CN202815180U

CN202815180U - 一种信号采集电路

Info

Publication number: CN202815180U
Application number: CN201220468181.7U
Authority: CN
Inventors: 陈文超; 陈亚骏
Original assignee: SHANGHAI PROPHET ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI PROPHET ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-09-13

Abstract

本实用新型提出了一种信号采集电路,包括脉冲信号发送模块、脉冲信号接收模块、上端接收光耦、上端发送光耦、下端接收光耦、下端发送光耦、继电器，所述脉冲信号发送模块设置第一发送端与第二发送端，所述第一发送端与上端接收光耦的输入端连接，所述上端接收光耦的输出端通过继电器的上端与上端发送光耦的输入端连接，所述上端发送光耦的输出端与脉冲信号接收模块连接；所述第二发送端与下端接收光耦的输入端连接，所述下端接收光耦的输出端通过继电器的下端与下端发送光耦的输入端连接，所述下端发送光耦的输出端与脉冲信号接收模块连接。本实用新型的有益效果为：安全可靠，为内在式故障-安全电路，任何器件故障都不会导致危险侧的误判发生。

Description

一种信号采集电路

技术领域

本实用新型涉及信号采集电路，特别是指轨道交通信号设备领域的一种信号采集电路。

背景技术

轨道交通信号设备的开关量信号采集电路主要运用在地铁列车、高铁列车、轨旁等需要对轨道交通信号设备的开关量采集的地方，比如：信号灯、倒岔等。在采集过程中，如果因为采集电路中的某个元件或是某些元件损坏，就会造成采集信息错误，从而导致危险侧的误判发生。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种信号采集电路。本实用新型提供的一种信号采集电路，安全可靠，为内在式故障-安全电路，也就是任何器件故障都不会导致危险侧的误判发生。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种信号采集电路，包括脉冲信号发送模块、脉冲信号接收模块、上端接收光耦、上端发送光耦、下端接收光耦、下端发送光耦、继电器，所述脉冲信号发送模块设置第一发送端与第二发送端，所述第一发送端与上端接收光耦的输入端连接，所述上端接收光耦的输出端通过继电器的上端与上端发送光耦的输入端连接，所述上端发送光耦的输出端与脉冲信号接收模块连接；所述第二发送端与下端接收光耦的输入端连接，所述下端接收光耦的输出端通过继电器的下端与下端发送光耦的输入端连接，所述下端发送光耦的输出端与脉冲信号接收模块连接。

上述的一种信号采集电路，其中，所述脉冲信号接收模块内设置FPGAⅠ（FPGA为现场可编程门阵列芯片）、FPGAⅡ、FPGAⅢ。

上述的一种信号采集电路，其中，所述脉冲信号发送模块内设置FPGAⅣ。

本实用新型的有益效果为：第一，本实用新型提供的信号采集电路为内在式故障-安全电路，任何器件故障都不会导致危险侧的误判发生，即不会将未闭合继电器触点判为闭合；第二，本实用新型提供的信号采集电路采用上下对称式双重收发检测电路，确保任何器件故障导致的功能丢失或功能错误都可被检测；第三，脉冲信号发送模块通过FPGAⅣ对上端回路与下端回路发送采集脉冲采用不同频率及严格的频率检测，极大地降低由于外部、内部干扰而产生的危险侧误判的概率；第四，对采集判决结果进行滤波，可进一步降低由于干扰导致的偶然误判的概率；第五，采用32路采集脉冲轮循发送，32路实时接收的方式，采集功能可检测内部混线、干扰产生的故障。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型一种信号采集电路的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种信号采集电路，包括脉冲信号发送模块2、脉冲信号接收模块1、上端接收光耦3、上端发送光耦4、下端接收光耦5、下端发送光耦6、继电器7，所述脉冲信号发送模块2设置第一发送端与第二发送端，所述第一发送端与上端接收光耦3的输入端连接，所述上端接收光耦3的输出端通过继电器7的上端与上端发送光耦4的输入端连接，所述上端发送光耦4的输出端与脉冲信号接收模块1连接；所述第二发送端与下端接收光耦5的输入端连接，所述下端接收光耦5的输出端通过继电器7的下端与下端发送光耦6的输入端连接，所述下端发送光耦6的输出端与脉冲信号接收模块1连接。

上述的一种信号采集电路，其中，所述脉冲信号接收模块1内设置FPGA Ⅰ、FPGAⅡ、FPGAⅢ。

上述的一种信号采集电路，其中，所述脉冲信号发送模块2内设置FPGAⅣ。

上端发送光耦与上端接收光耦组成上端回路，下端发送光耦与下端接收光耦组成下端回路。上端回路、下端回路可以通过脉冲信号发送模块中的FPGAⅣ格子独立检测回路的硬件是否正常。当上端回路中的上端发送光耦发送脉冲，而上端接收光耦以及对应的脉冲信号接收模块接收不到脉冲，可判断上端回路出现故障，下端回路同理。在已知上端回路与下端回路的收发脉冲信号皆正常时，上端发送光耦发送的脉冲信号下端接收光耦能够收到，或者下端发送光耦发送的脉冲信号上端接收光耦能够收到，可判决继电器触点闭合，反之可判决继电器触点断开。详细继电器触点状态判定及故障判决真值表如下：

目前6U板卡上集成32路采集电路完全相同，图1中表示单路。由该图可见，发送光耦发送脉冲信号，只有对端接收到相同的脉冲信号才有可能判为外部继电器触点闭合，而任何器件故障（开路、短路等）只可能导致接收端收不到脉冲，采集功能模块设计为内在式故障-安全电路，任何器件故障都不会导致危险侧的误判发生（不会将未闭合继电器触点判为闭合）。

采集时，由FPGAⅣ产生采集脉冲信号，依次对上端回路、下端回路发送频率不同的脉冲，FPGAⅠ、FPGAⅡ、FPGAⅢ分别根据上端回路、下端回路回读到脉冲信息的情况判断外部继电器的状态及模块故障信息。FPGAⅠ、FPGAⅡ、FPGAⅢ在收到启动信号后2us（光耦延迟）开始数脉冲沿。对上端回路接收信号和下端回路接收信号的沿计数落在设定门限范围内时，认为该回路已接收到发送脉冲，否则认为该回路未接收到发送脉冲。可见，判定脉冲接收的条件不仅仅要包括检测到脉冲，而且脉冲在一定采集周期内的数量必须符合一个既规定上限又规定下限的阈值范围。由于对上端回路与下端回来发送不同特定频率的脉冲，也会排除单一频率持续干扰脉冲的影响。上端回路与下端回路发送采集脉冲采用不同频率及严格的频率检测，极大地降低了外部干扰产生的危险侧的误判。

由于判定“收到采集脉冲”的条件较为严格，FPGAⅠ、FPGAⅡ、FPGAⅢ应当过滤掉由于干扰而导致的“未收到采集脉冲”此种误判。在不断轮询检测过程中，将对每次的检测结果进行平滑滤波，排除干扰引起的偶尔误判的影响。从滤波效果考虑，采用了多点平均平滑滤波算法，滤波点数可配置。

32路轮循发送采集脉冲过程中，FPGAⅣ同一时间只有一路在发送采集脉冲，而32路上下端接收是持续实时不断采集，如出现非轮循的另外一路或几路在采集电路的上下接收端偶尔收到脉冲，则视为干扰；若是轮循第n路时，在m路总能接收到脉冲，则可判定该二路发生内部混线。若检测到此类故障，则把故障路信息存在所对应的寄存器内，外部设备可以来读取读寄存器。

板卡32路每一轮的检测时间不超过10ms，板内每一轮的检测结果都将经过平滑滤波后传输至外部设备。滤波方案采取最简单的取平均值方案，初步设定平滑滤波的长度为7，则该滤波器的群延时为3个单位，即滤波器输出端的变化比实际检测的变化慢3轮。每路检测发送脉冲时上端下端需分时发送，由此计算，每一路检测过程中每次发送脉冲的时间窗口理论上最大为10ms/32/3/2≈50us。为留足裕量，实际脉冲发送时间约为理论最大负载值的70%左右，约为30us。由于脉冲检测采取脉冲计数的方法，所以每个发送周期内发送的脉冲数越多，系统由于收到干扰而将干扰误判为合法脉冲的概率越小。脉冲发送时间窗口的上限已经确定，故只能提高发送脉冲的频率。若FPGAⅣ发送频率为500KHz的脉冲，在一个发送时间窗口内至少可发送15个脉冲。光耦的最大频率为1MHz，FPGAⅣ发送脉冲的频率最大也不应超过1MHz。

在FPGAⅠ、FPGAⅡ、FPGAⅢ接收端脉冲计数时，首先要考虑发送端与接受端由于线路长度而导致的延时，在发送脉冲为500KHz时，为使该延时不超过半个脉冲周期即1us，则继电器检测线路的最大长度为150m。因为有延时的存在，脉冲发送端应当多发送一个周期的脉冲。其次考虑脉冲计数的窗长。如果窗长恰好为15个脉冲周期，由于上跳沿对齐问题则接收到的脉冲数可能为14、15、16个；若窗长为15.5个周期，则接收到的脉冲数只可能为15或16个，判定条件可更严格。

该脉冲接收判定条件对于接收到脉冲的判定比较严格，将干扰误判为合法脉冲的概率很低。由于继电器判为断开为安全侧，该判定方法符合当收到干扰时判定倾向安全的原则。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种信号采集电路,其特征在于，包括脉冲信号发送模块、脉冲信号接收模块、上端接收光耦、上端发送光耦、下端接收光耦、下端发送光耦、继电器，所述脉冲信号发送模块设置第一发送端与第二发送端，所述第一发送端与上端接收光耦的输入端连接，所述上端接收光耦的输出端通过继电器的上端与上端发送光耦的输入端连接，所述上端发送光耦的输出端与脉冲信号接收模块连接；所述第二发送端与下端接收光耦的输入端连接，所述下端接收光耦的输出端通过继电器的下端与下端发送光耦的输入端连接，所述下端发送光耦的输出端与脉冲信号接收模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种信号采集电路，其特征在于，所述脉冲信号接收模块内设置FPGAⅠ、FPGAⅡ、FPGAⅢ。

3.根据权利要求2所述的一种信号采集电路，其特征在于，所述脉冲信号发送模块内设置FPGAⅣ。