兼容；浮点运算处理速度大大高于定点运算，为复杂控制算法的实时处理提供了保证。可以快速编写控制算法而无需在处理小数上耗费过多的时间和精力，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。
优选的，所述信号处理板上设置有FPGA芯片，所述FPGA芯片进行并行运算和信号处理。
信号处理板上的FPGA对间隙和加速度数字信号处理后，将有效的间隙和加速度信号通过I/O口传输给控制板上的浮点DSP进行控制算法运算处理，利用FPGA的高速并行运算能力以及在信号处理方面的突出优势，将悬浮间隙和加速度数字信号的处理在FPGA中完成，简化了DSP软件编程，降低DSP运算负担，提高了信号处理速度。
上述采用FPGA和DSP技术的设计，这样设计充分利用目前FPGA和DSP芯片的数字信号处理优势，数字信号传输抗干扰能力强，简化了电路结构设计，降低印刷电路板PCB开发难度，降低研发成本。
优选的，所述悬浮传感器通过RS485通讯方式将所述间隙与加速度数字信号传输给所述信号处理板进行信号处理。
优选的，所述电压传感器为LV25-P/SP25，检测悬浮控制电路工作电压。
优选的，所述电流传感器为LA100-P，检测悬浮电磁铁工作电流。
如图2所示，悬浮传感器将3路间隙与2路加速度数字信号，通过RS485通讯方式传输给信号处理板，利用FPGA的并行运算能力和信号处理方面优势，通过程序处理将间隙与加速度信号的有效值传输给控制板上的浮点DSP，参与控制算法处理，最后通过输出PWM波到驱动板电路，控制执行结构（悬浮电磁铁）的线圈电流，以调节电磁铁与F轨间的距离；同时将电磁铁上的电流与悬浮电压模拟信号实时传输给浮点DSP，经过DSP的片上A/D模块数字采样后，参与控制算法处理。该悬浮控制电路结构通过充分利用浮DSP的浮点运算处理以及FPGA数字信号处理优势，在程序中进行模拟滤波调理电路，降低硬件电路设计难度，节省PCB空间尺寸，降低开发成本。
综上所述：本发明公开了一种车辆悬浮控制电路，该电路包括信号处理模块、控制处理模块和执行机构，其中，所述信号处理模块包括电压传感器、电流传感器和悬浮传感器，所述控制处理模块包括控制板和信号处理板，所述电压传感器和所述电流传感器与所述控制板通过信号传输线相连接，所述电压传感器和所述电流传感器将检测到的电压电流模拟信号采用所述控制板上的A/D采样模块进行采集，传输给所述控制板；所述悬浮传感器与所述信号处理板通过I/O口相连接，所述悬浮传感器将检测到的间隙与加速度数字信号传输给所述信号处理板进行信号处理；所述信号处理板与所述控制板通过I/O口相连接，将所述信号处理板处理得到的有效的间隙与加速度数字信号传输给所述控制板；所述控制板与所述执行机构通过I/O口相连接，所述控制板将所述电压电流模拟信号和所述有效的间隙与加速度数字信号进行控制算法处理，得到PWM波控制所述执行机构运作。通过利用本发明的车辆悬浮控制电路，电流和电压模拟信号处理直接利用信号处理板上的A/D采样，充分利用现有FPGA芯片的数字系统建模和信号处理功能，简化硬件电路设计及提高设计效率与可靠性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种车辆悬浮控制电路，包括信号处理模块、控制处理模块和执行机构，其中，所述信号处理模块包括电压传感器、电流传感器和悬浮传感器，所述控制处理模块包括控制板和信号处理板，其特征在于，
所述电压传感器和所述电流传感器与所述控制板通过信号传输线相连接，所述电压传感器和所述电流传感器将检测到的电压电流模拟信号采用所述控制板上进行信号采集，传输给所述控制板；
所述悬浮传感器与所述信号处理板通过I/O口相连接，所述悬浮传感器将检测到的间隙与加速度数字信号传输给所述信号处理板进行信号处理；
所述信号处理板与所述控制板通过I/O口相连接，将所述信号处理板处理得到的有效的间隙与加速度数字信号传输给所述控制板；
所述控制板与所述执行机构通过I/O口相连接，所述控制板将所述电压电流模拟信号和所述有效的间隙与加速度数字信号进行控制算法处理，得到PWM波控制所述执行机构运作。
2.根据权利要求1所述车辆悬浮控制电路，其特征在于，所述控制板上设置有数字信号处理器，所述数字信号处理器采用浮点数字信号处理器。
3.根据权利要求2所述车辆悬浮控制电路，其特征在于，所述浮点数字信号处理器型号为TMS320F28335DSP。
4.根据权利要求1所述车辆悬浮控制电路，其特征在于，所述信号处理板上设置有FPGA芯片，所述FPGA芯片进行并行运算和信号处理。
5.根据权利要求1所述车辆悬浮控制电路，其特征在于，所述悬浮传感器通过RS485通讯方式将所述间隙与加速度数字信号传输给所述信号处理板进行信号处理。
6.根据权利要求1所述车辆悬浮控制电路，其特征在于，所述电压传感器为LV25-P/SP25。
7.根据权利要求1所述车辆悬浮控制电路，其特征在于，所述电流传感器为LA100-P。
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