CN106814322A - 一种基于wifi的动车组辅助供电系统检测装置 - Google Patents

一种基于wifi的动车组辅助供电系统检测装置 Download PDF

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Abstract

一种基于WIFI的动车组辅助供电系统检测装置，针对动车组辅助供电系统的实时监测问题，以STM32单片机为核心控制器，并基于WIFI技术，对用于检测动车组辅助交直流供电系统电压电流装置进行设计。本发明中的智能采集仪表，可实时测量和采集380动车组三相辅助回路的负载启动和正常工作时的电压与电流数据，测量蓄电池充放电时的电流变化情况，并以无线的方式将数据发送给服务器。本发明使用的电压电流互感器，经过真有效值转换后可进行数据处理，并得到采集的电压和电流，同时将采集的信息通过WIFI无线模块显示到上位机，并通过触摸屏来显示和设定参数。该检测装置为动车组辅助交直流供电系统电压电流的实时监测提供了解决方案。

Description

一种基于 WIFI 的动车组辅助供电系统检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种基于WIFI的动车组辅助供电系统检测装置。
背景技术
近年来，随着动车组速度的不断提高，使高速铁路动车组技术的应用与升级成为我国现在铁路建设急待解决的问题。动车的辅助供电系统作为高速铁路动车组的重要组成部分，不仅担负了牵引电机的作用，还为车内乘客安全和乘坐环境维持系统提供电能。现代高速动车组辅助供电系统是列车运行不可缺少的部分，维护着列车辅助供电，起着第二电源的作用。因此，对动车组辅助供电系统的实时监测非常重要。目前，国内外的动车组辅助供电系统上，还没有参数实时采集并通过无线网络上传至服务器的装置。
WIFI（Wireless Fridelity）技术，即802.11协议。WIFI网络是由AP（Access Point）访问接入点和无线网卡共同组成的无线网络，组网方式较简单，主要的技术优点是无线接入、高速传输以及远距离传输。其中，IEEE802.11a与IEEE802.11g的最高速度可达到54Mbps，在开放性无阻碍区域通讯距离可达305m，在封闭性区域内通讯距离为76～122m，与现有的有线以太网整合方便，组网成本更低。WIFI设备使用频段为2.4～2.4835GHz，次频段为免许可频段，在频率资源上不受限制，因此，成本低廉是WIFI技术的又一优势。通常将ＡＰ称为网络桥接器或访问接入点，将能够搜索到WIFI无线网络的地方称为热点区域，任何一个安装无线网卡的终端进入WIFI覆盖区域均可通过AP高速接入Internet。与目前国内比较普及的802.15.4标准和ZigBee网络相比，WIFI技术更加成熟，在设备互操作上更具明显优势。
发明内容
本发明的目的是针对动车组辅助供电系统的实时监测问题，设计了一种基于WIFI的动车组辅助供电系统检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于WIFI的动车组辅助供电系统检测装置采用主机和从机的模式,由采集模块、处理模块、通信模块等部分构成。从机安装于动车组的辅助供电系统中，主机使用PC机作为服务器，安装于控制室，以供工作人员实时监测电压电流的变化。从机即检测装置上电后WIFI模块直接搜索网络并连接，接入网络后处于定时发送信号状态，主机服务器则时刻处于等待从机检测装置连接状态，检测装置连接上服务器后，服务器定时接收检测装置发送的信息。当检测装置采集到辅助供电系统的交流电流、交流电压、直流电流和直流电压之后，通过WIFI无线模块发送给服务器端，工程师在监控室即可监控到辅助供电系统电压电流的变化状态。
所述的采集模块采用真有效值转换技术，即直接将交流信号的有效值按比例转换成直流信号;交流电压的真有效值是对交流电压进行平方－求平均值－开平方的运算得到，能够精确测量各种电压波形的有效值且不必考虑波形的参数及失真;本方案采用凌特公司的TCL1966真有效值芯片来实现电压电流的真有效值转换。
所述的处理模块主要包括单片机STM32及其外围电路，数据存储，RS-485/USB接口等。
所述的通信模块采用WIFI模块进行无线传输。
本发明的有益效果是：本文基于WIFI技术，对无线模块的动车组辅助供电系统电压电流信息在线实时监测系统进行研究，实现了基于WIFI无线网络的检测与信息传输，是一种低成本、高效率的电压电流在线监测系统。该系统设计功能齐全、操作简单、便于扩展，对动车的发展具有一定的应用和推广价值。由于WIFI局域网有一定的局限性，WIFI网络的覆盖面还不够广，而且模块自身完成AP切换也需要一定的时间，因此，在传输上还不能达到完美的效果。随着WIFI网络的日益普及，如何进行AP的0延时切换将是今后研究的主要问题。
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是系统结构。
图2是系统框图。
图3是ADM2578Ｅ与STM32F103单片机接口。
图4是直流电压测量电路。
图5是电流采集电路。
图6是软件程序图。
具体实施方式
如图1、2所示，基于WIFI的动车组辅助供电系统检测装置采用主机和从机的模式,由采集模块、处理模块、通信模块等部分构成。从机安装于动车组的辅助供电系统中，主机使用PC机作为服务器，安装于控制室，以供工作人员实时监测电压电流的变化。从机即检测装置上电后WIFI模块直接搜索网络并连接，接入网络后处于定时发送信号状态，主机服务器则时刻处于等待从机检测装置连接状态，检测装置连接上服务器后，服务器定时接收检测装置发送的信息。当检测装置采集到辅助供电系统的交流电流、交流电压、直流电流和直流电压之后，通过WIFI无线模块发送给服务器端，工程师在监控室即可监控到辅助供电系统电压电流的变化状态。
如图3所示，处理模块主要包括单片机STM32及其外围电路，数据存储，RS-485/USB接口等, 方案中主控器件单片机使用ARM公司的STM32F103单片机，该单片机性能高、成本与功耗低，为嵌入式应用专门设计的32位ARMCortex-M3内核，拥有128ＫＢ的嵌入式闪存，20KB的SRAM 和丰富的外设，外设包括2个1μs12位的ADC，1个全速的USB（OTG）接口，1个CAN总线接口，3个4M/s的UART，此外，还包括2个18M/s的SPI和2个I2C等。此单片机内部集成了复位电路、低电压检测电路、调压器、精确的RC振荡器等，方便了用户的开发与应用。本系列单片机不仅功能强大，而且功耗相当低，在72MHz的情况下仅消耗36mA（所有外设处于工作状态的条件），相当于0.5MA/MHz，待机时会下降到2μA，该单片机在32位市场上为功耗最低的产品。触摸显示屏主要用来修改参数以及显示所采集的信息，本方案使用的触摸屏采用485通信，485总线是常见的串行总线标准，由于采用了平衡发送和差分接收的方式，所以抑制共模干扰的能力很强。本文采用ADI公司的单电源隔离型485芯片ADM2587E，具有外围电路简单，抑制高共模电压能力强的特点。
如图4所示，传统的测量仪表一般采用平均值转换法来对非正弦波进行测量，这种方法存在着较大的理论误差。为了实现对非正弦波电压电流的精确测量，本文采用真有效值转换技术，即直接将交流信号的有效值按比例转换成直流信号。交流电压的真有效值是对交流电压进行平方－求平均值－开平方的运算得到，能够精确测量各种电压波形的有效值且不必考虑波形的参数及失真。本方案采用凌特公司的LTC1966真有效值芯片来实现电压电流的真有效值转换。电压采集。电压测量采用LEM公司的LV25-P电压传感器。LV25-P具有精度高，线性度好，温漂低，抗干扰能力强，共模抑制比强，反应时间快和频带宽等优点。使用V25-P测量电压时，其原边电流与被测电压的比必须通过外部电阻R来确定，并将其串联在传感器的原边回路上。直流电压的测量电路如图4所示。交流电压采集使用交流电压传感器，采集电路与直流电压测量电路相同。
如图5所示，本方案采用夹钳式电流传感器，此类电流传感器使用方便，在不必断开被测电路的情况下，直接安全地对线路电流进行测试。线路中测量的电流直接进入采集电路。
如图6所示，①无线通信模块采用WIFI模块进行无线传输，当WIFI模块接收并处理完接收数据后，或控制器向WIFI模块传输发送信息时，WIFI模块与控制线之间的通信采用串口通信的方式，WIFI模块每次上电后可自动连接到预设的无线网络及服务器，在自动工作模式下，模块的串口始终工作在透明数据传输状态，因此，传输时把模块看作一条虚拟的串口线，按照使用普通串口的方式进行数据的发送和接收。在此通信方式下，单片机的RXD和TXD端分别与WIFI模块的TXD和RXD端连接，可作为两者之间数据串行传输的通道。②LCD触摸屏模块作为人机交互的接口，不仅承担着将所有采集到的数据及设备的状态实时地显示给用户的功能，而且应让用户直观的看到采集的电压电流，同时可以通过触摸屏进行无线模块工作状态的设置，并使用触摸屏来调整采集数据基准值。③软件设计时为提高系统软件的编程效率和可读性，并考虑软件的调试及以后的可移植性和功能升级，本方案采用C语言和模块化的程序设计。在Keil集成环境中进行编译之后，通过JTAG的方式实现在线调试，该方式大幅度提高了调试效率。软件模块主要包括主程序、通信处理、数据采集及处理和触摸屏显示等。

Claims (4)

1.一种基于WIFI的动车组辅助供电系统检测装置，采用主机和从机的模式,由采集模块、处理模块、通信模块等部分构成；从机安装于动车组的辅助供电系统中，主机使用PC机作为服务器，安装于控制室，以供工作人员实时监测电压电流的变化；从机即检测装置上电后WIFI模块直接搜索网络并连接，接入网络后处于定时发送信号状态，主机服务器则时刻处于等待从机检测装置连接状态，检测装置连接上服务器后，服务器定时接收检测装置发送的信息；当检测装置采集到辅助供电系统的交流电流、交流电压、直流电流和直流电压之后，通过WIFI无线模块发送给服务器端，工程师在监控室即可监控到辅助供电系统电压电流的变化状态。
2.根据权利要求1所述的基于WIFI的动车组辅助供电系统检测装置，其特征是所述的采集模块采用真有效值转换技术，即直接将交流信号的有效值按比例转换成直流信号;交流电压的真有效值是对交流电压进行平方－求平均值－开平方的运算得到，能够精确测量各种电压波形的有效值且不必考虑波形的参数及失真;本方案采用凌特公司的TCL1966真有效值芯片来实现电压电流的真有效值转换。
3.根据权利要求1所述的基于WIFI的动车组辅助供电系统检测装置，其特征是所述的处理模块主要包括单片机STM32及其外围电路，数据存储，RS-485/USB接口等。
4.根据权利要求1所述的基于WIFI的动车组辅助供电系统检测装置，其特征是所述的通信模块采用WIFI模块进行无线传输。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107911159A (zh) * 2017-10-12 2018-04-13 北京电子工程总体研究所 一种基于wifi协议的星载无线容错通讯系统
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