CN108312897A - 基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法及装置，该方法包括实时产生触发电平信号，根据触发电平信号发送识别电流至识别轨，获取识别轨传输的识别电流，确定接收到的信号是预定的供电信号后，输出供电电流至供电轨；获取第一变量值和第二变量值，并计算第一变量值和第二变量值的差值；判断差值是否大于预设的参考值，若判断结果为是，则停止向供电轨输出供电电流。该装置用于实现上述的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法。本发明采用数字信号内容的连续识别来电子控制供电轨的带电与否，并且同时具备供电稳定、供电效应迅速、安全性高，外界干扰性低等功能。

Description

基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法及装置

技术领域

本发明涉及有轨电车技术领域，具体地，涉及一种基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法以及实现这种方法的轨道交通地面供电装置。

背景技术

有轨电车具有零排放无污染、成本低、事故率低，建造方便等优点，客运能力是公交车的3至5倍，在堵车严重又难以修建地铁的城市能够起到巨大的作用。

现有的有轨电车的供电方式一般为供电接触网、超级电容，电磁感应式供电以及磁吸式机械触发供电轨技术。

其中，供电接触网安装困难，极其影响城市美观，接触网的电容效应会对环境产生不利影响；超级电容供电续航短，且不运行的时候也会放电，一旦途中停车过久，则无法再次启动，电容充放电瞬间电流极大，给电网造成较大负荷，必须使用大型变压器，造成用电效率低下；电磁感应式供电电能浪费过大，维护成本高；磁吸式机械触发供电轨技术的机械结构不稳定，易受环境干扰。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种采用数字信号内容的连续识别来电子控制供电轨的带电与否的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法。

本发明的另一目的是提供一种同时具备供电稳定、供电效应迅速、安全性高，外界干扰性低的基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置。

为实现上述的主要目的，本发明提供的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法包括实时产生触发电平信号，根据触发电平信号发送识别电流至识别轨；获取识别轨传输的识别电流，确定接收到的信号是预定的供电信号后，输出供电电流至供电轨；获取第一变量值和第二变量值，并计算第一变量值和第二变量值的差值；判断差值是否大于预设的参考值，若判断结果为是，则停止向供电轨输出供电电流。

由上述方案可见，本发明提供的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法可以通过有轨电车与供电端之间数字信号的传输，以数字信号的连续识别作为供电控制的基础，来电子控制供电轨的带电与否，比模拟信号强度的识别更加准确、响应更加迅速，有轨电车车速不受限制，可以达到地面供电和车走电断的效果。

同时，信号发送方式采用恒流源发送，输入阻抗小，可以保证不受杂散小电流影响，通信安全稳定，能够有效防止外界干扰。另外，电力载波通信和无线识别通信也同样适用于本发明的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法，其中，恒流源发送为最优的信号发送方式。

进一步的方案是，在确定第一变量值进行初始化后，在预设的时间内第一变量值的数值逐渐地递增，以实时指示当前时间。

更进一步的方案是，当接收到预设的触发电平信号后，将第一变量值的数值赋予第二变量值，以指示每一次赋予数值的接收时间，当检测不到预设的触发电平信号时，存储最新一次赋予数值的接收时间。

更进一步的方案是，不间断地比较差值与预设的参考值，若差值大于预设的参考值，则确定有轨电车符合进入断电状态的条件；若确定差值小于预设的参考值，则继续向供电轨输出电流。

由此可见，可以通过判断是否预设的时间来判断有轨电车的通断电状态，例如，定义一个定时器函数，定时比较两个变量值之间的差值来判断有轨电车的通断电状态，从而控制有轨电车的通断电，减少了能源的消耗，可以保证有轨电车的稳定供断电。

例如，若两个变量值之间的差值小于预设的参考值时，则供电轨继续为有轨电车进行供电，此时，由于第一变量值的数值逐渐地递增，该差值也在逐渐增大，当上述差值大于预设的参考值时，则可确定有轨电车符合进入断电状态的条件，当然，断电操作必须有一定的延时才能保证稳定供电，也就是当单片机接收不到信号后，需要继续通一段时间电才能保证供电稳定。

为了实现上述的第二目的，本发明提供一种基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置，该装置包括发送模块，用于实时产生触发电平信号，根据触发电平信号发送识别电流至识别轨；供电模块，用于获取识别轨传输的识别电流，确定接收到的信号是预定的供电信号后，输出供电电流至供电轨；比较模块，用于获取第一变量值和第二变量值，并计算第一变量值和第二变量值的差值；判断模块，用于判断差值是否大于预设的参考值，若判断结果为是，则停止向供电轨输出供电电流。

进一步的方案是，在确定第一变量值进行初始化后，在预设的时间内第一变量值的数值逐渐地递增，以实时指示当前时间。

更进一步的方案是，当接收到预设的触发电平信号后，将第一变量值的数值赋予第二变量值，以指示每一次赋予数值的接收时间，当检测不到预设的触发电平信号时，存储最新一次赋予数值的接收时间。

更进一步的方案是，不间断比较差值与预设的参考值，若差值大于预设的参考值，则确定有轨电车符合进入断电状态的条件；若确定差值小于预设的参考值，则继续向供电轨输出电流。

由上述方案可见，本发明提供的基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置可以通过有轨电车与供电端之间数字信号的传输，以数字信号的连续识别作为供电控制的基础，来电子控制供电轨的带电与否，比模拟信号强度的识别更加准确、响应更加迅速，有轨电车车速不受限制，可以达到地面供电和车走电断的效果。

同时，信号发送方式采用恒流源发送，输入阻抗小，可以保证不受杂散小电流影响，通信安全稳定，能够有效防止外界干扰。另外，电力载波通信和无线识别通信也同样适用于本发明的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法，其中，恒流源发送为最优的信号发送方式。

附图说明

图1是本发明基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法实施例的流程框图。

图2是本发明基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置实施例的原理框图。

图3是本发明基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置实施例中供电模块的原理框图。

图4是本发明基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置实施例中供电模块的发送电路的电路原理图。

图5是本发明基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置实施例中供电模块的接收电路的电路原理图。

图6是本发明基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置实施例中供电模块的第二控制电路的电路原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法可以是应用在一个轨道交通地面供电装置上并且实现对有轨电车的安全供电的方法。参见图1，本发明的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法在对有轨电车进行供电时，首先，执行步骤S1，实时产生触发电平信号，根据触发电平信号发送识别电流至识别轨。其中，有轨电车上的车载单片机会产生一个触发电平信号并且信号发送连续，以实时指示有轨电车所在位置，进而触发供电电路使得有轨电车进入供电状态。

接着，执行步骤S2，获取识别轨传输的识别电流，确定有轨电车在该段供电轨道上，输出供电电流至供电轨。其中，获取识别轨传输的识别电流，确定接收到的信号是预定的供电信号后，输出供电电流至供电轨。

然后，执行步骤S3，获取第一变量值和第二变量值，并产生差值，其中，该差值为第一变量值和第二变量值的差值，并且不间断地比较差值与预设的参考值。

然后，执行步骤S4，判断差值是否大于预设参考值。其中，若确定差值小于预设的参考值，则继续向供电轨输出电流。具体地，在确定第一变量值进行初始化后，在预设的时间内第一变量值的数值逐渐地递增，以实时指示当前时间。当接收到预设的触发电平信号后，将第一变量值的数值赋予第二变量值，以指示每一次赋予数值的接收时间，当检测不到预设的触发电平信号时，保存最新一次赋予数值的接收时间，并且将第一变量值和第二变量值进行比较产生差值，根据该差值来判断有轨电车的供断电状态。

例如，当检测不到触发电平信号时，也就是当有轨电车驶离某一段识别轨后，地面供电端的单片机接收不到信号时，不间断地将上述差值和预设的参考值进行比较，若该差值大于预设参考值时，则执行步骤S5，停止向供电轨输出电流。其中，若该差值大于预设参考值时，则可确定有轨电车符合进入断电状态的条件，则停止向供电轨输出供电电流。由于有轨电车上的车载单片机的发送信号是连续的，而地面轨道可以分为很多小段，每一段轨道上都有独立的供电电路，所以，在对有轨电车进行供电时，可实时表明有轨电车的位置，实现了触发通电的目的，有轨电车接触的轨道上带电，有轨电车无接触的轨道上断电，以保证供电的安全。

由此可见，可以通过判断是否预设的时间来判断有轨电车的通断电状态，例如，定义一个定时器函数，通过两个变量值之间的差值来判断有轨电车的通断电状态，从而控制有轨电车的通断电，减少了能源的消耗，可以保证有轨电车的稳定供断电。

例如，定义变量i=0和变量counter=0，变量counter在单片机上电后就持续定时自增，以实时反映时间。当接收到特定信号后，将变量counter的值赋予变量i，以反映接收到信号的时间。当有轨电车驶离该段识别轨，地面供电端的单片机接收不到信号时，记录最后一次接收到信号的时间，并将变量i的值与变量counter的值进行比较，即计算最后一次接收到信号的时间与目前的时间的差值，若两个变量值之间的差值小于预设的参考值时，则供电轨继续为有轨电车进行供电，此时，由于变量counter的数值定时递增，该差值也在逐渐增大，当上述差值大于预设的参考值时，则可确定有轨电车符合进入断电状态的条件，当然，断电操作必须有一定的延时才能保证稳定供电，也就是当单片机接收不到信号后，需要继续通一段时间电才能保证供电稳定。

所以，本发明提供的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法可以通过有轨电车与供电端之间数字信号的传输，以数字信号的连续识别作为供电控制的基础，来电子控制供电轨的带电与否，比模拟信号强度的识别更加准确、响应更加迅速，有轨电车车速不受限制，可以达到地面供电和车走电断的效果。

由于有轨电车的发送信号是连续的，而地面轨道可以分为很多小段，每一段轨道上都有独立的供电电路，所以，在对有轨电车进行供电时，可实时表明有轨电车的位置，实现了触发通电的目的，有轨电车接触的轨道上带电，有轨电车无接触的轨道上断电，以保证供电的安全。

同时，信号发送方式采用恒流源发送，输入阻抗小，可以保证不受杂散小电流影响，通信安全稳定，能够有效防止外界干扰。另外，电力载波通信和无线识别通信也同样适用于本发明的基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法，在本实施例中，恒流源发送为最优的信号发送方式。

基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置实施例：

参见图2至图4，本实施例的基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置包括感应模块1、供电模块2、比较模块3以及判断模块4。

发送模块1用于实时产生触发电平信号，根据触发电平信号发送识别电流至识别轨60。其中，有轨电车上的车载单片机70会产生一个触发电平信号并且信号发送连续，以实时指示有轨电车所在位置。发送模块包括发送电路20，发送电路20接收车载单片机70所发送的触发电平信号，发送电路20发送识别电流信号至识别轨60，进而触发供电模块2使得有轨电车进入供电状态。

供电模块2用于获取识别轨60传输的识别电流，确定有轨电车在该段供电轨道上，输出供电电流至供电轨50。其中，供电模块2包括第一控制电路10、接收电路30以及第二控制电路40，发送电路20接收车载单片机70所发送的触发电平信号，发送电路20发送识别电流信号至识别轨60，接收电路30接收供电电流信号，接收电路30输出第一电平信号至第一控制电路10，第一控制电路10输出第二电平信号至第二控制电路40，第二控制电路40输出第三电流信号至供电轨50。

具体地，发送电路20包括光电耦合器U1以及二极管D1，光电耦合器U1的第二输出端、第三输出端均与二极管D1的负极电连接，光电耦合器U1的第一输出端与第四输出端之间连接有电容C3。当有轨电车行驶进供电轨50的有效供电范围内，车载单片机70的一个输出端通过电阻R1输出低电平来触发导通光电耦合器U1，进而使得发送电路20输出电流至识别轨60。优选地，光电耦合器U1为TLP250光耦合器。

参见图5，接收电路30包括光电耦合器U2、二极管D2，稳压集成电路80，光电耦合器U2的第一输入端与稳压集成电路80电连接，光电耦合器U2的通过熔断器FU1接收识别轨60传送的电流信号。接收电路30需要将接收到的电流信号转换为主控芯片11串口能读取的电平信号，其中，光电耦合器U2由发光源和受光器两部分组成，发光源可以是发光二极管，输入的电流信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出，这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。优选地，光电耦合器U2可以是高速光耦合器，例如，光电耦合器U2可以是6n137光耦合器，稳压集成电路80可以是TL431稳压电路。

此外，为了避免检测到杂散小电流，当稳压集成电路80在读取到光电耦合器U2的两个输入端之间的电压大于预设的电压值时，例如，预设的电压值可以为2.5伏，此时，稳压集成电路80导通，进而使得光电耦合器U2导通，主控芯片11的接收串口读取到低电平，这样，主控芯片11的发送串口输出低电平时有电流产生时，主控芯片11的接收串口可以读取到低电平，确保了发送信号和接收信号的一致性。

参见图6，第二控制电路40包括隔离电源芯片U4、光电耦合器U3以及MOS管Q2，光电耦合器U3的第一输出端与MOS管Q2的栅极电连接，隔离电源芯片U4的第一输出端与MOS管Q2的源极电连接，光电耦合器U3的第一输入端连接有发光二极管D4，发光二极管D5的负极接地，隔离电源芯片U4的第一输入端和第二输入端之间连接有电容C4和电容C4，电容C4与电容C4并联，MOS管Q2的漏极连接有二极管D6，二极管D6的正极接地。

具体地，主控芯片11的I/O端口输出高电平时，光电耦合器U3导通，进而使MOS管Q2导通，此时，正极供电轨带电，发光二极管D5发光，表明有轨电车处于正常供电的状态。当然，主控芯片11的I/O端口输出控制有两种方式，一种是高电平触发，另一种是低电平触发，在本实施例中，由于主控芯片11初始化时默认输出低电平，容易导致安全问题，所以，主控芯片11的I/O端口输出使用高电平触发。

另外，MOS管Q2需要控制大电流的通断，在本实施例中，MOS管Q2为N沟道MOSFET场效应管。其中，N沟道MOSFET场效应管的导通需要栅极电势高于源极电势，MOS管Q2源极已经接至电源正极，所以通过使用隔离电源芯片U4，使光电耦合器U3导通时MOS管Q2的栅极电势高于源极电势。优选地，隔离电源芯片U4可以是B0512S芯片。

比较模块3用于获取第一变量值和第二变量值，并计算第一变量值和第二变量值的差值。其中，在确定第一变量值进行初始化后，在预设的时间内第一变量值的数值逐渐地递增，以实时指示当前时间。当接收到预设的触发电平信号后，将第一变量值的数值赋予第二变量值，以指示每一次赋予数值的接收时间，当检测不到预设的触发电平信号时，保存最新一次赋予数值的接收时间，并且将第一变量值和第二变量值进行比较产生差值，根据该差值来判断有轨电车的供断电状态。

判断模块4用于判断差值是否大于预设的参考值，若判断结果为是，则停止向供电轨50输出供电电流。其中，若确定差值小于预设的参考值，则继续向供电轨50输出电流；当有轨电车驶离某一段识别轨后，主控芯片11接收不到信号时，将上述差值和预设的参考值进行比较，若该差值大于预设参考值时，则停止向供电轨50输出电流。例如，若该差值大于预设参考值时，则可确定有轨电车符合进入断电状态的条件，则停止向供电轨50输出供电电流。

优选地，设计正极或火线的供电轨分段置于轨道中央，负极或零线的供电轨置于轨道两侧，如果有轨电车与汽车在同路权下并且难以排水，亦可不设计排水装置，即使供电轨遭水泡，该结构可以使得水内部回流，形成一种类“静电屏蔽”的结构，无对外跨步电压，避免了安全隐患，并且通电时间短，因水浸造成的能量损耗小。另外，将单独的识别轨置于轨道外侧，可以有效防止雨水浸泡时的内部回流影响识别。

所以，当有轨电车行驶进供电轨50的有效供电范围内，通过车载单片机70的输出端输出低电平至发送电路20，这时光电耦合器U1导通，对外输出电流至识别轨60，接收电路30将接收到的电流转换成主控芯片11串口能读取的电平信号，并通过第一控制电路10输出高电平使得光电耦合器U3导通，此时，正极供电轨带电，发光二极管D5发光，表示有轨电车处于正常供电状态。

由于有轨电车的发送信号是连续的，而地面轨道可以分为很多小段，每一段轨道上都有独立的供电模块2，例如第一控制电路10、第二控制电路40、发送电路20以及接收电路30。所以，在对有轨电车进行供电时，可实时表明有轨电车的位置，实现了触发通电的目的，有轨电车接触的轨道上带电，有轨电车无接触的轨道上断电，以保证供电的安全。

此外，通过有轨电车与供电端之间数字信号的传输，数字信号通过单独识别轨有线传输，光电耦合器和MOS场效应管控制电流通断，用主控芯片11控制电子开关的通断，代替传统机械开关，以实现信号控制供电，可以达到地面供电和车走电断的效果。优选地，信号发送方式采用恒流源发送，输入阻抗小，需较大电流才能使主控芯片11读取到信号，所以用光电耦合器和MOS场效应管控制电流通断，可以保证不受杂散小电流影响，通信安全稳定，能够有效防止外界干扰。另外，电力载波通信和无线识别通信也同样适用于本发明的基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置，在本实施例中，恒流源发送为最优的信号发送方式。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于数字信号识别的轨道交通地面供电方法，其特征在于，包括：

实时产生触发电平信号，根据所述触发电平信号发送识别电流至识别轨；

获取所述识别轨传输的所述识别电流，确定接收到的信号是预定的供电信号后，输出供电电流至供电轨；

获取第一变量值和第二变量值，并计算所述第一变量值和所述第二变量值的差值；

判断所述差值是否大于预设的参考值，若判断结果为是，则停止向所述供电轨输出所述供电电流。

2.根据权利要求1所述的轨道交通地面供电方法，其特征在于，判断所述差值是否大于预设的参考值，包括：

在确定所述第一变量值进行初始化后，在预设的时间内所述第一变量值的数值逐渐地递增，以实时指示当前时间。

3.根据权利要求1所述的轨道交通地面供电方法，其特征在于，所述获取第一变量值和第二变量值后，还执行：

当接收到预设的触发电平信号后，将所述第一变量值的数值赋予所述第二变量值，以指示每一次赋予所述数值的接收时间，当检测不到所述预设的触发电平信号时，存储最新一次赋予所述数值的接收时间。

4.根据权利要求1至3任一项所述的轨道交通地面供电方法，其特征在于，判断所述差值是否大于预设的参考值，包括：

不间断地比较所述差值与预设的参考值，若所述差值大于预设的参考值，则确定所述有轨电车符合进入断电状态的条件；

若确定所述差值小于预设的参考值，则继续向所述供电轨输出电流。

5.基于数字信号识别的轨道交通地面供电装置，其特征在于，所述装置包括：

发送模块，用于实时产生触发电平信号，根据所述触发电平信号发送识别电流至识别轨；

供电模块，用于获取所述识别轨传输的所述识别电流，确定接收到的信号是预定的供电信号后，输出供电电流至供电轨；

比较模块，用于获取第一变量值和第二变量值，并计算所述第一变量值和所述第二变量值的差值；

判断模块，用于判断所述差值是否大于预设的参考值，若判断结果为是，则停止向所述供电轨输出所述供电电流。

6.根据权利要求5所述的轨道交通地面供电装置，其特征在于，所述判断模块用于判断所述差值是否大于预设的参考值，包括：

在确定所述第一变量值进行初始化后，在预设的时间内所述第一变量值的数值逐渐地递增，以实时指示当前时间。

7.根据权利要求5所述的轨道交通地面供电装置，其特征在于，所述比较模块获取第一变量值和第二变量值后，还执行：

当接收到预设的触发电平信号后，将所述第一变量值的数值赋予所述第二变量值，以指示每一次赋予所述数值的接收时间，当检测不到所述预设的触发电平信号时，存储最新一次赋予所述数值的接收时间。

8.根据权利要求5至7任一项所述的轨道交通地面供电装置，其特征在于，所述判断模块用于判断所述差值是否大于预设的参考值，包括：

不间断地比较所述差值与预设的参考值，若所述差值大于预设的参考值，则确定所述有轨电车符合进入断电状态的条件；

若确定所述差值小于预设的参考值，则继续向所述供电轨输出电流。