CN113671931B - 一种安全信号采集器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种安全信号采集器，所述采集器包括：采集单元，逻辑单元以及通信单元；采集单元包括混频电路，混频电路用于基于检测到的混频信号生成第一信号和第二信号；逻辑单元用于基于第一信号的频率、第二信号的频率以及第一信号与第二信号之间的相位差，确定混频信号的混合频率，并当混合频率与第二信号的频率相同时，发送第一采集结果至通信单元，以使通信单元将第一采集结果发送至主控制器。本发明可以基于检测到的混频信号确定电路正常，同时基于逻辑单元计算得到的混合频率，确定混频信号中是否存在安全信号，从而可以应用于任意安全侧环境下，实现安全信号的采集。

Description

一种安全信号采集器
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种安全信号采集器。
背景技术
在轨道交通系统中，信号与行车安全的关系分为两类，一类是与安全无关的称作非安全信号，一类是与安全相关的称作安全信号。信号采集错误可以由硬件故障、外界干扰、程序运算错误所产生，从而会影响行车安全，因此亟需安全的采集技术。
目前，多通过信号采集电路进行信号采集，但该电路在使用过程中采集不到信号的时候，无法区分是没有信号输入还是采集电路故障。
发明内容
本发明提供一种安全信号采集器，用以解决现有技术中采集电路没有信号输入时，无法定位分析错误原因的缺陷。
本发明提供一种安全信号采集器，包括：
采集单元，逻辑单元以及通信单元；
所述采集单元包括混频电路，所述混频电路用于基于检测到的混频信号生成第一信号以及第二信号；所述第一信号的频率与所述第二信号的频率不同，所述混频信号包括所述混频电路产生的子信号，或所述子信号和外部输入的安全信号；
所述逻辑单元用于基于所述第一信号的频率、所述第二信号的频率以及所述第一信号与所述第二信号之间的相位差，确定所述混频信号的混合频率，并当所述混合频率与所述第二信号的频率相同时，发送第一采集结果至所述通信单元，以使所述通信单元将所述第一采集结果发送至主控制器；所述第一采集结果为所述混频信号中存在安全信号。
根据本发明提供的一种安全信号采集器，所述逻辑单元还用于：
当所述混合频率为所述第一信号的频率与所述第二信号的频率之和时，发送第二采集结果至所述通信单元，以使所述通信单元将所述第二采集结果发送至主控制器；所述第二采集结果为所述混频信号中不存在安全信号。
根据本发明提供的一种安全信号采集器，所述混频电路包括第一发码模块和第二发码模块；
所述第一发码模块用于基于所述混频信号，生成所述第一信号；
所述第二发码模块用于基于所述混频信号，生成所述第二信号。
根据本发明提供的一种安全信号采集器，所述逻辑单元包括第一信号采集模块、第二信号采集模块以及信号处理模块；
所述第一信号采集模块的输入端与所述第一发码信号的输出端连接，用于接收所述第一信号；所述第二信号采集模块的输入端与所述第二发码信号的输出端连接，用于接收所述第二信号；
所述信号处理模块的输入端分别与所述第一信号采集模块的输出端和所述第二信号处理模块的输入端连接，用于基于所述第一信号的频率、所述第二信号的频率以及所述第一信号与所述第二信号之间的相位差，确定混合频率，并当所述混合频率与所述第二信号的频率相同时，发送所述第一采集结果至所述通信单元。
根据本发明提供的一种安全信号采集器，所述信号处理模块包括第一信号处理模块和第二信号处理模块；
所述第一信号处理模块的输入端与所述第一信号采集模块的输出端连接，用于接收所述第一信号；所述第二信号处理模块的输入端与所述第二信号采集模块的输出端连接，用于接收所述第二信号；所述第一信号处理模块的输出端与所述第二信号的输出端连接。
根据本发明提供的一种安全信号采集器，还包括：监测单元，所述监测单元用于实时获取所述逻辑单元的工作参数，并在所述工作参数大于预设值时，发送报警信号至所述通信单元，以使所述通信单元将所述报警信号发送至所述主控制器。
根据本发明提供的一种安全信号采集器，所述监测单元包括温度传感器和第三信号处理模块；所述工作参数包括工作温度；
所述温度传感器用于实时获取所述工作温度，所述第三信号处理模块用于在所述工作温度大于所述预设值时，发送报警信号至所述通信单元。
根据本发明提供的一种安全信号采集器，所述监测单元还包括供电模块，所述供电模块用于为所述温度传感器和所述第三信号处理模块提供电能。
根据本发明提供的一种安全信号采集器，所述通信单元包括冗余模块和发送模块；
所述冗余模块用于将所述第一采集结果发送至所述主控制器，所述发送模块用于将所述报警信号发送至所述主控制器。
根据本发明提供的一种安全信号采集器，所述冗余电路包括FlexRay电路，所述发送模块包括RS485电路。
本发明提供的安全信号采集器，通过在采集单元中设置混频电路，从而可以基于检测到混频信号确定电路正常，同时基于逻辑单元计算得到混频信号的混合频率，并当混合频率与第二信号的频率相同时，确定混频信号中存在安全信号，从而可以应用于任意安全侧环境下，实现安全信号的采集。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的安全信号采集器的结构示意图之一；
图2是本发明提供的采集单元的结构示意图；
图3是本发明提供的安全信号采集器的结构示意图之二。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作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。
目前，在进行列车安全信号采集时，多通过信号采集电路进行信号采集，但该电路在使用过程中必须设置无信号为安全侧，即当采集不到发码信号的时候，表明有故障。然而，在列车的相关信号中，有一些安全信号对于安全侧设定为有采集信号，此时该电路的应用存在一定的问题，比如此时采集不到信号的时候，无法区分是没有信号输入还是采集电路故障。
对此，本发明提供一种安全信号采集器。图1是本发明提供的安全信号采集器的结构示意图之一，如图1所示，该采集器包括：采集单元110，逻辑单元120以及通信单元130；
采集单元110包括混频电路111，混频电路111用于基于检测到的混频信号生成第一信号以及第二信号；第一信号的频率与第二信号的频率不同，混频信号包括混频电路产生的子信号，或子信号和外部输入的安全信号；
逻辑单元120用于基于第一信号的频率、第二信号的频率以及第一信号与第二信号之间的相位差，确定混频信号的混合频率，并当混合频率与第二信号的频率相同时，发送第一采集结果至通信单元130，以使通信单元130将第一采集结果发送至主控制器；第一采集结果为混频信号中存在安全信号。
具体地，混频电路111可以定时产生一个子信号，当检测到有安全信号输入时，此时混频信号由安全信号和该子信号构成；当没有安全信号输入时，此时混频信号由该子信号构成；当混频电路111存在故障时，无法产生子信号，即此时不存在混频信号。因此，当混频电路111没有检测到混频信号时，表明混频电路111没有产生子信号，即混频电路存在故障；当混频电路111检测到混频信号时，表明混频电路111产生了子信号，即混频电路不存在故障。
在检测到混频信号后，混频电路111可以基于该混频信号生成第一信号以及第二信号，其中第一信号的频率与第二信号的频率不同。逻辑单元120基于第一信号的频率、第二信号的频率以及第一信号与第二信号之间的相位差，确定混合频率，并当混合频率与第二信号的频率相同时，表明混频信号中存在安全信号，即表明信号采集正确，并将对应的第一采集结果发送至通信单元130，以使通信单元130将采集结果发送至主控制器。需要说明的是，混频电路111可以为动态混频编码采集电路，该电路可以用于任意安全侧的铁路信号安全采集。
例如，第一信号的频率为1kHz，第二信号的频率为2kHz，第一信号与第二信号之间的相位差为60度，若得到的混合频率为2kHz，即混合频率与第二信号的频率相同时，表明混频信号中存在安全信号，即表明采集单元110正确采集了安全信号。
本发明实施例提供的安全信号采集器，通过在采集单元中设置混频电路，从而可以基于检测到的混频信号确定电路正常，同时基于逻辑单元计算得到混频信号的混合频率，并当混合频率与第二信号的频率相同时，确定混频信号中存在安全信号，从而可以应用于任意安全侧环境下，实现安全信号的采集。
基于上述实施例，逻辑单元120还用于：
当混合频率为第一信号的频率与第二信号的频率之和时，发送第二采集结果至通信单元130，以使通信单元130将第二采集结果发送至主控制器；第二采集结果为混频信号中不存在安全信号。
具体地，当混合频率为第一信号的频率与第二信号的频率之和时，表明混频信号中只存在混频电路自身产生的子信号，而不存在安全信号，并将对应的第二采集结果发送至通信单元130，以使通信单元130将第二采集结果发送至主控制器。
例如，第一信号的频率为1kHz，第二信号的频率为2kHz，第一信号与第二信号之间的相位差为60度，若得到的混合频率为3kHz，即混合频率为第一信号的频率与第二信号的频率之和时，表明混频信号中不存在安全信号，即表明采集单元110此时未采集到安全信号。
基于上述任一实施例，混频电路111包括第一发码模块和第二发码模块；
第一发码模块用于基于混频信号，生成第一信号；
第二发码模块用于基于混频信号，生成第二信号。
具体地，混频电路111包括第一发码模块和第二发码模块，第一发码模块和第二发码模块的发码信号频率不同，如第一发码模块可以设置发码信号频率为第一频率(如1kHz)，第二发码模块可以设置发码信号频率为第二频率(如2kHz)，从而第一发码模块可以基于混频信号，生成频率为1kHz的第一信号(即发码信号1)，第二发码模块可以基于混频信号，生成频率为2kHz的第二信号(即发码信号2)。
如图2所示，发码信号1的频率设置为1KHZ，发码信号2的频率设置为2KHZ，且两个信号的相位差设置为60度，当有外部输入的安全信号时，逻辑单元中的FPGA采集到的混合频率为2KHZ，当无外部输入的安全信号时，逻辑单元中的FPGA采集到的混合频率为3KHZ。其中，图2中的FPGA-1和FPGA-2共同构成逻辑单元的FPGA。
基于上述任一实施例，逻辑单元120包括第一信号采集模块、第二信号采集模块以及信号处理模块；
第一信号采集模块的输入端与第一发码信号的输出端连接，用于接收第一信号；第二信号采集模块的输入端与第二发码信号的输出端连接，用于接收第二信号；
信号处理模块的输入端分别与第一信号采集模块的输出端和第二信号处理模块的输入端连接，用于基于第一信号的频率、第二信号的频率以及第一信号与第二信号之间的相位差，确定混合频率，并当混合频率与第二信号的频率相同时，发送第一采集结果至通信单元。
如图3所示，逻辑单元120包括第一信号采集模块(FPGA-1)、第二信号采集模块(FPGA-2)以及信号处理模块(MCU-1+MCU-2)。其中，MCU-1与FPGA-1之间通过并行总线连接，MCU-2与FPGA-2之间通过并行总线连接，MCU-1与MCU-2之间通过CAN总线连接，从而FPGA-1可以将接收的第一信号发送至MCU-1，FPGA-2可以将接收的第二信号发送至MCU-2，进而信号处理模块可以进行MCU取二运算，将MCU-1与MCU-2采集到的信号进行对比，得到运算结果，即混合频率，从而可以基于混合频率判断混频信号中是否存在安全信号，即当混合频率与第二信号的频率相同时，确定混频信号中存在安全信号，当混合频率为第一信号的频率与第二信号的频率之和时，确定混频信号中不存在安全信号。
基于上述任一实施例，信号处理模块包括第一信号处理模块和第二信号处理模块；
第一信号处理模块的输入端与第一信号采集模块的输出端连接，用于接收第一信号；第二信号处理模块的输入端与第二信号采集模块的输出端连接，用于接收第二信号；第一信号处理模块的输出端与第二信号的输出端连接。
如图3所示，信号处理模块包括第一信号处理模块(MCU-1)和第二信号处理模块(MCU-2)，第一信号处理模块(MCU-1)与第一信号采集模块(FPGA-1)连接，第二信号处理模块(MCU-2)与第二信号采集模块(FPGA-2)连接，从而第一信号处理模块(MCU-1)和第二信号处理模块(MCU-2)可以对第一信号和第二信号进行对比运算，确定混合频率，并基于混合频率判断混频信号中是否存在安全信号。
基于上述任一实施例，还包括：监测单元，监测单元用于实时获取逻辑单元的工作参数，并在工作参数大于预设值时，发送报警信号至通信单元，以使通信单元将报警信号发送至主控制器。
具体地，安全信号采集器还包括监测单元，该监测单元可以实时获取逻辑单元的工作参数，当工作参数大于预设值时，表明逻辑单元处于非正常环境中，可能会发生故障，因此监测单元会发送报警信号至通信单元，以使通信单元将报警信号发送至主控制器，便于相关人员及时处理，避免设备损坏。其中，工作参数可以包括工作温度、工作电压等，当监测单元检测到逻辑单元的工作温度或工作电压过高时，会发送报警信号至通信单元，以便相关人员及时进行处理，避免逻辑单元在过高温度的工作环境中运行发生故障。
如图3所示，当监测单元检测到逻辑单元的工作温度超过85℃或逻辑单元中的MCU和FPGA的工作电压超出其正常工作范围时，MCU-3将报警信号通过RS485电路发送至上层主控制器，以使主控制器根据实际情况作出相应的判断。
由此可见，本发明实施例通过设置监测单元实时获取逻辑单元的工作参数，从而可以避免逻辑单元在非正常工作环境下产生故障，降低了设备的维护成本。
基于上述任一实施例，监测单元包括温度传感器和第三信号处理模块；工作参数包括工作温度；
温度传感器用于实时获取工作温度，第三信号处理模块用于在工作温度大于预设值时，发送报警信号至通信单元。
具体地，监测单元中设置有温度传感器和第三信号处理模块，温度传感器可以实时获取工作温度，并将工作温度发送至第三信号处理模块，当工作温度大于预设值时，第三信号处理模块生成报警信号，并发送报警信号至通信单元，以使通信单元将报警信号发送至上层主控制器。
基于上述任一实施例，监测单元还包括供电模块，供电模块用于为温度传感器和第三信号处理模块提供电能。
具体地，监测单元还包括供电模块，供电模块可以独立为监测单元提供电能，即独立为温度传感器和第三信号处理模块提供电能，从而可以保证监测单元能够独立工作，不受其它设备影响。
由此可见，本发明实施例通过在监测单元设置供电模块，从而可以保证监测单元能够独立工作，实时获取逻辑单元的工作参数，而不受其它设备影响。
基于上述任一实施例，通信单元包括冗余模块和发送模块；
冗余模块用于将第一采集结果发送至主控制器，发送模块用于将报警信号发送至主控制器。
具体地，通信单元包括冗余模块和发送模块，冗余模块既可以将第一采集结果发送至主控制器，也可以将第二采集结果发送至主控制器，发送模块用于接收监测单元的报警信号，并将报警信号发送至主控制器，以使相关人员及时获知逻辑单元的工作环境状态。其中，冗余电路可以为FlexRay电路，发送模块可以为RS485电路，本发明实施例对此不作具体限定。
如图3所示，本发明实施例提供的安全信号采集器主要由逻辑单元、采集单元、监测单元和通信单元组成，逻辑单元由两个MCU与两个FPGA组成，FPGA负责发送编码和信号采集，MCU负责取二运算，FPGA与MCU之间通过并行总线通信，MCU之间通过独立CAN通道进行通信。采集单元采用动态混频编码采集电路，如图2所示，FPGA-1产生一个频率的发码信号1，FPGA-2产生另一个频率的发码信号2，两者存在一定的相位差，当没有安全信号时，FPGA采集到的信号频率为两个频率之和，当存在安全信号时，FPGA采集到的信号频率为发码信号2的频率。如果该采集电路出现器件损坏而引起断路，则采集的信号为固定的电平信号。监测单元由独立供电的MCU和温度传感器组成，独立供电保证了监测电路的独立性，不会因监测电路故障引起设备失效。监测单元采集工作环境温度和MCU、FPGA的工作电压，通过RS485电路传送到主控制器。通信单元由冗余FlexRay电路和RS485电路组成，冗余FlexRay电路用于将MCU的运算结果传送到主控制器，冗余保证了通信的可靠性。
由此可见，本发明实施例提供的安全信号采集器通过动态混频编码采集电路可以用于任意安全侧的铁路信号安全采集，同时通过监测单元保证了设备工作在合适的环境中，防止因工作环境问题引发故障。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种安全信号采集器，其特征在于，包括：
采集单元，逻辑单元以及通信单元；
所述采集单元包括混频电路，所述混频电路用于基于检测到的混频信号生成第一信号以及第二信号；所述第一信号的频率与所述第二信号的频率不同，所述混频信号包括所述混频电路产生的子信号，或所述子信号和外部输入的安全信号；
所述逻辑单元用于基于所述第一信号的频率、所述第二信号的频率以及所述第一信号与所述第二信号之间的相位差，确定所述混频信号的混合频率，并当所述混合频率与所述第二信号的频率相同时，发送第一采集结果至所述通信单元，以使所述通信单元将所述第一采集结果发送至主控制器；所述第一采集结果为所述混频信号中存在安全信号；
所述逻辑单元还用于：
当所述混合频率为所述第一信号的频率与所述第二信号的频率之和时，发送第二采集结果至所述通信单元，以使所述通信单元将所述第二采集结果发送至主控制器；所述第二采集结果为所述混频信号中不存在安全信号。
2.根据权利要求1所述的安全信号采集器，其特征在于，所述混频电路包括第一发码模块和第二发码模块；
所述第一发码模块用于基于所述混频信号，生成所述第一信号；
所述第二发码模块用于基于所述混频信号，生成所述第二信号。
3.根据权利要求2所述的安全信号采集器，其特征在于，所述逻辑单元包括第一信号采集模块、第二信号采集模块以及信号处理模块；
所述第一信号采集模块的输入端与所述第一发码模块的输出端连接，用于接收所述第一信号；所述第二信号采集模块的输入端与所述第二发码模块的输出端连接，用于接收所述第二信号；
所述信号处理模块的输入端分别与所述第一信号采集模块的输出端和所述第二信号采集模块的输出端连接，用于基于所述第一信号的频率、所述第二信号的频率以及所述第一信号与所述第二信号之间的相位差，确定混合频率，并当所述混合频率与所述第二信号的频率相同时，发送所述第一采集结果至所述通信单元。
4.根据权利要求3所述的安全信号采集器，其特征在于，所述信号处理模块包括第一信号处理模块和第二信号处理模块；
所述第一信号处理模块的输入端与所述第一信号采集模块的输出端连接，用于接收所述第一信号；所述第二信号处理模块的输入端与所述第二信号采集模块的输出端连接，用于接收所述第二信号；所述第一信号处理模块的输出端与所述第二信号的输出端连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的安全信号采集器，其特征在于，还包括：监测单元，所述监测单元用于实时获取所述逻辑单元的工作参数，并在所述工作参数大于预设值时，发送报警信号至所述通信单元，以使所述通信单元将所述报警信号发送至所述主控制器。
6.根据权利要求5所述的安全信号采集器，其特征在于，所述监测单元包括温度传感器和第三信号处理模块；所述工作参数包括工作温度；
所述温度传感器用于实时获取所述工作温度，所述第三信号处理模块用于在所述工作温度大于所述预设值时，发送报警信号至所述通信单元。
7.根据权利要求6所述的安全信号采集器，其特征在于，所述监测单元还包括供电模块，所述供电模块用于为所述温度传感器和所述第三信号处理模块提供电能。
8.根据权利要求5所述的安全信号采集器，其特征在于，所述通信单元包括冗余模块和发送模块；
所述冗余模块用于将所述第一采集结果发送至所述主控制器，所述发送模块用于将所述报警信号发送至所述主控制器。
9.根据权利要求8所述的安全信号采集器，其特征在于，所述冗余模块包括FlexRay电路，所述发送模块包括RS485电路。
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