CN106291318A - 机车控制回路接地检测装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机车的技术领域，尤其涉及一种机车控制回路接地检测装置及其控制方法。该装置包括一个MCU单片机、电源模块、衰减电路、LED指示器、协议转换器和隔离输出。这种机车控制回路接地检测装置的结构简单，可以适用45~120V之间的所有控制回路电压接地及平衡检测。

Description

机车控制回路接地检测装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种接地检测装置，尤其涉及一种机车控制回路接地检测装置及其控制方法。

背景技术

现在常用的机车控制回路电压有74V及110V两种，控制回路电压对地短路可能直接影响行车安全，同时控制回路正负电压对地是否平衡，对机车各电子设备的EMC环境影响也较大，故新车型都安装了控制回路的接地检测装置做相应保护。

现在使用的接地检测装置的原理是利用接地点的压差变化驱动继电器或光藕隔离输出故障信号，电压的比较利用稳压二极管或运算放大器等搭建的比较电路实现，但这种电路对电源的电压要求较高，不同的控制电压需要不同的匹配电路实现检测，通用性差，精度低，输出信息也未量化。

发明内容

本发明旨在解决上述缺陷，提供一种机车控制回路接地检测装置。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种机车控制回路接地检测装置包括一个MCU单片机、电源模块、衰减电路、LED指示器、协议转换器和隔离输出；

电源模块的输入端连接输入信号，输入信号包括控制电源正、控制电源负、接地；

控制电源正对地之间并联接入平衡电阻R1，控制电源负对地之间并联接入平衡电阻R2，平衡电阻R1与平衡电阻R2的阻值设为10K；

电源模块将高电压的控制电源转换为5V低压电源，并且连接MCU单片机；

MCU单片机上连接两个衰减器连接MCU单片机；

MCU单片机上还连接按钮、LED指示器、隔离输出以及协议转换器，协议转换器连接RS485设备；

LED指示器实时显示电压平衡状态，共有8个LED指示灯，从中间往两边排列，分别是数字为4、5的绿色灯，数字为3、6的黄色灯，数字为2、7的橙色灯，数字为1、8的红色灯，LED指示器由MCU单片机的IO口直接驱动，LED指示器采用共阳接法。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述电压衰减电路由运放及电阻组成，其衰减比为1:50。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括该方法包括，首先利用工具确认机车控制电源电压正常，按住按钮后给本接地检测装置通电，当LED指示器两侧的两个LED点亮，则可以松口按钮，当前机车的控制电源电压已被MCU单片机采样，并寄存器至EEROM内；

正常使用后，MCU单片机以100Hz的采样频率采集U0及U1电压数据，经过换算得到真实的电压值，通过平均值滤波算法，得到电压值，实际工作频率10Hz；

当采样到的U0与初次记录的U0相差15%以上时，报电压偏低故障；

当采样到的U0与初次记录的U0相差35%以上时，报电压严重偏低故障；

当U1/U0在 50±5%以内时，LED不亮，无故障输出；

当35%≤U1/U0<45%时，LED指示灯上数字4的点亮，报负端不平衡1级故障；

当25%≤U1/U0<35%时，LED指示灯上数字3、4点亮，报负端不平衡2级故障；

当15%≤U1/U0<25%时，LED指示灯上数字2、3、4点亮，报负端不平衡3级故障；

当U1/U0<15%时，LED指示灯上数字1、2、3、4点亮，报负端不平衡4级故障及负端接地故障；

当55%<U1/U0≤65%时，LED指示灯上数字5点亮，报正端不平衡1级故障；

当65%<U1/U0≤75%时，LED指示灯上数字5、6点亮，报正端不平衡2级故障；

当75%<U1/U0≤85%时，LED指示灯上数字5、6、7点亮，报正端不平衡3级故障；

当U1/U0>85%时，LED指示灯上数字5、6、7、8点亮，报正端不平衡4级故障及正端接地故障；

在报电压严重偏低故障、负端不平衡4级故障及正端不平衡4级故障时，驱动IO输出故障信号。

本发明的有益效果是：这种机车控制回路接地检测装置的结构简单，可以适用45~120V之间的所有控制回路电压接地及平衡检测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明的结构示意图，图中包括一个MCU单片机、电源模块、衰减电路、LED指示器、协议转换器和隔离输出；电源模块的输入端连接输入信号，输入信号包括控制电源正、控制电源负、接地；控制电源正对地之间并联接入平衡电阻R1，控制电源负对地之间并联接入平衡电阻R2，平衡电阻R1与平衡电阻R2的阻值设为10K；电源模块将高电压的控制电源转换为5V低压电源，并且连接MCU单片机；MCU单片机上连接两个衰减器连接MCU单片机；MCU单片机上还连接按钮、LED指示器、隔离输出以及协议转换器，协议转换器连接RS485设备；LED指示器实时显示电压平衡状态，共有8个LED指示灯，从中间往两边排列，分别是数字为4、5的绿色灯，数字为3、6的黄色灯，数字为2、7的橙色灯，数字为1、8的红色灯，LED指示器由MCU单片机的IO口直接驱动，LED指示器采用共阳接法。

整体结构利用MCU单片机做主处理器，通过MCU单片机自带的10位AD通道采样不同测点的电压信号，综合判断后驱动LED指示器显示电压平衡状态，同时通过光藕隔离输出不平衡或接地信号给其他设备，或通过RS485通讯，发送电压及故障信息给其他RS485设备，通讯使用MODBUS-RTU协议；

本装置可以适用45~120V之间的所有控制回路电压接地及平衡检测；

输入信号包括控制电源正、控制电源负、接地（机车外壳）；

控制电源正对地之间并入平衡电阻R1，控制电源负对地之间并入平衡电阻R2，R1与R2的阻值预设为10K，具体值根据各型机车实际情况匹配；

通过一隔离电源模块将高电压的控制电源转换为5V低压电源，给后续电路供电，电源模块输入范围45~120V；

采样电压小于等于120V，而MCU单片机的AD输入电压范围为0~2.56V，故电压采样中间需要加电压衰减电路，衰减电路由运放及电阻组成，衰减比为1:50；

MCU单片机做为主控制器，通过两路10位AD采样衰减后的电压信号U0与U1，U0为控制电源的电压，U1为地对控制电源负的电压，则控制电源正对地的电压U2 = U0-U1，如果MCU单片机自带的基准电压源为2.56V，则U0 = 50×(2.56×AD0/1024) = AD0/8, U1 = 50×(2.56×AD1/1024) = AD1/8；

按钮的作用是初始化电源电压参数，当控制电源回路正常时，按下按钮再上电，MCU单片机会记录下此时的控制电源电压U0做为电压参照参数；

LED指示器实时显示电压平衡状态，共有8个LED指示灯，从中间往两边排列，分别是数字4、5显示的绿色灯、数字3、6显示的黄色灯、数字2、7显示的橙色灯、数字1、8显示的红色灯，用以代表不同的平衡状态，由绿色向红色变化，表示严重程度，LED指示器由MCU的IO口直接驱动，LED指示器采用共阳接法；

本装置也可以输出一路电压不平衡或接地的故障信号，为了增加带载能力，输出通过光耦及MOS管隔离驱动；

本装置还可以输出具体电压数据及故障判断信息以及其他自定义功能，通过RS485接口，使用MODBUS-RTU协议传输，MCU单片机本身自带RS232的串行接口，为了匹配大部分设备使用的RS485接口，通过增加RS232转RS485的协议转换芯片实现。

机车控制回路接地检测装置的控制方法为：

首先利用工具确认机车控制电源电压正常，按住按钮后给本接地检测装置通电，当LED指示器两侧的两个LED点亮，则可以松口按钮，当前机车的控制电源电压已被MCU单片机采样，并将数据寄存至EEROM内；

正常使用后，MCU单片机以100Hz的采样频率采集U0及U1电压数据，经过换算得到真实的电压值，通过平均值滤波算法，得到电压值，实际工作频率10Hz；

当采样到的U0与初次记录的U0相差15%以上时，报电压偏低故障；

当采样到的U0与初次记录的U0相差35%以上时，报电压严重偏低故障；

当U1/U0在 50±5%以内时，LED不亮，无故障输出；

当35%≤U1/U0<45%时，LED指示灯上数字4的点亮，报负端不平衡1级故障；

当25%≤U1/U0<35%时，LED指示灯上数字3、4点亮，报负端不平衡2级故障；

当15%≤U1/U0<25%时，LED指示灯上数字2、3、4点亮，报负端不平衡3级故障；

当U1/U0<15%时，LED指示灯上数字1、2、3、4点亮，报负端不平衡4级故障及负端接地故障；

当55%<U1/U0≤65%时，LED指示灯上数字5点亮，报正端不平衡1级故障；

当65%<U1/U0≤75%时，LED指示灯上数字5、6点亮，报正端不平衡2级故障；

当75%<U1/U0≤85%时，LED指示灯上数字5、6、7点亮，报正端不平衡3级故障；

当U1/U0>85%时，LED指示灯上数字5、6、7、8点亮，报正端不平衡4级故障及正端接地故障；

在报电压严重偏低故障、负端不平衡4级故障及正端不平衡4级故障时，驱动IO输出故障信号。

Claims (3)

1.一种机车控制回路接地检测装置，其特征在于：包括一个MCU单片机、电源模块、衰减电路、LED指示器、协议转换器和隔离输出；

所述电源模块的输入端连接输入信号，输入信号包括控制电源正、控制电源负、接地，控制电源正与控制电源负之间的电压为U0，控制电源负与接地的电压为U1，控制电源正与接地的电压为U2；

所述控制电源正对地之间并联接入平衡电阻R1，控制电源负对地之间并联接入平衡电阻R2，平衡电阻R1与平衡电阻R2的阻值设为10K；

所述电源模块将高电压的控制电源转换为5V低压电源，并且连接MCU单片机；

所述MCU单片机上连接两个衰减器连接MCU单片机；

所述MCU单片机上还连接按钮、LED指示器、隔离输出以及协议转换器，协议转换器连接RS485设备；

所述LED指示器实时显示电压平衡状态，共有8个LED指示灯，从中间往两边排列，分别是数字为4、5的绿色灯，数字为3、6的黄色灯，数字为2、7的橙色灯，数字为1、8的红色灯，LED指示器由MCU单片机的IO口直接驱动，LED指示器采用共阳接法。

2.如权利要求1所述的机车控制回路接地检测装置，其特征在于：所述电压衰减电路由运放及电阻组成，其衰减比为1:50。

3.如权利要求1所述的机车控制回路接地检测装置的控制方法，其特征在于：该方法包括，首先利用工具确认机车控制电源电压正常，按住按钮后给本接地检测装置通电，当LED指示器两侧的两个LED点亮，则可以松口按钮，当前机车的控制电源电压已被MCU单片机采样，并寄存器至EEROM内；

正常使用后，MCU单片机以100Hz的采样频率采集U0及U1电压数据，经过换算得到真实的电压值，通过平均值滤波算法，得到电压值，实际工作频率10Hz；

当采样到的U0与初次记录的U0相差15%以上时，报电压偏低故障；

当采样到的U0与初次记录的U0相差35%以上时，报电压严重偏低故障；

当U1/U0在 50±5%以内时，LED不亮，无故障输出；

当35%≤U1/U0<45%时，LED指示灯上数字4的点亮，报负端不平衡1级故障；

当25%≤U1/U0<35%时，LED指示灯上数字3、4点亮，报负端不平衡2级故障；

当15%≤U1/U0<25%时，LED指示灯上数字2、3、4点亮，报负端不平衡3级故障；

当U1/U0<15%时，LED指示灯上数字1、2、3、4点亮，报负端不平衡4级故障及负端接地故障；

当55%<U1/U0≤65%时，LED指示灯上数字5点亮，报正端不平衡1级故障；

当65%<U1/U0≤75%时，LED指示灯上数字5、6点亮，报正端不平衡2级故障；

当75%<U1/U0≤85%时，LED指示灯上数字5、6、7点亮，报正端不平衡3级故障；

当U1/U0>85%时，LED指示灯上数字5、6、7、8点亮，报正端不平衡4级故障及正端接地故障；

在报电压严重偏低故障、负端不平衡4级故障及正端不平衡4级故障时，驱动IO输出故障信号。