CN115402377A - 一种采集电流、电压可调的动车组分时控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采集电流、电压可调的动车组分时控制电路及方法，控制电路包括：处理器、开关A、拨码开关、分压电路、功耗电路以及开关B，开关A和B由MOS管组成，通过处理器控制MOS管的闭合与关断；拨码开关为8421旋转拨码开关；分压电路包括DC24V‑DC110V分压电路，均由稳压二极管组成；功耗电路由可调数字电位器和光耦组成，处理器通过I2C总线设置数字电位器阻值；通过光耦检测信号是否形成通路，并通过处理器的IO引脚进行高低电平采集。本发明控制方法包括：调整和控制动车组采样不同电流、不同电压；对动车组采样进行分时控制；调整和控制动车组采样功耗。本发明能够针对动车组的不同电流、不同电压信号进行分时控制与采集，实现信号的定时采集与分时采集。

Description

一种采集电流、电压可调的动车组分时控制电路及方法

技术领域

本发明涉及列车控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种采集电流、电压可调的动车组分时控制电路及方法。

背景技术

基于动车组电流、电压的采集，现有方案普遍采用固定值的方式进行电流、电压采集，采集通道需要一直导通，采样电流值与电压值均不可调。

采用固定值的方式进行电流、电压采集，采集通道需要一直导通，采样电流值与电压值均不可调，存在成本高、灵活性差、兼容性差、适应性弱、功耗大、不节能等缺点问题。

发明内容

根据上述提出采用固定值的方式进行电流、电压采集，采集通道需要一直导通，采样电流值与电压值均不可调，存在成本高、灵活性差、兼容性差、适应性弱、功耗大、不节能等缺点问题，本发明提供一种采集电流、电压可调的动车组分时控制电路及方法。本发明能够针对动车组的不同电流、不同电压信号进行分时控制与采集，可实现信号的定时采集与分时采集，实现低功耗采样运行，实现节能的目的。

本发明采用的技术手段如下：

一种采集电流、电压可调的动车组分时控制电路，包括：处理器、与处理器连接的开关A、拨码开关、分压电路、功耗电路以及开关B，其中：

开关A和开关B均由MOS管组成，通过处理器控制MOS管的闭合与关断；

拨码开关为8421旋转拨码开关；

分压电路包括DC24V分压电路、DC48V分压电路、DC72V分压电路以及DC110V分压电路，均由稳压二极管组成；

功耗电路包括可调数字电位器和光耦，处理器通过I2C总线设置数字电位器阻值；通过光耦检测信号是否形成通路，并通过处理器的IO引脚进行高低电平采集。

本发明还提供了一种基于上述动车组分时控制电路的采集电流、电压可调的动车组分时控制方法，包括：

调整和控制动车组采样不同电流、不同电压；

对动车组采样进行分时控制；

调整和控制动车组采样功耗。

进一步地，所述调整和控制动车组采样不同电流、不同电压，包括：

根据采样电流与电压的实际需求，计算数字电位器U1与U2的阻值；

通过旋转拨码开关，将拨码值设置为1，实现DC24V分压电路导通，其余三个分压电路为断开状态；

通过处理器软件编程，处理器通过I2C总线控制U1与U2的电阻值为9.5K，同时，处理器通过IO引脚控制开关A与开关B的MOS管进行闭合或断开。

进一步地，所述对动车组采样进行分时控制，包括：

基于动车组的非关键信号，通过处理器控制开关A与开关B闭合或断开，实现对动车组采样的分时控制，进而达到节能目的。

进一步地，所述基于动车组的非关键信号，通过处理器控制开关A与开关B闭合或断开，实现对动车组采样的分时控制，进而达到节能目的，具体包括：

如果采样信号每60分钟只需要采集一次，其他时间不需要采集，则通过处理器在第0-1分钟内控制开关A闭合、开关B闭合，采样通道导通，完成信号采样；

采样结束后，在第2-60分钟内过处理器控制开关A断开、开关B断开，采样通道断开，没有电流消耗，达到每60分钟只消耗1分钟能量的效果，达到节能的目的；

根据实际需要，进行定时采集，设置在24小时内，分别在整点进行信号采集，采集时将开关A与B闭合，采集结束时，将开关A与B断开。

进一步地，所述调整和控制动车组采样功耗，包括：

基于动车组的关键信号，在采集周期为100ms内完成信号的实时采集。

进一步地，所述基于动车组的关键信号，在采集周期为100ms内完成信号的实时采集，具体包括：

通过处理器控制开关A与开关B在第0-2ms内完成闭合，采集通道导通，处理器在第3-4ms完成信号采集，处理器控制开关A与开关B在第5-50ms内完成断开，采集通道断开；

处理器控制开关A与开关B在第50-52ms内完成闭合，采集通道导通，处理器在第53-54ms完成信号采集，处理器控制开关A与开关B在第55-100ms内完成断开，采集通道断开；

依此类推，循环进行，整个采样周期为50ms，符合动车组的100ms采样周期要求。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的采集电流、电压可调的动车组分时控制电路及方法，能够针对动车组的不同电流、不同电压信号进行分时控制与采集，可实现信号的定时采集与分时采集，实现低功耗采样运行，实现节能的目的。

2、本发明提供的采集电流、电压可调的动车组分时控制电路及方法，针对数字量信号的采集可进行灵活操作，通用型强大，并能根据不同技术需求，给出定制化的可调控制方法，可实现节能与降功耗的作用。

基于上述理由本发明可在列车控制等领域广泛推广。

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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明采集电流、电压可调的动车组分时控制电路原理图。

图2为本发明实施例提供的拨码开关原理图。

图3为本发明实施例提供的功耗电路内部原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种采集电流、电压可调的动车组分时控制电路，包括：处理器、与处理器连接的开关A、拨码开关、分压电路、功耗电路以及开关B，其中：

开关A和开关B均由MOS管组成，通过处理器控制MOS管的闭合与关断；

拨码开关为8421旋转拨码开关；8421旋转拨码开关是一款用来操作控制的地址开关，采用的是0/1的二进制编码原理，通俗的说也就是一款能用手拨动的微型的开关。8421旋转拨码开关采用直插式(DIP)，在两态之间变换，再根据不同的位组成2的N次方的不同状态，实现不同的功能。如图2所示，为拨码开关原理图，8421旋转拨码开关可以设接通为1；断开为0，则有：

0000对应0

0001对应1

0010对应2

……

1110对应E

1111对应F

一共是16种编码。

分压电路包括DC24V分压电路、DC48V分压电路、DC72V分压电路以及DC110V分压电路，均由稳压二极管组成；在本实施例中，稳压值分别9V、18V、24V、36V，各个分压电路通过防反二极管进行切换保护，二极管反向耐压超过300V。

功耗电路由2个可调数字电位器和1个光耦组成，处理器通过I2C总线设置数字电位器阻值，范围0-100K；通过光耦检测信号是否形成通路，并通过处理器的IO引脚进行高低电平采集，电阻R1起到分流保护作用。在本实施例中，可调数字电位器的型号为MCP4561，光耦的型号为TLP627。如图3所示，为功耗电路内部原理图，图中，SCL与SDA为12C总线，与处理器连接，处理器可以通过12C总线控制U1与U2的阻值。IO_SIGNAL为信号采集结果，处理器通过该引脚进行IO信号高低电平采集。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明提供了一种采集电流、电压可调的动车组分时控制方法，包括：

S1、调整和控制动车组采样不同电流、不同电压；

S2、对动车组采样进行分时控制；

S3、调整和控制动车组采样功耗。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤S1调整和控制动车组采样不同电流、不同电压，包括：

S11、根据采样电流与电压的实际需求，计算数字电位器U1与U2的阻值；

在本实施例中，需要3mA的采样电流与24V的采样输入电压。功耗电路的电压为24V-9V(稳压分压)-0.7V(二极管分压)＝14.3V，功耗电阻为＝14.3V/3mA＝14.3V/0.003A＝4766欧姆，因此U1与U2的阻值应设置为＝9532欧姆，约等于9.5K(通过设置U1与U2的阻值，就可以实现电流信号可调)。

S12、通过旋转拨码开关，将拨码值设置为1(就是0001。如果拨码值设置为2，就是0010，DC48V分压电路导通，其余三个分压电路为断开状态。依次类推，通过手动调节拨码开关的设定值，可以实现4种电压信号可调)，实现DC24V分压电路导通，其余三个分压电路为断开状态；

S13、通过处理器软件编程，处理器通过I2C总线控制U1与U2的电阻值为9.5K，同时，处理器通过IO引脚控制开关A与开关B的MOS管进行闭合或断开。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤S2对动车组采样进行分时控制，包括：

从节能角度出发，基于动车组的非关键信号，通过处理器控制开关A与开关B闭合或断开，实现对动车组采样的分时控制，进而达到节能目的。

在本实施例中，如果采样信号每60分钟只需要采集一次，其他时间不需要采集，则通过处理器在第0-1分钟内控制开关A闭合、开关B闭合，采样通道导通，完成信号采样；采样结束后，在第2-60分钟内过处理器控制开关A断开、开关B断开，采样通道断开，没有电流消耗，达到每60分钟只消耗1分钟能量的效果，达到节能的目的；根据实际需要，进行定时采集，设置在24小时内，分别在整点进行信号采集，采集时将开关A与B闭合，采集结束时，将开关A与B断开。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤S3调整和控制动车组采样功耗，包括：

基于动车组的关键信号，在采集周期为100ms内完成信号的实时采集。

因为分时控制电路所选的元器件都是高频元器件，光耦开关频率可以实现4KHz。因此，如果要降低采样功耗又要保证采样周期100ms的要求，可用如下方法：通过处理器控制开关A与开关B在第0-2ms内完成闭合，采集通道导通，处理器在第3-4ms完成信号采集，处理器控制开关A与开关B在第5-50ms内完成断开，采集通道断开；处理器控制开关A与开关B在第50-52ms内完成闭合，采集通道导通，处理器在第53-54ms完成信号采集，处理器控制开关A与开关B在第55-100ms内完成断开，采集通道断开；

依此类推，循环进行，整个采样周期为50ms，符合动车组的100ms采样周期要求。总结就是，在50ms的周期内，采集通道实际工作时间只有2ms，相对于传统的一直导通设计，功耗相当于只有传统的2ms/50ms＝1/25，一个采样周期内，功耗降低了96％。同时，整个采样周期为50ms，符合动车组的100ms采样周期要求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (7)

1.一种采集电流、电压可调的动车组分时控制电路，其特征在于，包括：处理器、与处理器连接的开关A、拨码开关、分压电路、功耗电路以及开关B，其中：

开关A和开关B均由MOS管组成，通过处理器控制MOS管的闭合与关断；

拨码开关为8421旋转拨码开关；

分压电路包括DC24V分压电路、DC48V分压电路、DC72V分压电路以及DC110V分压电路，均由稳压二极管组成；

功耗电路包括可调数字电位器和光耦，处理器通过I2C总线设置数字电位器阻值；通过光耦检测信号是否形成通路，并通过处理器的IO引脚进行高低电平采集。

2.一种基于权利要求1所述动车组分时控制电路的采集电流、电压可调的动车组分时控制方法，其特征在于，包括：

调整和控制动车组采样不同电流、不同电压；

对动车组采样进行分时控制；

调整和控制动车组采样功耗。

3.根据权利要求2所述的采集电流、电压可调的动车组分时控制方法，其特征在于，所述调整和控制动车组采样不同电流、不同电压，包括：

根据采样电流与电压的实际需求，计算数字电位器U1与U2的阻值；

通过旋转拨码开关，将拨码值设置为1，实现DC24V分压电路导通，其余三个分压电路为断开状态；

通过处理器软件编程，处理器通过I2C总线控制U1与U2的电阻值为9.5K，同时，处理器通过IO引脚控制开关A与开关B的MOS管进行闭合或断开。

4.根据权利要求2所述的采集电流、电压可调的动车组分时控制方法，其特征在于，所述对动车组采样进行分时控制，包括：

基于动车组的非关键信号，通过处理器控制开关A与开关B闭合或断开，实现对动车组采样的分时控制，进而达到节能目的。

5.根据权利要求4所述的采集电流、电压可调的动车组分时控制方法，其特征在于，所述基于动车组的非关键信号，通过处理器控制开关A与开关B闭合或断开，实现对动车组采样的分时控制，进而达到节能目的，具体包括：

如果采样信号每60分钟只需要采集一次，其他时间不需要采集，则通过处理器在第0-1分钟内控制开关A闭合、开关B闭合，采样通道导通，完成信号采样；

采样结束后，在第2-60分钟内过处理器控制开关A断开、开关B断开，采样通道断开，没有电流消耗，达到每60分钟只消耗1分钟能量的效果，达到节能的目的；

根据实际需要，进行定时采集，设置在24小时内，分别在整点进行信号采集，采集时将开关A与B闭合，采集结束时，将开关A与B断开。

6.根据权利要求2所述的采集电流、电压可调的动车组分时控制方法，其特征在于，所述调整和控制动车组采样功耗，包括：

基于动车组的关键信号，在采集周期为100ms内完成信号的实时采集。

7.根据权利要求6所述的采集电流、电压可调的动车组分时控制方法，其特征在于，所述基于动车组的关键信号，在采集周期为100ms内完成信号的实时采集，具体包括：

通过处理器控制开关A与开关B在第0-2ms内完成闭合，采集通道导通，处理器在第3-4ms完成信号采集，处理器控制开关A与开关B在第5-50ms内完成断开，采集通道断开；

处理器控制开关A与开关B在第50-52ms内完成闭合，采集通道导通，处理器在第53-54ms完成信号采集，处理器控制开关A与开关B在第55-100ms内完成断开，采集通道断开；

依此类推，循环进行，整个采样周期为50ms，符合动车组的100ms采样周期要求。

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