CN107290648B - 一种用于轨道电路的信号采集传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于轨道电路的信号采集传输装置，所述装置包括：信号采集模块，与轨道电路连接，用于对轨道电路的信号进行采集和采样处理；信号传输模块，与信号采集模块连接，用于将信号采集模块采集的信号传输至外界；供电电源，分别与信号采集模块和信号传输模块连接，用于为信号采集模块和信号传输模块供电。与现有技术相比，本发明具有信号传输精确、信号传输方式多样化以及易于实现等优点。
Description
技术领域
本发明涉及信号采集传输领域，尤其是涉及一种用于轨道电路的信号采集传输装置。
背景技术
室外移频轨道电路测试往往需要电务维护人员携带移频表或示波器等专用工具在现场进行测量，维修效率低，难以实时发现问题，严重时会造成列车晚点，影响列车运营。
专利CN201410453552提出了一种轨道电路信号采集系统，通过信号采集单元、A/D转换模块、DMA传输模块、移频解调模块、存储器和数据传输模块实现对电路信号的采集和传输，然而该系统由于是通过电力载波实现的数据传输，采集传输过程需要对信号进行暂存，并在达到预设值后一并进行移频解调后再进行传输，过程过于复杂，耗时长且多个模块的设立增加了系统成本，不适于普遍推广。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种用于轨道电路的信号采集传输装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于轨道电路的信号采集传输装置，所述装置包括：
信号采集模块，与轨道电路连接，用于对轨道电路的信号进行采集和采样处理；
信号传输模块，与信号采集模块连接，用于将信号采集模块采集的信号传输至外界；
供电电源，分别与信号采集模块和信号传输模块连接，用于为信号采集模块和信号传输模块供电。
所述信号采集模块包括：
信号采集传感器，与轨道电路连接，用于对轨道电路的信号进行采集；
采样电路，与信号采集传感器连接，用于对信号采集传感器采集的信号进行采样；
DSP信号处理器，分别与采样电路和信号传输模块连接，用于对采样电路得到的采样信号进行信号处理。
所述信号采集传感器包括穿心式电流传感器和电压传感器，所述穿心式电流传感器和电压传感器均分别与轨道电流和采样电路连接。
所述采样电路包括AD转换器和多个采样通道，所述采样通道的数量与信号采集传感器的数量相匹配，所述采样通道分别与信号采集传感器和AD转换器连接，所述AD转换器与DSP信号处理器连接。
所述采样通道包括采样电阻、稳压管、同相放大电路和低通滤波器，所述采样电阻与低通滤波器连接，所述稳压管分别与低通滤波器和同相放大电路连接。
所述信号处理包括数据滤波和FSK信号解码。
所述信号传输模块包括：
信号传输单元，用于将信号采集模块采集的信号传输至外界；
信号传输控制单元，分别与信号采集模块和信号传输单元连接，用于控制信号传输单元对信号的收发。
所述信号传输单元包括电力载波传输线、CAN总线或RS485总线。
所述信号传输控制单元包括：
MCU控制器，分别与信号采集模块和信号传输单元连接，用于控制信号传输单元对信号的收发；
拨码开关，与MCU控制器连接，用于切换信号传输单元的传输方式；
数字温度计，与MCU控制器连接，用于向MCU控制器反馈外界温度。
所述装置还包括耦合电路，所述耦合电路与信号传输模块连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提出的信号采集传输装置，首先通过信号采集模块对信号进行采集并进行采样处理，继而通过信号采集模块的DSP信号处理器对采样信号进行进一步处理提取出待检测的信号发送至信号传输模块，根据传输模式的选择，通过信号传输模块中MCU控制器的控制将信号传输至外界，因此在CAN总线和RS485总线进行数据传输时，无需进行暂存即可直接转发，比起对信号进行暂存再一并进行移频解调后传输的方式相比，本发明提出的装置传输耗时短，且模块设置简单，易于实现，便于普遍推广。
(2)信号采集模块包括信号采集传感器、采样电路和DSP信号处理器，通过采样电路和DSP信号处理器的配合，完成对采集信号的有效处理，模块设置简单，易于实现，实用性能强。
(3)信号采集传感器包括穿心式电流传感器和电压传感器，可以对电流和电压信号均进行采集，同时穿心式电流传感器对轨道电路为非直接接触，降低了对被测电路的影响和破坏。
(4)采样电路包括AD转换器和多个采样通道，其中每个采样通道均包含同相放大电路，同相放大电路的设置最大程度的降低了对采样电阻的阻值的影响，提高了采样精度。
(5)信号传输模块包括信号传输单元和信号传输控制单元，其中信号传输单元包括电力载波传输线、CAN总线或RS485总线，在每次使用时只选择其中的一种进行配置，这样一方面保证了信号传输的多样性，可以根据实际情况选择信号传输的方法，适应性强，另一方面也减小了整个信号采集传输装置的体积，降低了装置的制造成本，提高了装置的实用性。
(6)信号传输控制单元包括MCU控制器、拨码开关和数字温度计，通过拨码开关更改MCU控制器的控制状态，从而使MCU控制器与信号传输单元中不同的传输方式相配合，同时数字温度计可以监测环境温度，并将其反馈至MCU控制器。
(7)该信号采集传输装置还包括耦合电路，该耦合电路在信号传输单元为电力载波传输线时与信号传输单元连接，可以实现电力载波信号的收发，并具有防雷、避免信号衰减以及与供电电源进行隔离的功能，保证了信号传输的稳定性。
附图说明
图1为用于轨道电路的信号采集传输装置的结构示意图；
图2为信号传输单元的结构示意图；
其中，1为耦合电路，2为供电电源，3为信号传输单元，4为MCU控制器，5为DSP信号处理器，6为采样电路，7为穿心式电流传感器，8为电压传感器，31为电力载波传输线，32为CAN总线，33为RS485总线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例中提供了一种用于轨道电路的信号采集传输装置，包括：信号采集模块，与轨道电路连接，用于对轨道电路的信号进行采集和采样处理；信号传输模块，与信号采集模块连接，用于将信号采集模块采集的信号传输至外界；供电电源2，分别与信号采集模块和信号传输模块连接，用于为信号采集模块和信号传输模块供电。
其中，信号采集模块包括：信号采集传感器，与轨道电路连接，用于对轨道电路的信号进行采集；采样电路6，与信号采集传感器连接，用于对信号采集传感器采集的信号进行采样；DSP信号处理器5，分别与采样电路6和信号传输模块连接，用于对采样电路6得到的采样信号进行信号处理。信号采集传感器包括穿心式电流传感器7和电压传感器8，穿心式电流传感器7和电压传感器8均分别与轨道电流和采样电路6连接。采样电路6包括AD转换器和多个采样通道，采样通道的数量与信号采集传感器的数量相匹配，采样通道分别与信号采集传感器和AD转换器连接，AD转换器与DSP信号处理器5连接。采样通道包括采样电阻、稳压管、同相放大电路和低通滤波器，所述采样电阻与低通滤波器连接，所述稳压管分别与低通滤波器和同相放大电路连接。信号处理包括数据滤波和FSK信号解码。信号传输模块包括：信号传输单元3，用于将信号采集模块采集的信号传输至外界；信号传输控制单元，分别与信号采集模块和信号传输单元3连接，用于控制信号传输单元3对信号的收发。信号传输单元3包括电力载波传输线31、CAN总线32或RS485总线33。信号传输控制单元包括：MCU控制器4，分别与信号采集模块和信号传输单元3连接，用于控制信号传输单元3对信号的收发；拨码开关，与MCU控制器4连接，用于切换信号传输单元3的传输方式；数字温度计，与MCU控制器4连接，用于向MCU控制器4反馈外界温度。装置还包括耦合电路1，耦合电路1与信号传输模块采用电力载波传输线时与其连接。
根据上述结构实现的信号采集装置的结构如图1所示，下面对图中的各个模块进行描述：首先是采样电路6，本实施例中采样电路6内部有8个通道，每个通道具有5V的稳压管、同相放大电路和低通滤波器，8个通道连接到一个具有8通道DAS，内置16位，双极性输入，同步采样的AD转换器，采用同相运放电路，最大程度减少对电流传感器取样电阻值的影响，由于取样电压≤1V，信号需要放大，取样电阻选用0.1％的精度。DSP信号处理器5完成AD采样、数据滤波、FSK信号解码、数据传输的工作。通过SPI接口把数据传给MCU控制器4，MCU控制器4控制信号传输单元3(如图2所示)的收发，SPI接口接收DSP解码后的数据。DSP的程序放在MCU中，上电时通过SPI接口，存在MCU内部FLASH的程序转移到DSP内存中。为区别每一个站点地址，一个串口用于写入ID号到FLASH中。同时通过单总线方式读写数据温度计的温度。信号传输单元3采用单板可选模块，根据现场需要可插电力载波模块或CAN总线驱动模块或RS485总线驱动模块。模块控制信号由拨码开关位置决定。电力载波模块支持总线型、星形网络拓扑结构。为使电力载波信号不应对ZPW-2000设备造成干扰，PLC通信频点范围应在30kHz以上。供电电源2提供信号采集模块和信号传输模块所需的±5V、3.3V、1.2V。为避免采集分机启动电流大造成电源芯片过流保护，选用最大工作电流3A的电源芯片。耦合电路1接收电力载波信号的发送与接收，提供防雷，避免信号衰减，与远供电源系统隔离。拨码开关根据现场选择的模块配置参数，MCU控制器4根据拨码开关的状态提供不同的控制信号。
该装置的工作过程如下：首先穿心式电流传感器7和电压传感器8将采集的信号传输至采样电路6，采样电路6通过多个采样通道对每个传感器的信号进行采样后共同传输至AD转换器进行模数转换，并将转换后的信号传输至DSP信号处理器5，经过DSP信号处理器5进行数据滤波和FSK信号解码后，再传输至信号传输控制单元，信号传输控制单元的MCU控制器4根据拨码开关的设置选定传输方式，MCU控制器4读取拨码开关的数据后，根据读取结果将MCU控制器4的控制模块的引脚配置为与传输方式相对应的串口，从而使得信号传输单元3对信号进行收发，信号传输单元3的收发途径可以为电力载波传输线31、CAN总线32或RS485总线33中的一种，根据实际情况进行选择，在CAN总线和RS485总线的情况下，MCU控制器直接控制信号传输单元实现信号的收发，在电力载波的传输方式下，MCU控制器按照设定的时钟，控制信号传输单元实现信号的周期性收发。
Claims (5)
1.一种用于轨道电路的信号采集传输装置，其特征在于，所述装置包括：
信号采集模块，与轨道电路连接，用于对轨道电路的信号进行采集和采样处理；
信号传输模块，与信号采集模块连接，用于将信号采集模块采集的信号传输至外界；
供电电源，分别与信号采集模块和信号传输模块连接，用于为信号采集模块和信号传输模块供电；
所述信号采集模块包括：信号采集传感器，与轨道电路连接，用于对轨道电路的信号进行采集；所述信号采集传感器包括穿心式电流传感器和电压传感器，所述穿心式电流传感器和电压传感器均分别与轨道电流和采样电路连接；采样电路，与信号采集传感器连接，用于对信号采集传感器采集的信号进行采样；DSP信号处理器，分别与采样电路和信号传输模块连接，用于对采样电路得到的采样信号进行信号处理；
所述信号传输模块包括：信号传输单元，用于将信号采集模块采集的信号传输至外界；所述信号传输单元包括电力载波传输线、CAN总线或RS485总线；信号传输控制单元，分别与信号采集模块和信号传输单元连接，用于控制信号传输单元对信号的收发，包括：MCU控制器，分别与信号采集模块和信号传输单元连接，用于控制信号传输单元对信号的收发；拨码开关，与MCU控制器连接，用于切换信号传输单元的传输方式；数字温度计，与MCU控制器连接，用于向MCU控制器反馈外界温度；
所述信号传输控制单元的MCU控制器根据拨码开关的设置选定传输方式，MCU控制器读取拨码开关的数据后，根据读取结果将MCU控制器的控制模块的引脚配置为与传输方式相对应的串口，从而使得信号传输单元对信号进行收发，信号传输单元的收发途径为电力载波传输线、CAN总线或RS485总线中的一种，根据实际情况进行选择，在CAN总线和RS485总线的情况下，MCU控制器直接控制信号传输单元实现信号的收发，在电力载波的传输方式下，MCU控制器按照设定的时钟，控制信号传输单元实现信号的周期性收发。
2.根据权利要求1所述的用于轨道电路的信号采集传输装置，其特征在于，所述采样电路包括AD转换器和多个采样通道，所述采样通道的数量与信号采集传感器的数量相匹配，所述采样通道分别与信号采集传感器和AD转换器连接，所述AD转换器与DSP信号处理器连接。
3.根据权利要求2所述的用于轨道电路的信号采集传输装置，其特征在于，所述采样通道包括采样电阻、稳压管、同相放大电路和低通滤波器，所述采样电阻与低通滤波器连接，所述稳压管分别与低通滤波器和同相放大电路连接。
4.根据权利要求1所述的用于轨道电路的信号采集传输装置，其特征在于，所述信号处理包括数据滤波和FSK信号解码。
5.根据权利要求1所述的用于轨道电路的信号采集传输装置，其特征在于，所述装置还包括耦合电路，所述耦合电路与信号传输模块连接。
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