CN107472299B - 一种基于fpga相位检测的轨道交通计轴系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FPGA相位检测的轨道交通计轴系统，包括设置在轨道一侧的第一车轮传感器和设置在轨道另一侧的第二车轮传感器，所述第一车轮传感器和第二车轮传感器通过计轴设备与控制室相连，所述计轴设备包括第一FPGA、第一调理电路、第二FPGA和第二调理电路：所述第一FPGA产生频率为f1的脉冲信号并通过第一调理电路发送至第一车轮传感器，第一车轮传感器返回的信号通过第一调理电路连接至第一FPGA进行数据处理；所述第二FPGA产生频率为f2的脉冲信号并通过第二调理电路发送至第二车轮传感器，第二车轮传感器返回的信号通过第二调理电路连接至第二FPGA进行数据处理；第一FPGA和第二FPGA将计数结果发送至控制室。提高调试效率，适用于高速运行的列车。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA相位检测的轨道交通计轴系统。
背景技术
轨道计轴设备是铁路运行过程中的重要设备，直接关系到列车的正常运行，现有设计的计轴设备只适用于一定运行速度的轨道，随着列车的速度的不断提升(目前是350Km/h左右，以后还会增速到400Km/h，甚至会更高)，对铁路列车的计轴设备也提出了越来越高的要求。现有设计的计轴设备对于速度较高的铁路轨道并不适用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于FPGA相位检测的轨道交通计轴系统，采用可编程逻辑器件FPGA，简化了模拟器件的使用，提高调试效率，适用于高速(大于350Km/h)运行的列车。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于FPGA相位检测的轨道交通计轴系统，包括设置在轨道一侧的第一车轮传感器和设置在轨道另一侧的第二车轮传感器，所述第一车轮传感器和第二车轮传感器通过计轴设备与控制室相连，所述计轴设备包括第一FPGA、第一调理电路、第二FPGA和第二调理电路：
所述第一FPGA产生频率为f1的脉冲信号并通过第一调理电路发送至第一车轮传感器，第一车轮传感器返回的信号通过第一调理电路连接至第一FPGA进行数据处理；
所述第二FPGA产生频率为f2的脉冲信号并通过第二调理电路发送至第二车轮传感器，第二车轮传感器返回的信号通过第二调理电路连接至第二FPGA进行数据处理；
第一FPGA和第二FPGA将计数结果发送至控制室。
优选，f1＝28KHz，f2＝24KHz。
优选，出厂时，第一FPGA和第二FPGA将发出信号与回波信号的相位调整为0，设接收的信号与发出的信号之间的时间差为△t，则第一FPGA和第二FPGA通过下述公式计算变化相位Φ：
Φ＝360°×△t×f
式中，f为FPGA接收的信号频率，当Φ≥40°时，则判断有一车轮经过，并进行计数。
优选，第一FPGA产生的脉冲信号通过第一串联谐振发送电路发送至第一车轮传感器，第一车轮传感器返回的信号顺次通过第一并联谐振发送电路、第一信号放大电路和第一幅值检测电路发送至第一FPGA，且第一信号放大电路通过第一滤波及整形电路连接至第一FPGA。
优选，第二FPGA产生的脉冲信号通过第二串联谐振发送电路发送至第二车轮传感器，第二车轮传感器返回的信号顺次通过第二并联谐振发送电路、第二信号放大电路和第二幅值检测电路发送至第二FPGA，且第二信号放大电路通过第二滤波及整形电路连接至第二FPGA。
优选，第一FPGA和第二FPGA接收滤波及整形电路发送的信号，依次进行移相、检相、计数，并将计数结果进行数据缓存。
优选，缓存的计数数据通过CAN数据转换单元发送至控制室。
本发明的有益效果是：
第一、相位阈值可编程设置，解决模拟硬件设定后不容易更改的问题。
第二、采取FPGA处理后，针对不同列车速度，适应性更强，方便对现有计轴系统进行改造。
第三、现有设备出厂时采取硬件移相处理，本方案采取可编程移相处理，同时内部建立信号同步，提高了移相精度，解决了硬件带来的相位误差。
第四、本发明中，计轴设备的信号发生频率分别为28KHz和24KHz，经过实验验证在此系统中28KHz和24KHz能够进行最佳传输，且相互干扰最小，适用于高速(大于350Km/h)运行的列车。
附图说明
图1是本发明一种基于FPGA相位检测的轨道交通计轴系统的结构示意图；
图2是本发明具体的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种基于FPGA相位检测的轨道交通计轴系统，包括设置在轨道一侧的第一车轮传感器(用来测量车轮数)和设置在轨道另一侧的第二车轮传感器，所述第一车轮传感器和第二车轮传感器通过计轴设备与控制室相连，优选，计轴设备与控制室之间采用CAN总线进行计轴数据传送。当列车车轮经过车轮传感器时，对车轮传感器发送的方波信号进行了遮挡，接收到的信号发生了相位的变化，通过对相位变化的检测，就可以实现对车轮的数目进行统计，从而实现计轴功能。
如图2所示，其中，相同的器件或电路均以相同的名称标注，但为了便于文字区分，分别在各器件或电路名称前加上“第一”和“第二”进行区别，即所述计轴设备包括第一FPGA、第一调理电路、第二FPGA和第二调理电路，每一个车轮传感器对应一套电路。
所述第一FPGA产生频率为f1的脉冲信号并通过第一调理电路发送至第一车轮传感器，第一车轮传感器返回的信号通过第一调理电路连接至第一FPGA进行数据处理。
所述第二FPGA产生频率为f2的脉冲信号并通过第二调理电路发送至第二车轮传感器，第二车轮传感器返回的信号通过第二调理电路连接至第二FPGA进行数据处理。
本发明中，优选，f1＝28KHz，f2＝24KHz。出厂时，第一FPGA和第二FPGA将发出信号与回波信号的相位调整为0，设接收的信号与发出的信号之间的时间差为△t，则第一FPGA和第二FPGA通过下述公式计算变化相位Φ：
Φ＝360°×△t×f
式中，f为FPGA接收的信号频率，当Φ≥40°时，则可判断有一车轮经过，并进行计数，形成计轴脉冲。第一FPGA和第二FPGA将计数结果发送至控制室。
调理电路的具体电路可参照图2，即：第一FPGA产生的脉冲信号通过第一串联谐振发送电路发送至第一车轮传感器，第一车轮传感器返回的信号顺次通过第一并联谐振发送电路、第一信号放大电路和第一幅值检测电路发送至第一FPGA，且第一信号放大电路通过第一滤波及整形电路连接至第一FPGA。
对应的，第二FPGA产生的脉冲信号通过第二串联谐振发送电路发送至第二车轮传感器，第二车轮传感器返回的信号顺次通过第二并联谐振发送电路、第二信号放大电路和第二幅值检测电路发送至第二FPGA，且第二信号放大电路通过第二滤波及整形电路连接至第二FPGA。
第一FPGA和第二FPGA接收滤波及整形电路发送的信号，依次进行移相、检相、计数，并将计数结果进行数据缓存。FPGA产生脉冲信号、进行相位检测、出厂移相校准、形成计轴脉冲、进行电路状态检测等功能。优选，缓存的计数数据通过CAN数据转换单元发送至控制室。
本发明的有益效果是：
第一、相位阈值可编程设置，解决模拟硬件设定后不容易更改的问题。
第二、采取FPGA处理后，针对不同列车速度，适应性更强，方便对现有计轴系统进行改造。
第三、现有设备出厂时采取硬件移相处理，本方案采取可编程移相处理，同时内部建立信号同步，提高了移相精度，解决了硬件带来的相位误差。
第四、本发明中，计轴设备的信号发生频率分别为28KHz和24KHz，经过实验验证在此系统中28KHz和24KHz能够进行最佳传输，且相互干扰最小，适用于高速(大于350Km/h)运行的列车。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于FPGA相位检测的轨道交通计轴系统，包括设置在轨道一侧的第一车轮传感器和设置在轨道另一侧的第二车轮传感器，所述第一车轮传感器和第二车轮传感器通过计轴设备与控制室相连，其特征在于，所述计轴设备包括第一FPGA、第一调理电路、第二FPGA和第二调理电路：
所述第一FPGA产生频率为f1的脉冲信号并通过第一调理电路发送至第一车轮传感器，第一车轮传感器返回的信号通过第一调理电路连接至第一FPGA进行数据处理；
所述第二FPGA产生频率为f2的脉冲信号并通过第二调理电路发送至第二车轮传感器，第二车轮传感器返回的信号通过第二调理电路连接至第二FPGA进行数据处理；
第一FPGA和第二FPGA将计数结果发送至控制室；
第一FPGA产生的脉冲信号通过第一串联谐振发送电路发送至第一车轮传感器，第一车轮传感器返回的信号顺次通过第一并联谐振发送电路、第一信号放大电路和第一幅值检测电路发送至第一FPGA，且第一信号放大电路通过第一滤波及整形电路连接至第一FPGA；
第二FPGA产生的脉冲信号通过第二串联谐振发送电路发送至第二车轮传感器，第二车轮传感器返回的信号顺次通过第二并联谐振发送电路、第二信号放大电路和第二幅值检测电路发送至第二FPGA，且第二信号放大电路通过第二滤波及整形电路连接至第二FPGA；
f1＝28KHz，f2＝24KHz；
出厂时，第一FPGA和第二FPGA将发出信号与回波信号的相位调整为0，设接收的信号与发出的信号之间的时间差为△t，则第一FPGA和第二FPGA通过下述公式计算变化相位Φ：
Φ＝360°×△t×f
式中，f为FPGA接收的信号频率，当Φ≥40°时，则判断有一车轮经过，并进行计数；
第一FPGA和第二FPGA接收滤波及整形电路发送的信号，依次进行移相、检相、计数，并将计数结果进行数据缓存。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA相位检测的轨道交通计轴系统，其特征在于，缓存的计数数据通过CAN数据转换单元发送至控制室。
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| 基于微机联锁的计轴系统在铁路行车方面的安全应用;任栋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》;20170316;第3.6节，第4.1节、第4.2节，附图3.8、3.9、4.3 * |
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