CN202488414U - 一种脉冲宽度调制编码装置 - Google Patents
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Abstract
一种脉冲宽度调制(PWM)编码装置，与提供多种模拟信号的模拟量提供装置连接，包括提供工作电源的开关电源模块、接收由模拟量提供装置所提供的多种模拟信号的模拟量接收模块、选择一种模拟信号以完成采样的开关量输入模块、将采样到的模拟信号进行PWM编码以转换成数字信号并通过输出通道输出的微控制器、将接收到数字信号进行功率放大且输出的PWM输出模块，其中开关电源模块、模拟量接收模块、开关量输入模块、脉冲宽度调制输出模块均与微控制器相连。本实用新型实施例所提供的PWM编码装置通过采用模块化结构可任意配置输出传输特性和可编程逻辑输入，能够有效的实现模拟信号的选择和输出通道的切换，极大改善PWM编码装置的性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及动力分散的电动列车领域，尤其涉及一种脉冲宽度调制编码装置。
背景技术
在地铁等动力分散的电动列车中，为了解决主控制器和自动列车运行(Automatic Train Operation，ATO)控制器的牵引、制动信号的可靠传送问题，常用方法有基于通信网络和硬线连接两种。鉴于安全性和可靠性的要求，电动列车牵引制动信号的传递一般采用“硬线和网络冗余”原则。电动列车从主控制器或者ATO控制器所发出的牵引制动指令大多是电压或电流形式的模拟信号，然后经长距离传输至执行端，并在执行端进行解码以获得给定的牵引制动指令，由于模拟信号在长距离传输中，抗干扰能力差，受传输电缆电阻影响引起信号衰减等问题，牵引制动信号大多以脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号模式传送。
采用PWM的目的就是改变占空比，常用的方法是：把给定的电压值和三角波发生器的输出送至比较器，通过改变与三角波比较的电压值，由比较器输出频率不变而脉宽变化的矩形方波。
在现有技术中，来自主控制器或ATO控制器的信号一般采用4～20mA恒流方式传送以及采用模拟调制方式调制，这种方式虽然简单，但是只针对单一输入输出的脉冲宽度调制，而对于多输入输出的脉冲宽度调制，由于要求对多个通道电压值作相同比较和切换，过于繁琐，且不易控制输出端的输出电压，难以满足输出同步和互为冗余的要求。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种脉冲宽度调制编码装置，能够有效的实现多通道的模拟信号的选择以及输出通道的切换，极大改善脉冲宽度调制编码装置的性能。
一种脉冲宽度调制编码装置，该脉冲宽度调制编码装置与提供多种模拟信号的模拟量提供装置连接，该脉冲宽度调制编码装置包括开关电源模块、模拟量接收模块、开关量输入模块、微控制器以及脉冲宽度调制输出模块。开关电源模块用于为所述脉冲宽度调制编码装置提供工作电源。模拟量接收模块用于接收由所述模拟量提供装置所发送的所述多种模拟信号。开关量输入模块用于选择一种模拟信号以完成采样。微控制器用于将采样到的所述模拟信号进行脉冲宽度调制编码以转换成数字信号并通过输出通道输出，其中所述开关量输入模块还用于切换所述微控制器的输出通道。脉冲宽度调制输出模块包括用于将由所述微控制器的输出通道所输出的所述数字信号进行功率放大及输出的脉冲宽度调制功率放大模块，其中，所述开关电源模块、所述模拟量接收模块、所述开关量输入模块、所述脉冲宽度调制输出模块均与所述微控制器相连。
优选的，所述脉冲宽度调制输出模块还包括与所述脉冲宽度调制功率放大模块相互连接的脉冲宽度调制输出检测模块，其中，所述脉冲宽度调制输出检测模块用于将经功率放大后的数字信号反馈回所述微控制器，且所述脉冲宽度调制功率放大模块与所述脉冲宽度调制输出检测模块均与所述微控制器连接。
优选的，所述脉冲宽度调制输出检测模块为光耦隔离器，用于光耦隔离及反馈所述经功率放大后的数字信号。
优选的，所述脉冲宽度调制编码装置还包括用于与外部设备通信的通信接口模块，以及用于输出故障指示信号的开关量输出模块，其中，所述通信接口模块、所述开关量输出模块均与所述微控制器连接。
优选的，所述微控制器还用于根据由所述脉冲宽度调制输出检测模块反馈回的所述经功率放大后的数字信号确定所述脉冲宽度调制编码装置当前的运行状态，并当所述脉冲宽度调制编码装置在当前出现故障时，触发所述开关量输出模块输出故障指示信号。
优选的，所述通信接口模块包括控制器局域网络总线接口和RS485通信接口。
优选的，所述开关量输出模块与所述微控制器之间连接有光耦隔离器， 用于光耦隔离。
优选的，所述微控制器的芯片类型为DSP28035芯片。
优选的，所述模拟量提供装置包括自动列车运行控制器与主控制器，所述模拟量接收模块包括自动列车运行控制器模拟信号接收模块与主控制器模拟信号接收模块，其中，所述自动列车运行控制器提供自动列车运行控制器模拟信号，且与所述自动列车控制器模拟信号接收模块连接，所述主控制器提供主控制器模拟信号，且与所述主控制器模拟信号接收模块连接，所述自动列车运行控制器模拟信号接收模块用于接收来自所述自动列车运行控制器的模拟信号，所述主控制器模拟信号接收模块用于接收来自所述主控制器的模拟信号。
优选的，所述开关电源模块为直流斩波器，用于完成直流电压的转换。
从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：
本实用新型实施例中的脉冲宽度调制编码装置通过采用模块化结构可任意配置输出传输特性和可编程逻辑输入，通过设置开关量输入模块对模拟量提供装置所提供的多种模拟信号进行选择并完成采样，并切换采样到的模拟信号经脉冲宽度调制编码后的输出通道，能够有效的实现模拟信号的选择和输出通道的切换，极大改善脉冲宽度调制编码装置的性能。
附图说明
图1为本实用新型实施例中脉冲宽度调制编码装置的应用环境示意图；
图2为本实用新型实施例中脉冲宽度调制编码装置的内部结构示意图；
图3为本实用新型实施例中脉冲宽度调制编码装置的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供一种脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)编码装置，通过采用模块化结构可任意配置输出传输特性和可编程逻辑输入，通过设置开关量输入模块对模拟量提供装置所提供的多种模拟信号进行选择并完成采样，并切换采样到的模拟信号经脉冲宽度调制编码后的输出通道，能够有效的实现模拟信号的选择和输出通道的切换，极大改善脉冲 宽度调制编码装置的性能。
请参阅图1，为本实用新型实施例中脉冲宽度调制编码装置10的应用环境示意图。
如图1所示，脉冲宽度调制编码装置10与模拟量提供装置20连接，其中，模拟量提供装置20用于提供多种模拟信号，并包括主控制器201与自动列车运行(Automatic Train Operation，ATO)控制器203。从主控制器201或者自动列车运行控制器203所发出的牵引制动指令大多是电压或电流形式的模拟信号，主控制器201提供主控制器的模拟信号，自动列车运行控制器203提供自动列车运行控制器的模拟信号，这些模拟信号通过脉冲宽度调制编码装置10进行编码并经过长距离传输至执行端，然后在执行端进行解码以获得给定的牵引制动指令。
脉冲宽度调制编码装置10包括开关电源模块11、模拟量接收模块12、开关量输入模块13、微控制器14以及脉冲宽度调制输出模块15，且开关电源模块11、模拟量接收模块12、开关量输入模块13、脉冲宽度调制输出模块15均与微控制器14相连。
开关电源模块11用于为脉冲宽度调制编码装置提供工作电源。在本实用新型实施例中，开关电源模块11具体可以为直流斩波器(DC/DC)，用于完成直流电压的转换，具体的，开关电源模块11可以为内置的独立电源，可用于完成将直流110V的电压转换为±24V，±15V及5V电压，为模拟量接收模块12、开关量输入模块13、微控制器14以及脉冲宽度调制输出模块15等提供隔离电源。需要说明的是，开关电源模块11还可以为模拟量提供装置20的主控制器201提供电源。
模拟量接收模块12用于接收由模拟量提供装置20所提供的多种模拟信号。在本实用新型实施例中，由于模拟量提供装置20包括主控制器201与自动列车运行控制器203，因此，模拟量接收模块12用于接收来自主控制器201的模拟信号以及来自自动列车运行控制器203的模拟信号。
开关量输入模块13用于选择一种模拟信号以完成采样。在本实用新型实施例中，开关量输入模块13即选择主控制器201的模拟信号或者选择自动列车运行控制器203的模拟信号以完成采样。
微控制器14用于将采样到的模拟信号进行脉冲宽度调制编码以转换成数字信号并通过输出通道输出。在本实用新型实施例中，微控制器14包括多条输出通道以输出经脉冲宽度调制编码转换后的数字信号，其中，开关量输入模块13还用于切换微控制14的输出通道。在本实用新型实施例中，微控制器14的芯片类型为DSP28035芯片。
脉冲宽度调制输出模块15包括用于将由微控制器14的输出通道所输出的所述数字信号进行功率放大且输出的脉冲宽度调制功率放大模块151，使得该脉冲宽度调制输出模块15可以完成将微控制器14输出通道输出的数字信号进行功率放大且输出的功能。
本实用新型实施例中的脉冲宽度调制编码装置10通过采用模块化结构可任意配置输出传输特性和可编程逻辑输入，通过设置开关量输入模块13对模拟量提供装置20提供的多种模拟信号进行选择并完成采样，并切换采样到的模拟信号经脉冲宽度调制编码后的输出通道，能够有效的实现模拟信号的选择和输出通道的切换，极大改善脉冲宽度调制编码装置10的性能。
为了更好的理解本实用新型中的脉冲宽度调制编码装置10，本实用新型实施例还提供了脉冲宽度调制编码装置10内部结构示意图以及电路原理图。
请同时参阅图2与图3，所示分别为本实用新型实施例中脉冲宽度调制编码装置10的内部结构示意图以及电路原理图。
如图2所示，脉冲宽度调制编码装置10包括开关电源模块11、模拟量接收模块12、开关量输入模块13、微控制器14、脉冲宽度调制输出模块15、通信接口模块16以及开关量输出模块17。在本实用新型实施例中，开关电源模块11、模拟量接收模块12、开关量输入模块13、脉冲宽度调制输出模块15、通信接口模块16以及开关量输出模块17均与微控制器14相连。
开关电源模块11用于为脉冲宽度调制编码装置提供工作电源。在本实用新型实施例中，开关电源模块11具体可以为直流斩波器(DC/DC)，用于完成直流电压的转换，具体的，开关电源模块11可以为内置的独立电源，可用于完成将直流110V的电压转换为±24V，±15V及5V电压，为模拟量接收模块12、开关量输入模块13、微控制器14以及脉冲宽度调制输出模块15等提供隔离电源。需要说明的是，开关电源模块11还可以为模拟量提供装置20 的主控制器201提供电源
模拟量接收模块12包括主控制器模拟信号接收模块121与自动列车运行控制器模拟信号接收模块123。在本实用新型实施例中，主控制器模拟信号接收模块121与主控制器201连接，用于接收来自主控制器201的模拟信号，自动列车运行控制器模拟信号接收模块123与自动列车运行控制器203连接，用于接收来自自动列车运行控制器203的模拟信号，这些模拟信号均可作为微控制器14的输入模拟信号，且开关量输入模块13将确定输入微控制器14的模拟信号的类型，例如，开关量输入模块13将用于选择当前的脉冲宽度调制基准是主控制器201的模拟信号还是自动列车运行控制器203的模拟信号。
在本实用新型实施例中，如图3所示，主控制器模拟信号接收模块121与自动列车运行控制器模拟信号接收模块123均是通过设置运算放大器来接收主控制器201或者自动列车运行控制器203的模拟信号，同时将接收到的模拟信号进行放大处理并输入至微控制器14。
开关量输入模块13用于选择一种模拟信号以完成采样。在本实用新型实施例中，如图3所示，开关量输入模块13主要由若干直流110V开关量输入单元组成，例如开关量输入单元1与开关量输入单元2，并通过滤波和信号隔离来实现模拟信号的选择和输出通道的切换，例如开关量输入模块13通过不同的开关量输入单元来选择主控制器201的模拟信号或者自动列车运行控制器203的模拟信号以完成采样。
微控制器14用于将采样到的模拟信号进行脉冲宽度调制编码以转换成数字信号并通过输出通道输出。在本实用新型实施例中，如图3所示，微控制器14包括多条输出通道，例如PWM1输出通道与PWM2输出通道，以输出经脉冲宽度调制编码转换后的数字信号，其中，开关量输入模块13还用于切换微控制14的输出通道。在本实用新型实施例中，PWM1输出通道与PWM2输出通道是互为冗余的输出通道，开关量输入模块13为可编程逻辑模块，利用开关量输入模块13能够切换微控制器14的输出通道，不仅如此，微控制器14的两路输出通道在同一时刻是同步并行有效的。
除此之外，微控制器14还集成有脉冲宽度调制模块、控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)通信模块以及RS485通信模块，脉冲宽度 调制模块用于实现脉冲宽度调制编码功能，通过设置CAN通信模块和RS485通信模块可以使得微控制器14中的CAN通信模块能够与通信接口模块16中的CAN总线接口模块161连接，以及使微控制器14中的RS485通信模块能够与通信接口模块16中的RS485通信接口模块163连接，这样一来，微控制器14可以使数据能够传输到外部设备，或者接收到外部设备发送的数据，在此就不再赘述。
脉冲宽度调制输出模块15用于接收由微控制器14的输出通道所输出的数字信号，并将数字信号进行功率放大且输出。在本实用新型实施例中，如图2所示，脉冲宽度调制输出模块15包括相互连接的脉冲宽度调制功率放大模块151以及脉冲宽度调制输出检测模块153，其中，脉冲宽度调制功率放大模块151接收由微控制器14的输出通道所输出的数字信号，并将数字信号进行功率放大且输出，脉冲宽度调制输出检测模块153用于将经功率放大后的数字信号反馈回微控制器14，且脉冲宽度调制功率放大模块151与脉冲宽度调制输出检测模块153均与微控制器14连接。
在本实用新型实施例中，如图3所示，脉冲宽度调制输出检测模块153为光耦隔离器，用于光耦隔离及反馈经功率放大后的数字信号，当然，脉冲宽度调制输出检测模块153还可以采用其他的方式来反馈经功率放大后的数字信号进行检测，在此就不再赘述。
通信接口模块16用于与外部设备通信，并与微控制器14相连。在本实用新型实施例中，如图2或图3所示，通信接口模块16包括CAN总线接口模块161和RS485通信接口模块163，其中，CAN总线接口模块161包括CAN总线驱动电路和隔离电路(图中未示出)，用于实现CAN总线的驱动和隔离，RS485通信接口模块163则用于将微控制器104输出的信号进行电平转换并输出给外部设备。
开关量输出模块17用于输出故障指示信号。在本实用新型实施例中，开关量输出模块17与微控制器14之间连接有光耦隔离器，用于光耦隔离。在本实用新型实施例中，微控制器14根据由脉冲宽度调制输出检测模块15反馈回的经功率放大后的数字信号，确定脉冲宽度调制编码装置10当前的运行状态，对运行状态进行检测，例如检测当前的脉冲宽度调制周期、输出信号 的占空比、输出电流值等等，然后判断脉冲宽度调制编码装置10是否正常工作，若微控制器14检测到脉冲宽度调制编码装置10在当前出现故障时，触发开关量输出模块17以使开关量输出模块17输出故障指示信号，同时，微控制器14将关闭发生故障的输出通道(例如PWM1输出通道与PWM2输出通道)，并自动隔离脉冲宽度调制编码装置10的输出。
需要说明的是，本实用新型实施例中的脉冲宽度调制编码装置10可以封装在金属外壳中，外壳可采用轻型铸铝材料，外壳上有安装孔位和接地孔，外壳面板表面还可设置散热通孔，增加散热效果，同时该外壳还可集成对外连接器用于脉冲宽度调制编码装置10与外部设备连接和信号传递，可以包括电源输入输出连接器和继电器输入输出连接器、脉冲宽度调制输出连接器、CAN总线及RS485连接器等，在此就不再赘述。
为了更进一步理解本实用新型中的脉冲宽度调制编码装置10，以下将结合图2与图3对工作原理进行详细说明。
在本实用新型实施例中，脉冲宽度调制编码装置10启动之后，开关电源模块11为该脉冲宽度调制编码装置10提供电源。开关量输入模块13则选择从模拟量接收模块12输入到微控制器14的模拟信号的类型，例如选择来自主控制器201的模拟信号还是来自自动列车运行控制器203的模拟信号。除此之外，开关量输入模块13还选择微控制器14与脉冲宽度调制输出模块15之间的输出通道，例如是选择PWM1输出通道还是PWM2输出通道。
举例来说，若开关量输入模块13选择来自主控制器201的模拟信号以及选择PWM1输出通道，则所选择的主控制器201的模拟信号通过主控制器模拟信号接收模块121进入控制器14。微控制器14对该主控制器201的模拟信号进行脉冲宽度调制以生成第一数字信号，并将该第一数字信号从PWM1输出通道输出以传输至脉冲宽度调制输出模块15。脉冲宽度调制输出模块15中的脉冲宽度调制功率放大模块151对输入的第一数字信号进行放大，得到放大后的第二数字信号，并将该第二数字信号传输至与该脉冲宽度调制编码装置10连接的外部设备。同时，脉冲宽度调制输出模块15中的脉冲宽度调制输出检测模块153将输出的第二数字信号反馈给微控制器14。微控制器14根据第二数字信号判断脉冲宽度调制编码装置10当前的运行状态，若出现故障， 则触发开关量输出模块17输出故障指示信号，且切断脉冲宽度调制功率放大模块151的输出。
在本实用新型实施例中，通过采用模块化结构可任意配置输出传输特性和可编程逻辑输入；通过在脉冲宽度调制编码装置10中使用开关量输入模块13对模拟量提供装置20所提供的多种模拟信号进行选择并完成采样，并切换采样到的模拟信号经脉冲宽度调制编码后的输出通道，能够有效的实现模拟信号的选择和输出通道的切换；通过在脉冲宽度调制编码装置10中使用脉冲宽度调制输出模块15，利用该脉冲宽度调制输出模块15中的脉冲宽度调制输出检测模块153将经功率放大后的数字信号反馈给微控制器14，使得微控制器14能够确定当前脉冲宽度调制编码装置10的运行状态，并在出现故障时，触发开关量输出模块17输出故障指示信号，从而实现脉冲宽度调制编码装置10的自检测功能；同时通过在脉冲宽度调制编码装置10中使用通信接口模块16，使得能够与外部设备进行数据的传输，从整体上极大改善了脉冲宽度调制编码装置10的性能。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
以上对本实用新型所提供的一种脉冲宽度调制编码装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种脉冲宽度调制编码装置，所述脉冲宽度调制编码装置与提供多种模拟信号的模拟量提供装置连接，其特征在于，所述脉冲宽度调制编码装置包括：
开关电源模块，用于为所述脉冲宽度调制编码装置提供工作电源；
模拟量接收模块，用于接收由所述模拟量提供装置所发送的所述多种模拟信号；
开关量输入模块，用于选择一种模拟信号以完成采样；
微控制器，用于将采样到的所述模拟信号进行脉冲宽度调制编码以转换成数字信号并通过输出通道输出，其中，所述开关量输入模块还用于切换所述微控制器的输出通道；
脉冲宽度调制输出模块，包括用于将由所述微控制器的输出通道所输出的所述数字信号进行功率放大及输出的脉冲宽度调制功率放大模块；
其中，所述开关电源模块、所述模拟量接收模块、所述开关量输入模块、所述脉冲宽度调制输出模块均与所述微控制器相连。
2.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制编码装置，其特征在于，所述脉冲宽度调制输出模块还包括与所述脉冲宽度调制功率放大模块相互连接的脉冲宽度调制输出检测模块，其中，所述脉冲宽度调制输出检测模块用于将经功率放大后的数字信号反馈回所述微控制器，且所述脉冲宽度调制功率放大模块与所述脉冲宽度调制输出检测模块均与所述微控制器连接。
3.根据权利要求2所述的脉冲宽度调制编码装置，其特征在于，所述脉冲宽度调制输出检测模块为光耦隔离器，用于光耦隔离及反馈所述经功率放大后的数字信号。
4.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制编码装置，其特征在于，所述脉冲宽度调制编码装置还包括用于与外部设备通信的通信接口模块，以及用于输出故障指示信号的开关量输出模块，其中，所述通信接口模块、所述开关量输出模块均与所述微控制器连接。
5.根据权利要求4所述的脉冲宽度调制编码装置，其特征在于，所述微控制器还用于根据由所述脉冲宽度调制输出检测模块反馈回的所述经功率放大后的数字信号，确定所述脉冲宽度调制编码装置当前的运行状态，并当所述脉冲宽度调制编码装置在当前出现故障时，触发所述开关量输出模块输出故障指示信号。
6.根据权利要求4所述的脉冲宽度调制编码装置，其特征在于，所述通信接口模块包括控制器局域网络总线接口和RS485通信接口。
7.根据权利要求4所述的脉冲宽度调制编码装置，其特征在于，所述开关量输出模块与所述微控制器之间连接有光耦隔离器，用于光耦隔离。
8.根据权利要求1或2所述的脉冲宽度调制编码装置，其特征在于，所述微控制器的芯片类型为DSP28035芯片。
9.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制编码装置，其特征在于，所述模拟量提供装置包括自动列车运行控制器与主控制器，所述模拟量接收模块包括自动列车运行控制器模拟信号接收模块与主控制器模拟信号接收模块，其中，所述自动列车运行控制器提供自动列车运行控制器模拟信号，且与所述自动列车控制器模拟信号接收模块连接，所述主控制器提供主控制器模拟信号，且与所述主控制器模拟信号接收模块连接，所述自动列车运行控制器模拟信号接收模块用于接收来自所述自动列车运行控制器的模拟信号，所述主控制器模拟信号接收模块用于接收来自所述主控制器的模拟信号。
10.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制编码装置，其特征在于，所述开关电源模块为直流斩波器，用于完成直流电压的转换。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20121010 Termination date: 20201221 |