CN109655698B - 一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，包括：N个传感器、M个主机以及连接电路；其中，若干个传感器和/或若干个主机具有发电功能；N和M均为正整数；各个传感器的电源共享端以及各个主机的电源共享端，均通过连接电路互相连通；具有发电功能的传感器和/或主机均包含有防反组件，防反组件设置于具有发电功能的传感器和/或主机的发电组件输出端和电源共享端之间；传感器和主机的电源共享端均连接自身耗能电路。本发明通过内部的各个传感器之间、传感器和主机之间以及主机之间的电源共享，使得各个传感器以及主机均能够保持相对稳定的电压状态进行工作，提高发电稳定性以及装置可靠性。

Description

一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统

技术领域

本发明涉及交通运载装备检测技术领域，特别是涉及一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统。

背景技术

随着中国铁路货运在重载和车速方向上的高速发展，对铁路货车的运输安全也提出了更高的要求。为了保证铁路货车的运输安全，需使用故障诊断装置对货车车辆进行在线监测与诊断。故障诊断装置安装在货车车辆上，由传感器、主机和连接电缆组成。但由于铁路货车除了车头带电之外，其余车厢本身是不带电的，因此车厢内设置的故障诊断装置无法通过连接车厢电源来工作，因此需要故障诊断装置解决自供电的问题。

但是，目前的故障诊断装置中能够发电的传感器或主机仅是为自身供电，某些情况下外界因素影响发电电压时，会导致不同传感器或主机之间存在电压不均衡的情况，例如当车辆在站点停车时不能发电，当车辆低速运行时所发电压较少，高速运行时发电电压充足，从而使得整个故障诊断装置处于发电不稳定的状态，影响其工作效果。

因此，如何提供一种发电稳定性高的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，通过内部的各个传感器之间、传感器和主机之间以及主机之间的电源共享，使得各个传感器以及主机均能够保持相对稳定的电压状态进行工作，提高发电稳定性以及装置可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，包括：N个传感器、M个主机以及连接电路；其中，若干个传感器和 /或若干个主机具有发电功能；N和M均为正整数；

各个所述传感器的电源共享端以及各个所述主机的电源共享端，均通过所述连接电路互相连通；具有发电功能的所述传感器和/或主机均包含有防反组件，所述防反组件设置于具有发电功能的所述传感器和/或主机的发电组件输出端和电源共享端之间；所述传感器和所述主机的电源共享端均连接自身耗能电路。

优选地，所述连接电路包括连接电缆、N个分别与所述传感器一一对应的共享电源接口以及M个分别与所述主机一一对应的共享电源接口；每个所述传感器的电源共享端均通过连接电缆与自身对应的共享电源接口连接；每个所述主机的电源共享端均通过连接电缆与自身对应的共享电源接口连接；各个所述共享电源接口之间均互相连接。

优选地，所述连接电路包括连接电缆以及集线设备；每个所述传感器的电源共享端以及每个所述主机的电源共享端均通过所述连接电缆相互导通；所述集线设备用于收敛连接线缆。

优选地，若干个传感器和/或若干个主机还具有储能功能，且具有储能功能的所述传感器以及所述主机的电源共享端均与自身储能组件连接。

优选地，具有发电功能和储能功能的传感器包括：自发电模块、传感器储能模块、传感器稳压模块、传感器电路；

所述自发电模块的输出端为所述电源共享端，分别连接所述传感器储能模块的输入端以及所述传感器稳压模块的输入端；所述传感器稳压模块的输出端连接所述传感器电路。

优选地，具有发电功能和储能功能的主机包括：电源获取模块、主机储能模块、充放电控制模块、第一稳压模块、第二稳压模块和主机电路；

所述电源获取模块的输出端分别连接所述第一稳压模块、所述第二稳压模块以及所述主机储能模块的输入端；所述第一稳压模块的输出端分别连接所述充放电控制模块以及所述主机电路的输入端；所述充放电控制模块的输出端连接所述主机储能模块的控制端；所述第二稳压模块的输出端为所述主机的电源共享端；所述主机的电源共享端与所述电源获取模块的输出端连接；

所述电源获取模块用于进行发电；

所述第一稳压模块用于对所述电源获取模块和/或所述主机的电源共享端提供的电压进行稳压后输出至所述充放电控制模块；

所述充放电控制模块用于在接收的电压值超出共享阈值时，控制所述主机储能模块进行储能；在接收的电压值未超出共享阈值时，控制所述主机储能模块输出电能；

所述第二稳压模块用于将所述电源获取模块和/或所述主机的电源共享端提供的电压进行稳压后输出。

优选地，所述传感器的电源共享端的标准共享电压U1>所述主机的电源共享端的标准共享电压U3。

优选地，所述主机包含的防反组件具体为：第一防反向二极管和第二防反向二极管；所述第一防反向二极管的阳极连接所述第二稳压模块的输出端，所述第一防反向二极管的阴极作为所述主机的电源共享端；所述第二防反向二极管的阳极连接所述主机的电源共享端，所述第二防反向二极管的阴极分别连接所述第一稳压模块、所述主机储能模块以及所述第二稳压模块的输入端。

优选地，所述充放电控制模块包括：第一电阻、第二电阻、运算放大器以及参考电源；

所述第一电阻的第一端分别连接所述电源获取模块的正输出端以及所述运算放大器的正电源端，所述第一电阻的第二端分别连接所述第二电阻的第一端以及所述运算放大器的同相输入端；所述第二电阻的第二端连接所述电源获取模块的负输出端；所述运算放大器的反相输入端连接所述参考电源的正极，所述参考电源的负极与所述运算放大器的负电源端均连接所述电源获取模块的负输出端；所述运算放大器的输出端作为所述充放电控制模块的输出端。

优选地，所述主机储能模块包括：储能电容、开关管、第一二极管；

所述储能电容的第一端连接所述电源获取模块的正输出端；所述储能电容的第二端分别连接所述开关管的漏极以及所述第一二极管的阴极；所述开关管的栅极连接所述充放电控制模块的输出端；所述开关管的源极以及所述第一二极管的阳极均连接所述电源获取模块的负输出端。

优选地，所述主机储能模块还包括放电稳压管；所述放电稳压管的阴极连接所述储能电容的第一端，所述放电稳压管的阳极连接所述储能电容的第二端。

本发明提供了一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，包含的若干个传感器和/或若干个主机具有发电功能，并且各个传感器的电源共享端和各个主机的电源共享端之间均通过连接电路互相连通，同时具有发电功能的传感器和/或主机均包含有防反组件。可以理解的是，由于传感器和主机的电源共享端均连接自身耗能电路，因此当有传感器或者主机不能发电或者所发的电压不足时，其电源共享端处的电压会低于其他传感器的电源共享端的电压，从而形成压差，使得其他传感器处的电能会通过两者连通的电源共享端，传输到该电压不足的传感器或主机内。因此，通过上述电源共享，使得故障诊断装置内的各个传感器以及主机均能够保持相对稳定的电压状态进行工作，发电稳定性高，尽可能避免了发电不稳定时对故障诊断装置内部分组件的影响，提高了故障诊断装置正常工作的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统中集线设备内部接线的结构示意图；

图4为本发明提供的一种传感器内部结构示意图；

图5为本发明提供的一种主机内部结构示意图；

图6为本发明提供的一种充放电控制模块的结构示意图；

图7为本发明提供的一种主机储能模块的结构示意图；

图8为本发明提供的一种以2只传感器与1台主机示例的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统的应用电路图；

图9为图8所示的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统的仿真图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，通过内部的各个传感器之间、传感器和主机之间以及主机之间的电源共享，使得各个传感器以及主机均能够保持相对稳定的电压状态进行工作，提高发电稳定性以及装置可靠性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，包括：N个传感器、M个主机以及连接电路；其中，若干个传感器和/或若干个主机具有发电功能；N和M均为正整数；

各个传感器的电源共享端以及各个主机的电源共享端，均通过连接电路互相连通；具有发电功能的传感器和/或主机均包含有防反组件，防反组件设置于具有发电功能的传感器和/或主机的发电组件输出端和电源共享端之间；所述传感器和所述主机的电源共享端均连接自身耗能电路。

可以理解的是，传感器和主机通过连接电路组成物理连接的电源共享网络，通过该连接电路，每个具有发电功能的传感器或主机可以向其他主机和其他传感器提供电源。由于传感器之间以及传感器和主机之间的电源共享端仅是通过连接电路连通，因此，当两个电源共享端之间存在压差时，则会形成电流，实现电能补偿的效果。即当具有发电功能的传感器或主机自供电充足时，由于自身产生的电能已经能够满足自身需求，这种情况下即使接收到其他传感器共享的电能也用不到，因此可视为此时不存在电能补偿。当部分传感器或主机自供电不足时，由其它具有发电功能的传感器或主机提供共享电源；所有传感器自供电不足时，由具有发电功能的主机提供共享电源；当全部主机自供电不足时，由具有发电功能的传感器提供共享电源。当然，不具有发电功能的传感器和主机则由具有发电功能的传感器和/或主机进行供电。举例来说，通常每节货车车厢内通常设置一组传感器和一个主机，假设有两节车厢的话，可以每节车厢内的传感器和主机均具有自发电功能；或者，也可以每节车厢内仅传感器具有自发电功能；或者，也可以每节车厢内主机和部分传感器具有自发电功能；或者，也可以仅第一节车厢内存在能够自发电的传感器和/或主机，而另一节车厢内的传感器和主机均不带电。当然以上仅为几种情况，本发明不限定各节车厢内传感器和主机的个数，以及具有自发电功能的组件的类型和数量。

并且，需要注意的是，由于本发明的工作原理是在电源共享端存在压差时形成电流来实现电能补偿，因此两个具有发电功能的传感器或主机之间会形成电源并接的结构，这种结构下若两者电源形成压差，会形成环流导致电源烧毁，因此为了保证电源并接情况下的安全问题，具有发电功能的传感器和/或主机均需要包含有防反组件，且防反组件设置于电源共享端与连接电路之间，即防反组件限制电流仅能够从具有发电功能的传感器或主机的电源内流出，而不能流入具有发电功能的传感器或主机的电源内，这样使得两个具有发电功能的传感器或主机的电源共享端存在压差时，两者之间形成的电流仅会流向传感器或主机的内部耗能电路，而不会流向电源部分形成环流，从而避免了环流导致的电源烧毁的情况出现，保证了电路的正常工作。

本发明提供了一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，包含的若干个传感器和/或若干个主机具有发电功能，并且各个传感器的电源共享端和各个主机的电源共享端之间均通过连接电路互相连通，同时具有发电功能的传感器和/或主机均包含有防反组件。可以理解的是，由于传感器和主机的电源共享端均连接自身耗能电路，因此当有传感器或者主机不能发电或者所发的电压不足时，其电源共享端处的电压会低于其他传感器的电源共享端的电压，从而形成压差，使得其他传感器处的电能会通过两者连通的电源共享端，传输到该电压不足的传感器或主机内。因此，通过上述电源共享，使得故障诊断装置内的各个传感器以及主机均能够保持相对稳定的电压状态进行工作，发电稳定性高，尽可能避免了发电不稳定时对故障诊断装置内部分组件的影响，提高了故障诊断装置正常工作的可靠性。

其中，本发明不限定传感器或主机的数量，传感器或主机均可以为1个或多个。

在一种优选实施例中，参见图1所示，连接电路包括连接电缆、N个分别与传感器一一对应的共享电源接口以及M个分别与主机一一对应的共享电源接口；每个传感器的电源共享端均通过连接电缆与自身对应的共享电源接口连接；每个主机的电源共享端均通过连接电缆与自身对应的共享电源接口连接；各个共享电源接口之间均互相连接。

可以理解的是，共享电源接口一端用于连接自身对应的传感器或主机的电源共享端，另一端用于连接其他共享电源接口。通过共享电源接口连接，相比采用集线设备连接的方式更为灵活，共享电源接口的个数可根据传感器的个数以及主机的个数灵活进行调整，并且理想情况下不存在上限。并且由于每个共享电源接口均是单独与传感器或者主机进行连接，因此，在其中一个共享电源接口损坏时，方便进行独立更换，从而降低装置维修成本。并且，各个共享电源接口之间的连接方式可以根据传感器和主机的设置位置进行灵活调整，方便进行接线设计。其中，各个共享电源接口之间的连接方式本发明不作限定，只要各个共享电源接口组成的连接网络能够使故障诊断装置中的各个发电设备 (传感器以及主机)之间彼此导通即可。

在另一优选实施例中，参见图2和图3所示，连接电路包括连接电缆以及集线设备；每个传感器的电源共享端以及每个主机的电源共享端均通过连接电缆相互导通；集线设备用于收敛连接线缆。

可以理解的是，通过一个集线设备来收敛各个传感器以及各个主机的电源共享端之间的连接线缆，这种方式中由于连接电路除了连接电缆外仅包含一个设备，从而使得连接电路从外观看结构简单，方便放置；并且，由于大部分接线均设置于集线设备的内部，因此，能够降低复杂的接线对故障诊断装置内部结构的影响，方便故障诊断装置的内部结构设置。当然，在传感器和主机个数较多的情况下，可以设置多个彼此连接的集线设备，本发明不限定集线设备的内部接线方式以及集线设备的个数。另外，需要注意的是，本实施例并不限定集线设备内是否收敛了全部的连接线缆，即可以通过一个或多个集线设备收敛全部连接线缆；或者也可以令部分连接线缆收敛于集线设备内，而其余连接线缆未收敛于集线设备内。具体采用哪种设置方式可视需求而定，本发明对此不作限定。

另外，在其他实施例中，还可以令部分传感器和主机的电源共享端之间通过共享电源接口彼此连接，其余部分传感器通过连接线缆连接，并且还可以通过集线设备收敛部分或者全部连接线缆。另外，在传感器和主机的电源共享端之间全部通过共享电源接口彼此连接时，也可以通过集线设备收敛共享电源接口之间的连接线缆。并且，传感器和主机在通过连接设备进行连接时，均需要将彼此之间的共享电源线连通，以及将彼此之间的电源地线连通。当然，以上仅为几种优选的实现方式，本发明不限定传感器之间、传感器与主机之间以及主机和主机之间的具体连通方式，但是传感器与传感器之间、传感器与主机之间以及主机与主机之间，需要至少存在一根连接电缆。

进一步的，若干个传感器和/或若干个主机还具有储能功能，且具有储能功能的所述传感器以及所述主机的电源共享端均与自身储能组件连接。

可以理解的是，通过在传感器和主机内设置储能组件，使得这些传感器和主机在无法接收外部电能时，能够通过储能组件放电的方式来保持继续工作，提高了故障诊断装置的可靠性。其中，储能功能可以设置于全部传感器和主机内，也可以仅设置于具有发电功能的传感器和主机内，或者仅设置于不具有发电功能的传感器和主机内，或者还可采用其他设置方式，哪些传感器和主机包含储能组件，本发明对此不作限定。

其中，储能组件之间可以直接并联。原因是：1，储能组件本身即允许充电和放电(与电压源不一样)，即使并联储能组件相互间的电压不一样，也会自动调节；2，经过储能组件储能后的电压通常为直流量，储能组件对于直流阻抗大，可以并联，并联后通过连接线的线路阻抗进行充放电，因此不会由于形成环流导致储能组件烧毁。

在一种具体实施例中，参见图4所示，具有发电功能的传感器包括：自发电模块、传感器储能模块、传感器稳压模块、传感器电路；

自发电模块的输出端为电源共享端，分别连接传感器储能模块的输入端以及传感器稳压模块的输入端；即自发电模块所发的共享电压输出到传感器稳压模块和传感器储能模块；其中，自发电模块可以通过风能、地电位、太阳能或其它方式进行发电，当然，本发明不限定自发电模块的发电方式。

传感器储能模块在自发电模块输出的共享电压充足时，依据自发电模块输出的共享电压进行储能。当自发电模块输出的共享电压不充足时，传感器的电源共享端处的电压会降低，当低于其他主机或传感器的电源共享端处的电压时，会形成压差，从而使传感器储能模块接收到其他主机或传感器共享的电能，来进行储能。其中，传感器储能模块为电容储能器件，当然，或者可以为其他储能器件，本发明不限定传感器储能模块的类型。

传感器稳压模块的输出端连接传感器电路，传感器稳压模块用于对接收到的电压(自发电模块生成的或通过电源共享端接收的其他传感器或主机发送的电压)进行稳压操作，并将稳压后的电压U2提供给传感器电路。其中，传感器稳压模块可以为DC/DC或线性稳压器，其输出电压为DC12V或DC10V或其它低于DC12V电压值；当然，传感器稳压模块也可以为其他类型的稳压器，本发明不限定传感器稳压模块的类型及其输出电压。

传感器电路，用于进行相应的传感操作。

可以理解的是，自发电模块进行发电后，会输出电压至传感器储能模块以及传感器稳压模块，同时输出的电压会通过自身的电源共享端，当自身的电源共享端的电压高于其他传感器或主机时，则会提供电源至这些电压较低的传感器或者主机；当自身的电源共享端的电压低于其他传感器或主机时，则会接收其他电压较高的传感器或主机传输的电能，从而完成电源共享。

另外，上述传感器电路指的是实现具体传感功能的部分电路，例如振动检测电路、冲击检测电路、温度检测电路或者其他复合传感器电路等，本发明中提到的传感器电路均具有耗能组件。当然，故障诊断装置中的各个传感器中的传感器电路的类型可能相同也可能不同，传感器电路的结构视其具体功能而定，本发明对此不作限定。

在一种具体实施例中，参见图5所示，具有发电功能的主机包括：电源获取模块、主机储能模块、充放电控制模块、第一稳压模块、第二稳压模块和主机电路；

电源获取模块的输出端分别连接第一稳压模块、第二稳压模块以及主机储能模块的输入端；第一稳压模块的输出端分别连接充放电控制模块以及主机电路的输入端；充放电控制模块的输出端连接主机储能模块的控制端；第二稳压模块的输出端为主机的电源共享端；主机的电源共享端与电源获取模块的输出端连接；

电源获取模块用于进行发电；电源获取模块可以通过风能、地电位、太阳能或其它方式进行电源获取(或者说进行发电)，当然，本发明不限定电源获取模块的电源获取方式。

第一稳压模块用于对电源获取模块和/或主机的电源共享端提供的电压进行稳压后输出至充放电控制模块；

充放电控制模块用于在接收的电压值超出共享阈值时，控制主机储能模块进行储能；在接收的电压值未超出共享阈值时，控制主机储能模块输出电能；

主机储能模块由充放电控制模块控制器进行储能或输出电能。

第二稳压模块用于将电源获取模块和/或主机的电源共享端提供的电压进行稳压后输出。

其中，第一稳压模块和第二稳压模块可以为DC/DC或线性稳压器，其输出电压为DC12V。当然，第一稳压模块和第二稳压模块也可以为其他类型的稳压器，本发明不限定第一稳压模块和第二稳压模块的类型及其输出电压。

可以理解的是，电源获取模块将自身获取的电能输出至第一稳压模块、第二稳压模块和主机储能模块，第一稳压模块会将自身稳压后的电压输出充放电控制模块和主机电路，第二稳压模块会将自身稳压后的电压输出至自身的电源共享端。当自身的电源共享端的电压高于其他传感器或主机时，则会提供电源至这些电压较低的传感器或者主机；当自身的电源共享端的电压低于其他传感器或主机时，则会接收其他电压较高的传感器或主机传输的电能，接收的电能会传输至第一稳压模块、主机储能模块和第二稳压模块内。充放电控制模块会依据自身接收的总电压的大小来选择性的控制主机储能模块进行充电或者放电。

其中，上述主机电路指的是用于实现具体主机功能的部分电路，由于本发明中的故障诊断装置是用于依据传感器检测到的数据进行故障诊断，因此主机电路是用于对传感器发送的信号进行处理的电路，主机电路主要包括处理芯片及其周边辅助电路，周边辅助电路可以包含存储组件、输出电路、采样组件、报警组件等。当然，本发明不限定主机电路的具体结构。

由此可见，在本发明中，由于存在电压共享，因此传感器和主机的电压基本是处于平衡状态，在整体电压未低于一定程度时，传感器、主机之间的电能传输仅依靠传感器和主机的发电电压即可满足需求。但是，当整体电压低于一定程度时，表明此时仅依靠传感器和主机的发电电压已经无法满足需求，即全部主机和传感器均自供电不足，故此时需要控制主机储能模块进行放电来作为电能补充。主机储能模块放出的电能发送至第一稳压模块以及第二稳压模块，经第二稳压模块稳压后输出至电源共享端来共享至其他传感器或主机，并经第一稳压模块稳压后输出至主机电路。

在一种优选实施例中，传感器的电源共享端的标准共享电压U1>主机的电源共享端的标准共享电压U3。其中，传感器的自发电模块的输出标准共享电压设置为大于DC12V；主机输出的标准共享电压小于等于DC12V。当然，本发明不限定传感器输出的标准共享电压以及主机输出的标准共享电压的具体数值。

可以理解的是，这里的标准共享电压指的是正常情况下电源共享端应有的电压值。通过令U1>U3，使得通常情况下，主机输出的共享电压(即主机电源共享端的电压)会低于传感器输出的共享电压(即传感器电源共享端的电压)，这样使得在部分传感器自发电不足时，会优先由其余的传感器进行充电，只有当传感器自发电模块端输出的共享电压低于主机输出的共享电压时，才由主机输出共享电压至其他传感器或主机。这种设置的原因是因为在全部主机和传感器均自供电不足，本发明会令主机储能模块进行放电，因此，为了保证主机储能模块能够由足够的电能，通常情况下，尽量避免占用主机的电能。当然，当有传感器的电源共享端的电压低于主机的电源共享端的电压时，也会发生主机供电的情况。传感器的电源共享端的标准共享电压值以及主机的电源共享端的标准共享电压值，本发明不作具体限定。

在一种优选实施例中，主机包含的防反组件具体为：第一防反向二极管和第二防反向二极管；第一防反向二极管的阳极连接第二稳压模块的输出端，第一防反向二极管的阴极作为主机的电源共享端；第二防反向二极管的阳极连接主机的电源共享端，第二防反向二极管的阴极分别连接第一稳压模块、主机储能模块以及第二稳压模块的输入端(也就是第二防反向二极管的阴极与电源获取模块的输出端相连)。此时主机输出的共享电压基本等于主机的电源获取模块的输出电压加上第二防反向二极管的压降电压。

可以理解的是，第一防反向二极管的设置目的是为了避免通过电源共享端进入的电压与第二稳压模块的输出电压发生冲突；第二防反向二极管的设置目的是为了从电源共享端获取由其他传感器或其他主机供给的、高于第二稳压模块本身输出的电压，来供给第一稳压模块及储能模块。通过设置第一防反向二极管以及第二防反向二极管，能够尽量必须电压冲突的情况出现，提高主机的安全性。

在一种具体实施例中，参见图6所示，充放电控制模块包括：第一电阻 R1、第二电阻R2、运算放大器以及参考电源；

第一电阻R1的第一端分别连接电源获取模块的正输出端以及运算放大器的正电源端N1，第一电阻R1的第二端分别连接第二电阻R2的第一端以及运算放大器的同相输入端IN1；第二电阻R2的第二端连接电源获取模块的负输出端(公共电源地线)O1；运算放大器的反相输入端IN2连接参考电源的正极，参考电源的负极与运算放大器的负电源端O1均连接电源获取模块的负输出端；运算放大器的输出端CTRL1作为充放电控制模块的输出端。

可以理解的是，充放电控制模块对主机储能模块进行控制的目的是为了控制主机处于稳压电压，其中稳压电压为VZW＝VS1*(1+R1/R2)。其中，可以令参考电源为5V，R1为200kΩ，R2为100kΩ；当输入电压高于15V时，运算放大器的O1脚的输出电压大于10V，控制主机储能模块从电源共享端或电源获取模块获取电压并进行充电；当输入电压低于15V时，运算放大器的O1脚的输出电压小于2V，控制主机储能模块向第一稳压模块和第二稳压模块提供电源。其中，这里的参考电源为一个输出固定电压值(即参考电压VS1)的电源，其输出的电压值用于作为电源获取模块的输出电压的参考值或者说基准值，来方便后续将两者比对来进行充放电控制。

在一种具体实施例中，参见图7所示，主机储能模块包括：储能电容C11、开关管、第一二极管D1；

储能电容C11的第一端连接电源获取模块的正输出端；储能电容C11的第二端分别连接开关管的漏极以及第一二极管D1的阴极；开关管的栅极连接充放电控制模块的输出端；开关管的源极以及第一二极管D1的阳极均连接电源获取模块的负输出端。

可以理解的是，开关管为NMOS管，其开启电压大于3V；当控制信号 CTR1的电压大于4V时，控制储能电容C11通过IO1口充电；当控制信号CTR1 的电压小于3V时，储能电容C11通过IO1口提供电源，通过第一二极管D1 形成放电回路；所述储能电容C11的容值为1法拉或其它容值，数值越大，储能越多，可根据实际应用选取以上各个组件的参数，本发明对此不作限定。

作为优选地，主机储能模块还包括放电稳压管D2；放电稳压管D2的阴极连接储能电容的第一端，放电稳压管D2的阳极连接储能电容的第二端。

可以理解的是，放电稳压管D2具有超压保护功能，能够在自身当前电压高于所设置的稳压电压时，控制自身所处位置处的电压保持为所设置的稳压电压。举例来说，假设稳压电压设置为12V，在放电稳压管D2上的电压要超出 12V时，放电稳压管D2能够将自身电压稳定在12V上。因此，通过设置放电稳压管D2，能够进一步稳定主机内的电压。其中，放电稳压管D2的稳压电压需要设置为高于主机的电源共享端的标准共享电压U3，例如可以搞1V，当然，稳压电压的具体数值本发明不作限定。

另外，本发明中的自发电模块和电源获取模块在进行发电时，可以利用车体的地电位差、或风能或太阳能等实现电源的获取，其中，利用车体的地电位差获取电源的原理为：利用车体和转向架与轴端的轴承之间回流产生的电压差进行发电，该发电需要基于一个前提条件，即车体和转向架与轴端轴承之间需要有大电流经过，否则不能发电或所发的电压有限不足以支撑传感器正常工作。如，当车辆在站点停车时或钢轨与网线之间设有回流电路时，此时流过车体和转向架与轴端轴承之间电流相对较小，所发电压会存在不足；当车辆在运行过程中且钢轨与网线之间没有回流电路时，所发电压会充足且存在富余。当然，以上仅为一种具体实施例，本发明不限定传感器和主机的发电方式。

为方便理解，参见图8所示，图8为本发明提供的一种以2只传感器与1 台主机示例的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统的应用电路图；图9为图 8所示的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统的仿真图。

图8中，SW11为传感器1的开关，SW1关闭后，能源1供电，能源1为传感器1的电源，GR11为传感器1的整流桥，将能源1输出的交流电转变为直流电，之后整流桥输出为后端供电；图8中共享电压U1处指的是传感器1 的电源共享端，输出1到电路指的是为传感器电路供电的端口；储能11指的是为传感器1的传感器储能模块供电的端口；R11(1MΩ)，R12(2KΩ)， C12(470u)以及U11(LM7808C)为辅助器件。同理，传感器2中的SW21、能源2、GR21、R22、U21、C22以及各个端口的工作过程与传感器1相同。之后传感器1和2的电源共享端并接后连接主机电路。

主机电路中，SW1为主机开关，SW1闭合后，能源0开始供电，交流电通过GR01整流桥后进入后端稳压及储能电路，其中C11、D1、D2组成主机储能模块，R1(200KΩ)、R2(100KΩ)、参考电源以及运算放大器组成充放电控制模块，稳压模块1(LM7812C)为第一稳压模块，稳压模块2(LM7812C) 为第二稳压模块，6反向二极管为第二防反向二极管，7反向二极管为第一防反向二极管。C2(470u)、R3(1KΩ)、R4(1MΩ)、R5(4.3KΩ)为辅助器件。当然以上仅为具体实施例，本发明不限定各个组件的具体数值和类别。

以上的几种具体实施方式仅是本发明的优选实施方式，以上几种具体实施例可以任意组合，组合后得到的实施例也在本发明的保护范围之内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，相关专业技术人员在不脱离本发明精神和构思前提下推演出的其他改进和变化，均应包含在本发明的保护范围之内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (11)

1.一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，包括：N个传感器、M个主机以及连接电路；其中，若干个传感器和/或若干个主机具有发电功能；N和M均为正整数；

各个所述传感器的电源共享端以及各个所述主机的电源共享端，均通过所述连接电路互相连通；具有发电功能的所述传感器和/或主机均包含有防反组件，所述防反组件设置于具有发电功能的所述传感器和/或主机的发电组件输出端和电源共享端之间；所述传感器和所述主机的电源共享端均连接自身耗能电路。

2.根据权利要求1所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，所述连接电路包括连接电缆、N个分别与所述传感器一一对应的共享电源接口以及M个分别与所述主机一一对应的共享电源接口；每个所述传感器的电源共享端均通过连接电缆与自身对应的共享电源接口连接；每个所述主机的电源共享端均通过连接电缆与自身对应的共享电源接口连接；各个所述共享电源接口之间均互相连接。

3.根据权利要求1所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，所述连接电路包括连接电缆以及集线设备；每个所述传感器的电源共享端以及每个所述主机的电源共享端均通过所述连接电缆相互导通；所述集线设备用于收敛连接线缆。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，若干个传感器和/或若干个主机还具有储能功能，且具有储能功能的所述传感器以及所述主机的电源共享端均与自身储能组件连接。

5.根据权利要求4所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，具有发电功能和储能功能的传感器包括：自发电模块、传感器储能模块、传感器稳压模块、传感器电路；

所述自发电模块的输出端为所述电源共享端，分别连接所述传感器储能模块的输入端以及所述传感器稳压模块的输入端；所述传感器稳压模块的输出端连接所述传感器电路。

6.根据权利要求4所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，具有发电功能和储能功能的主机包括：电源获取模块、主机储能模块、充放电控制模块、第一稳压模块、第二稳压模块和主机电路；

所述电源获取模块的输出端分别连接所述第一稳压模块、所述第二稳压模块以及所述主机储能模块的输入端；所述第一稳压模块的输出端分别连接所述充放电控制模块以及所述主机电路的输入端；所述充放电控制模块的输出端连接所述主机储能模块的控制端；所述第二稳压模块的输出端为所述主机的电源共享端；所述主机的电源共享端与所述电源获取模块的输出端连接；

所述电源获取模块用于进行发电；

所述第一稳压模块用于对所述电源获取模块和/或所述主机的电源共享端提供的电压进行稳压后输出至所述充放电控制模块；

所述充放电控制模块用于在接收的电压值超出共享阈值时，控制所述主机储能模块进行储能；在接收的电压值未超出共享阈值时，控制所述主机储能模块输出电能；

所述第二稳压模块用于将所述电源获取模块和/或所述主机的电源共享端提供的电压进行稳压后输出。

7.根据权利要求6所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，所述传感器的电源共享端的标准共享电压U1>所述主机的电源共享端的标准共享电压U3。

8.根据权利要求6所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，所述主机包含的防反组件具体为：第一防反向二极管和第二防反向二极管；所述第一防反向二极管的阳极连接所述第二稳压模块的输出端，所述第一防反向二极管的阴极作为所述主机的电源共享端；所述第二防反向二极管的阳极连接所述主机的电源共享端，所述第二防反向二极管的阴极分别连接所述第一稳压模块、所述主机储能模块以及所述第二稳压模块的输入端。

9.根据权利要求6所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，所述充放电控制模块包括：第一电阻、第二电阻、运算放大器以及参考电源；

所述第一电阻的第一端分别连接所述电源获取模块的正输出端以及所述运算放大器的正电源端，所述第一电阻的第二端分别连接所述第二电阻的第一端以及所述运算放大器的同相输入端；所述第二电阻的第二端连接所述电源获取模块的负输出端；所述运算放大器的反相输入端连接所述参考电源的正极，所述参考电源的负极与所述运算放大器的负电源端均连接所述电源获取模块的负输出端；所述运算放大器的输出端作为所述充放电控制模块的输出端。

10.根据权利要求6所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，所述主机储能模块包括：储能电容、开关管、第一二极管；

所述储能电容的第一端连接所述电源获取模块的正输出端；所述储能电容的第二端分别连接所述开关管的漏极以及所述第一二极管的阴极；所述开关管的栅极连接所述充放电控制模块的输出端；所述开关管的源极以及所述第一二极管的阳极均连接所述电源获取模块的负输出端。

11.根据权利要求10所述的基于电源共享的铁路货车故障诊断系统，其特征在于，所述主机储能模块还包括放电稳压管；所述放电稳压管的阴极连接所述储能电容的第一端，所述放电稳压管的阳极连接所述储能电容的第二端。

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