CN114414830A - 一种速度传感器数据的处理方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种速度传感器数据的处理方法和系统，速度传感器数据的处理方法，包括：根据采集的脉冲信号确定脉冲增量、相位角和脉冲量；根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程。本发明能够将多路脉冲信号处理为速度信息、方向信息和路程信息；处理方法简单高效、处理速度快、精度高。
Description
技术领域
本发明属于数据处理技术领域，特别涉及一种速度传感器数据的处理方法和系统。
背景技术
随着轨道电路信号的深入研究，列车控制系统研发深受重视。其中，对列车速度信息的处理技术也成为研发过程中的重要技术指标。如何将采集到的信号更精确的计算处理为速度信息、方向信息和路程信息，提高计算性能指标，是接口模块速度传感器采集研究的重点内容。现有技术中采集速度主要集中于中低速，并且采集精度和性能较低，随着铁路的高速发展，传统速度传感器数据的处理方法和系统，存在方法简单，安全性低，已不能满足铁路安全要求。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种速度传感器数据的处理方法，包括：
根据采集的脉冲信号确定脉冲增量、相位角和脉冲量；
根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程。
更进一步地，所述根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程的具体步骤如下：
根据脉冲增量确定列车速度；
根据所述列车速度，确定列车是否停车；
若所述列车未停车，则根据相位角确定列车方向；
若所述列车方向为前进，则根据脉冲量确定列车行驶的路程。
更进一步地，所述脉冲增量通过以下步骤确定：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间间隔；
确定多个脉冲周期的时间间隔的平均值，得到脉冲增量。
更进一步地，所述相位角通过以下步骤确定：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间点；
利用多路脉冲信号时间点之差确定相位角。
更进一步地，所述停车的判定标准为：
当列车速度小于e时，则判定列车为停车状态。
更进一步地，所述列车方向通过以下标准判定：
当a<相位角<b时，则列车方向为前进；
当c<相位角<d时，则列车方向为后退。
一种速度传感器数据的处理系统，包括：
第一确定单元，用于根据采集的脉冲信号确定脉冲增量、相位角和脉冲量；
第二确定单元，用于根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程。
更进一步地，所述第二确定单元，具体用于：
根据脉冲增量确定列车速度；
根据所述列车速度，确定列车是否停车；
若所述列车未停车，则根据相位角确定列车方向；
若所述列车方向为前进，则根据脉冲量确定列车行驶的路程。
更进一步地，所述第二确定单元，具体用于：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间间隔；
确定多个脉冲周期的时间间隔的平均值，得到脉冲增量。
更进一步地，所述第二确定单元，具体用于：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间点；
利用多路脉冲信号时间点之差确定相位角。
更进一步地，所述第二确定单元，具体用于：
当a<相位角<b时，则列车方向为前进；
当c<相位角<d时，则列车方向为后退。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够将多路脉冲信号处理为速度信息、方向信息和路程信息；处理方法简单高效、处理速度快、精度高。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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示出了根据本发明实施例的PZB主机接口模块软件的逻辑框图；
图2示出了根据本发明实施例的速度传感器数据的处理流程图；
图3示出了根据本发明实施例的脉冲信号计算参考示意图。
具体实施方式
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、完整地说明，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。
PZB系统可分为PZB主机设备和PZB车载天线设备两部分。其中，PZB主机设备包括电源模块、逻辑模块、功放模块、通信模块、接口模块、记录模块。本次设计针对接口模块进行。
接口模块软件的主要功能是接收通信模块命令、采集速度传感器的速度相关信息、并将速度相关信息及相关故障信息发送给通信模块。软件整体按照一个组件进行考虑，按照SIL2等级要求进行设计。
PZB主机接口模块软件的逻辑框图如图1所示，主要功能为：
1)采集4路脉冲信号，对其进行处理；
2)通过1路CAN与通信模块进行通信，接收通信模块信息，并把相关信息发送至通信模块；
3)通过LED进行状态监控，CAN通信正常时LED闪烁；故障时LED停止闪烁；宕机时频闪（快闪）；
4)对速度传感器及CAN通信进行故障监测，并将监测到的状态上传给通信模块；
5)程序中有内部看门狗，看门狗复位间隔为1s；
6)有自检功能，包括CPU硬件自检、脉冲采集电路自检，当检测到故障时应产生故障记录。
速度传感器采集精度分析：列车最大速度为200km/h，速度与频率的计算公式为：
其中，F表示频率，单位为Hz；V表示速度，单位为km/h；D表示轮径，D=860mm；m表示齿数，m=72。
所以当V=200km/h时，F=1500Hz，即脉冲周期为666us。软件所用速度传感器采集的16位寄存器时钟为8us，即寄存器清零周期为524ms，所以软件可以识别的速度传感器最大脉冲周期为524ms，此时F=1.9Hz，V=2.53km/h，即可以识别速度传感器最小速度为2.53km/h。
利用示波器对速度传感器信号进行测试，与实际速度对比，测试结果如表1所示，由表1中计算结果可以看出速度传感器精度在0.067%内，速度传感器信号与实际速度相差较小。
接口模块软件为嵌入式软件，运行在NXP公司的MCU芯片MC9S12XDP512MAG上。软件开发主要在Freescale公司提供的软件开发环境（Freescale CodeWarrior）上，利用C语言实现接口模块的功能。
速度传感器采集实现分为三个模块，分别是速度传感器信息采集模块、速度传感器信息计算模块和故障处理模块。
速度传感器信息采集模块主要针对2个冗余速度传感器共4路脉冲信号进行采集。利用脉冲采集中断ECT模块进行采集计数，计数信息即为路程信息；利用定时器中断进行速度和方向信息（相位信息）采集，停车判断为500ms，即最小速度为2.53km/h，当列车小于2.53km/h时，即判断为停车。速度传感器信息计算模块分为速度计算、路程计算和相位计算。
本发明提出的一种速度传感器数据的处理方法，包括以下步骤：
根据采集的脉冲信号确定脉冲增量、相位角和脉冲量；
根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程。速度传感器数据即为采集的脉冲信号。
根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程的具体步骤如下：
根据脉冲增量确定列车速度；
根据所述列车速度，确定列车是否停车；
若所述列车未停车，则根据相位角确定列车方向；
若所述列车方向为前进，则根据脉冲量确定列车行驶的路程。
本发明基于MC9S12芯片为例进行示例性说明，但并非仅仅限于MC9S12芯片，将采集到的速度传感器的相关信号进行相关计算处理，得到速度信息、方向信息和路程信息，可同时监测2个速度传感器，4路速度和路程信息及2个方向信息，接收速度传感器脉冲信号频率范围可达到10Hz-1.5kHz，采集的脉冲信号更精确，可大幅度提高数据处理速度。
图2示出了根据本发明实施例的速度传感器数据的处理流程图。如图2所示，速度传感器数据的处理步骤如下：
S201：开始，建立8组循环队列，4个数组；分别读取4个脉冲通道采集到脉冲信号时的时间点，并分别存入前4组循环队列中，用于相位角计算；将4个脉冲通道采集到的脉冲总个数分别存入4个数组中，用于路程计算；分别读取4个脉冲通道中2次脉冲的时间间隔，并存入后4组循环队列中，用于列车速度计算；
S202：查看后4组循环队列（对应脉冲增量）状态是否已经队列满；若已经队列满，则跳转步骤S203；若未队列满，则跳转步骤S204；
S203：分别读取后4组循环队列中各组的10个数据，并求每组数据的平均值，得到平均脉冲增量；
S204：查看前4组循环队列（对应相位）状态是否已经队列满；若已经队列满，则跳转步骤S205；若未队列满，则跳转步骤S206；
S205：分别读取前4组循环列队中各组的10个数据；
S206：根据平均脉冲增量确定列车速度，然后根据列车速度确定列车是否为停车状态；若列车为停车状态，则跳转步骤S207；若列车不是停车状态，则跳转步骤S208；当列车速度小于e时，则判断列车为停车状态，优选地，e为2.53km/h；
S207：设置方向为停车，则状态为正常；跳转步骤S215；
S208：根据前4组循环队列中各组的10个数据计算10个相位角，并求其平均值，得到平均相位角；
S209：判断平均相位角是否大于等于60°且小于等于120°；若满足上述要求，则跳转步骤S210；若不满足上述要求，则跳转步骤S211；
S210：列车前进；跳转步骤S214；
S211：判断平均相位角是否大于等于240°且小于等于300°；若满足上述要求，则跳转步骤S212；若不满足上述要求，则跳转步骤S213；
S212：列车后退；跳转步骤S214；
S213：故障处理；跳转步骤S214；
S214：读取脉冲量，根据脉冲量确定列车行驶的路程；
S215：结束。
速度传感器采集脉冲识别原理：
速度传感器共有4路脉冲信号，软件通过ECT模块对4路脉冲信号进行计数，脉冲每增加一次，计数值即增加一次，并记录每路脉冲信号中2次脉冲的时间间隔，通过计时器模块进行列车速度计算和相位角计算，并将计算结果保存；通过主循环计算列车方向，计算最近十次的平均值，并将计算得到的列车速度、列车方向和实时的脉冲总量（列车行驶的路程）等信息发送给通信模块。
脉冲识别原理分为三部分，分别是路程计算、速度计算和相位计算。其中，在对速度和相位的计算中，做了滤波处理，周期为10ms。计算结果为将2路路程信息、4路速度信息、2路相位信息及相位故障状态发送给通信模块。
脉冲量（路程计算）：脉冲中断，对2路脉冲信号进行实时采集计数，即为脉冲量，向CPU发送脉冲量信息；
脉冲增量（速度计算）：定时器中断，分别记录4路脉冲信号最近一个脉冲周期的时间间隔，计算4路脉冲信号中10个脉冲周期的时间间隔的平均值，即为平均脉冲增量，向CPU发送脉冲增量信息；
相位（方向计算）：定时器中断，分别记录4路脉冲信号最近一个脉冲周期的时间点，利用4路脉冲信号的时间点之差计算相位角，10个脉冲周期求一次平均值，即为平均相位角，并根据相位角判断列车前进或后退，向CPU发送列车方向信息。
图3示出了根据本发明实施例的脉冲信号计算参考示意图。如图3所示，脉冲计算方法具体如下：
路程计算：采集计数值，即为脉冲的个数（脉冲量）n；路程=n*轮径；示例性地，在时刻N，已知列车轮径D=860mm，脉冲量n为4000，所以行驶路程=D*n=3.44km；
速度计算：后4组循环队列记录值为脉冲增量，脉冲采集寄存器时钟为脉冲时钟，脉冲周期=脉冲增量*脉冲时钟；K ms记录一次脉冲周期Tn，K*10 ms做一次平均，脉冲周期T为：
速度传感器采集的16位寄存器时钟为8us，10次时间间隔记录数据分别为：83，83，84，84，83，83，82，82，83，83。求得平均值为83，脉冲周期=8us*83=664us，即频率F=1/664us=1506Hz；利用上文中速度与频率转换公式可得：
相位角计算：分别记录10次4路脉冲信号的时间点：
第1路脉冲信号：
；
第2路脉冲信号：
；
第3路脉冲信号：
；
第4路脉冲信号：
；
第1路脉冲信号和第2路脉冲信号的相位角
的计算过程如下：
其中，“||”为绝对值运算；“%”为除余运算；第3路脉冲信号和第4路脉冲信号的相位角 
的计算过程与上述过程相同，故不再详细说明；
示例性地，前4组循环队列记录的脉冲时间点数据分别为：
第1路脉冲信号： 0、83、166、249、332、415、498、581、664、747；
第2路脉冲信号：166、249、332、415、498、581、664、747、830、913；
第3路脉冲信号： 0、83、166、249、332、415、498、581、664、747；
第4路脉冲信号：166、249、332、415、498、581、664、747、830、913；
第1路脉冲信号和第2路脉冲信号的相位角
的计算过程如下：
同理求得
都为90°，所以平均相位角为90°。
2路脉冲信号的相位差表示方向，相位差为90°表示列车方向为前进，270°表示列车方向为后退。在中国铁路标准中，相位误差在±30°，因此列车方向判断标准如下：
当a<相位角 
<b时，则列车方向为前进；
当c<相位角 
<d时，则列车方向为后退；
列车停车：列车速度小于2.53km/h；
列车故障：相位角不满足上述条件。
优选地，a为60°，b为120°，c为240°，d为300°。其中，n=脉冲个数计数；T=脉冲周期；
=相位差；t=脉冲时间点；K=单次采集周期。
验证结果分析：
通过软件采用上述的速度传感器数据的处理方法进行速度传感器信息采集计算。上位机设置不同的速度，通过DMI显示PZB软件计算的速度，并记录，计算结果与实际速度传感器结果对比如表2所示。
欧洲标准为：速度误差要求在3km/h内。由上述试验结果可以看出，速度误差控制在1km/h内，符合欧洲标准要求。本发明能够将多路脉冲信号处理为速度信息、方向信息和路程信息，能有效监测速度信息、路程信息及相位信息，并通过4路速度信息、2路相位信息、2路路程信息进行冗余处理，接收速度传感器脉冲信号频率范围可达到10Hz-1.5kHz，使速度传感器信息监测更加可靠，处理后的速度信息误差更小，能够更加精准的控制列车；该处理方法简单高效、处理速度快、精度高。
基于上述的速度传感器数据的处理方法，本发明提出一种速度传感器数据的处理系统，包括：
第一确定单元，用于根据采集的脉冲信号确定脉冲增量、相位角和脉冲量；
第二确定单元，用于根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程。
第二确定单元，具体用于：
根据脉冲增量确定列车速度；
根据所述列车速度，确定列车是否停车；
若所述列车未停车，则根据相位角确定列车方向；
若所述列车方向为前进，则根据脉冲量确定列车行驶的路程。
第二确定单元，具体用于：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间间隔；
确定多个脉冲周期的时间间隔的平均值，得到脉冲增量。
第二确定单元，具体用于：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间点；
利用多路脉冲信号时间点之差确定相位角。
第二确定单元，具体用于：
当a<相位角<b时，则列车方向为前进；
当c<相位角<d时，则列车方向为后退。
本发明实施例中提供的速度传感器数据的处理系统中各单元的作用与上述方法类实施例中各步骤的操作流程是一一对应的，实现的效果也是一致的，具体参见上述实施例，本发明实施例中对此不再赘述。
本发明实施例还公开了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述速度传感器数据的处理方法的步骤。
本发明实施例还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述速度传感器数据的处理方法的步骤。该方法包括：根据采集的脉冲信号确定脉冲增量、相位角和脉冲量；根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程。
关于本文中所使用的“包括”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”。
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 (11)
1.一种速度传感器数据的处理方法，其特征在于，包括：
根据采集的脉冲信号确定脉冲增量、相位角和脉冲量；
根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程。
2.根据权利要求1所述的速度传感器数据的处理方法，其特征在于，所述根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程的具体步骤如下：
根据脉冲增量确定列车速度；
根据所述列车速度，确定列车是否停车；
若所述列车未停车，则根据相位角确定列车方向；
若所述列车方向为前进，则根据脉冲量确定列车行驶的路程。
3.根据权利要求2所述的速度传感器数据的处理方法，其特征在于，所述脉冲增量通过以下步骤确定：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间间隔；
确定多个脉冲周期的时间间隔的平均值，得到脉冲增量。
4.根据权利要求2所述的速度传感器数据的处理方法，其特征在于，所述相位角通过以下步骤确定：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间点；
利用多路脉冲信号时间点之差确定相位角。
5.根据权利要求2所述的速度传感器数据的处理方法，其特征在于，所述停车的判定标准为：
当列车速度小于e时，则判定列车为停车状态。
6.根据权利要求2所述的速度传感器数据的处理方法，其特征在于，所述列车方向通过以下标准判定：
当a<相位角<b时，则列车方向为前进；
当c<相位角<d时，则列车方向为后退。
7.一种速度传感器数据的处理系统，其特征在于，包括：
第一确定单元，用于根据采集的脉冲信号确定脉冲增量、相位角和脉冲量；
第二确定单元，用于根据所述脉冲增量确定列车速度，根据所述相位角确定列车方向，根据所述脉冲量确定列车行驶的路程。
8.根据权利要求7所述的速度传感器数据的处理系统，其特征在于，所述第二确定单元，具体用于：
根据脉冲增量确定列车速度；
根据所述列车速度，确定列车是否停车；
若所述列车未停车，则根据相位角确定列车方向；
若所述列车方向为前进，则根据脉冲量确定列车行驶的路程。
9.根据权利要求8所述的速度传感器数据的处理系统，其特征在于，所述第二确定单元，具体用于：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间间隔；
确定多个脉冲周期的时间间隔的平均值，得到脉冲增量。
10.根据权利要求8所述的速度传感器数据的处理系统，其特征在于，所述第二确定单元，具体用于：
分别记录多路脉冲信号单个脉冲周期的时间点；
利用多路脉冲信号时间点之差确定相位角。
11.根据权利要求8所述的速度传感器数据的处理系统，其特征在于，所述第二确定单元，具体用于：
当a<相位角<b时，则列车方向为前进；
当c<相位角<d时，则列车方向为后退。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220429 |