CN208953921U - 一种设备舱安全状态智能控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种设备舱安全状态智能控制器，包括电源电路，以及由电源电路供电的单片机、开关量信号采集模块、振动量信号采集模块和RS485通讯接口模块，所述开关量信号采集模块的输入端为紧固件状态感知模块的连接端子，且开关量信号采集模块的输出端与单片机相应的输入端电连接，所述振动量信号采集模块的输入端为声波智能识别感知模块的连接端子，且振动量信号采集模块的输出端与单片机相应的输出端电连接，所述单片机与RS485通讯接口模块通信连接。本实用新型不仅结构更加合理，而且能够对设备舱紧固件状态以及对产生的振动进行采集分析。

Description

一种设备舱安全状态智能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种智能控制器，具体涉及一种设备舱安全状态智能控制器。

背景技术

在列车运行状态下，运行环境恶劣。由于列车的运行速度快，且运行过程中会产生振动和噪声，因此设备舱关键紧固件容易松动/脱落、使得设备舱容易受到来自外界不同物体的撞击或损伤，直接影响列车的行驶安全状态。这些结构性的松动/脱落/损伤必须及时发现并进行修理，以保证列车始终处于良好的使用状态，因此，设备舱的安全问题十分重要。为了确保设备舱的安全性，急需设计一套能够采集设备舱紧固件状态以及对产生的振动进行采集分析的设备舱安全状态智能控制器。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种不仅结构更加合理，而且能够对设备舱紧固件状态以及对产生的振动进行采集分析的设备舱安全状态智能控制器。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种设备舱安全状态智能控制器，其创新点在于：包括电源电路，以及由电源电路供电的单片机、开关量信号采集模块、振动量信号采集模块和RS485通讯接口模块，所述开关量信号采集模块的输入端为紧固件状态感知模块的连接端子，且开关量信号采集模块的输出端与单片机相应的输入端电连接，所述振动量信号采集模块的输入端为声波智能识别感知模块的连接端子，且振动量信号采集模块的输出端与单片机相应的输出端电连接，所述单片机与RS485通讯接口模块通信连接。

在上述技术方案中，所述开关量信号采集模块由多路开关量信号采集电路构成，且每一路开关量信号采集电路分别与单片机相应的输入端电连接；所述振动量信号采集模块由多路振动量信号采集电路构成，且每一路振动量信号采集电路分别与单片机相应的输入端电连接。

在上述技术方案中，所述开关量信号采集电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、光电耦合器和电容，所述第一电阻的一端与电源电路相应的输出端电连接，第一电阻的另一端与光电耦合器的第一输入端电连接，光电耦合器的第二输入端为紧固件状态感知模块的连接端子，所述光电耦合器的第一输出端通过第二电阻同时与第三电阻的一端和电容的一端电连接，第三电阻的另一端与电源电路相应的连接端电连接，所述电容的另一端与光电耦合器的第二输出端电连接，所述第三电阻与单片机相应的输入端电连接。

在上述技术方案中，所述振动量信号采集电路包括低通滤波电路、高通滤波电路、信号放大电路和幅值比较电路，所述低通滤波电路的输入端为声波智能识别感知模块的连接端子，低通滤波电路的输出端与高通滤波电路的输入端电连接，所述高通滤波电路通过信号放大电路与幅值比较电路电连接，所述幅值比较电路与单片机相应的输入端电连接。

在上述技术方案中，所述电源电路包括依次电连接的电源保护电路、一级滤波电路、电源模块、低频滤波电路和高频滤波电路，所述电源保护电路的输入端和开关量信号采集模块同时接入24V直流电压，所述低频滤波电路同时与为单片机、开关量信号采集模块、振动量信号采集模块和RS485通讯接口模块相应的电源端电连接。

在上述技术方案中，所述幅值比较电路的输入端设有2.5V基准电压电路，所述电源电路的输出端与2.5V基准电压电路的输入端电连接。

本实用新型所具有的积极效果是：采用本实用新型的设备舱安全状态智能控制器后，由于本实用新型包括电源电路，以及由电源电路供电的单片机、开关量信号采集模块、振动量信号采集模块和RS485通讯接口模块，所述开关量信号采集模块的输入端为紧固件状态感知模块的连接端子，且开关量信号采集模块的输出端与单片机相应的输入端电连接，所述振动量信号采集模块的输入端为声波智能识别感知模块的连接端子，且振动量信号采集模块的输出端与单片机相应的输出端电连接，所述单片机与RS485通讯接口模块通信连接，使用时，将紧固件状态感知模块(磁感应传感器或位移传感器)与开关量信号采集模块相应的连接端子电连接，将声波智能识别感知模块(声波传感器)与振动量信号采集模块相应的连接端子电连接，所述RS485通讯接口的输出端与设备舱的安全状态处理中心相应的连接端通信连接，所述开关量信号采集模块和振动量信号采集模块分别采集到的电信号送至单片机进行处理分析后通过RS485 通讯接口送至设备舱的安全状态处理中心，由维护人员根据反馈到安全状态处理中心信号进行分析后对设备舱进行相应的维护，这样，能够实时监控设备舱的安全，并且能够及时发出安装状态信息，本实用新型仅结构更加合理，而且能够对设备舱紧固件状态以及对产生的振动进行采集分析。

附图说明

图1是本实用新型的一种具体实施方式的电路原理示意图；

图2是本实用新型的电源电路的电路原理示意图；

图3是本实用新型的开关量信号采集电路的电路原理图；

图4是本实用新型的振动量信号采集电路的电路原理图；

图5是本实用新型的单片机的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图以及给出的实施例，对本实用新型作进一步的说明，但并不局限于此。

如图1、2、3、4、5所示，一种设备舱安全状态智能控制器，包括电源电路1，以及由电源电路1供电的单片机2、开关量信号采集模块3、振动量信号采集模块4和RS485通讯接口模块5，所述开关量信号采集模块3的输入端为紧固件状态感知模块的连接端子，且开关量信号采集模块3的输出端与单片机2 相应的输入端电连接，所述振动量信号采集模块4的输入端为声波智能识别感知模块的连接端子，且振动量信号采集模块4的输出端与单片机2相应的输出端电连接，所述单片机2与RS485通讯接口模块5通信连接。

如图1、5所示，本实用新型所述单片机2优先选择型号为STC系列的STC8A8K32S4A12的单片机作为控制中心处理CPU，该单片机的基本特性如下：

工作电压：2.0V-5.5V

Flash程序存储器(刷新10万次)：32K

扩展SRAM存储器：8K

EEPROM(刷新10万次)：32K

12位高速ADC：15路

内置高精准时钟：24MHZ可调

I/O口数量：59

当然，并不局限于此，也可以选用其它型号的单片机。

如图5所示，所述单片机2中19，21两个引脚与电源电路1的5V直流电压输出端相连，用于对单片机提供5V电压；51，52，53，59，60，61等六个引脚分别作为六路AD采集的输入引脚，与外围六路振动量信号采集模块4相连； 42，45，44，46等四个引脚分别作为四路开关量的输入引脚，与外围四路开关量信号采集模块3相连；23，24两个引脚分别连接两个LED灯，用于调试程序显示或报警；13，14两个引脚连接外部24MHZ晶振；27，28两个引脚用于与外接触摸屏的通讯和单片机控制处理程序的下载。

如图2所示，所述电源电路1包括依次电连接的电源保护电路11、一级滤波电路12、电源模块13、低频滤波电路14和高频滤波电路15，所述电源保护电路11的输入端和开关量信号采集模块3同时接入24V直流电压，所述低频滤波电路14同时与为单片机2、开关量信号采集模块3、振动量信号采集模块4 和RS485通讯接口模块5相应的电源端电连接。

如图2所示，在VIN+和VIN-之间输入直流24V电压，经过电源模块13的变换后，在VO+和OV输出端输出直流5V电压，为整个控制电路板提供24V和5V 电压。

WRB2405S-3WR2是DC-DC模块，它是该电路的核心。FU1用于过电流保护。二板管D1用于防止24V输入电源接反，以保护DC-DC模块。

电源是电路板干扰的主要入口，因此设计电源的抗干扰十分重要。对24V 输入电源本电源设计3重抗干扰，初级滤波C2、瞬态抑制TVS1、由L1、C4、C5 成的ㄇ型滤波器，抑制各种干扰。对5V输出本电源设计低频滤波C7和高频滤波C16、C17、C18。

如图1所示，所述RS485通讯接口模块5，主要用于CPU与触摸屏上位机之间的数据通讯。

如图1所示，所述开关量信号采集模块3由多路开关量信号采集电路31构成，且每一路开关量信号采集电路31分别与单片机2相应的输入端电连接；所述振动量信号采集模块4由多路振动量信号采集电路41构成，且每一路振动量信号采集电路41分别与单片机2相应的输入端电连接。

如图3所示，所述开关量信号采集电路31包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、光电耦合器和电容，所述第一电阻的一端与电源电路1相应的输出端电连接，第一电阻的另一端与光电耦合器的第一输入端电连接，光电耦合器的第二输入端为紧固件状态感知模块的连接端子，所述光电耦合器的第一输出端通过第二电阻同时与第三电阻的一端和电容的一端电连接，第三电阻的另一端与电源电路1相应的连接端电连接，所述电容的另一端与光电耦合器的第二输出端电连接，所述第三电阻与单片机2相应的输入端电连接。

所述开关量信号采集模块3用于采集紧固件检测的传感器输出信号，因为在设备舱的每一个单元组内检测的是四组传感器信号，故电路分为四路，原理相同，开关量输入信号采用光电耦合器。VIN+输入直流24V电压，VCC接入直流5V电压，DI0，DI1，DI2，DI3分别接入四路用于紧固件检测的传感器。以其中一路为例，当有感知信号输入，则位移或磁感应传感器的触点闭合，DI0端输出低电平，光耦左边电路形成通路，光耦的发光二极管发光，使光敏管导通， P20端口输出≤0.25V低电平，单片机输入端口检测到低电平，表示该路有感知信号。

如图4所示，所述振动量信号采集电路41包括低通滤波电路411、高通滤波电路412、信号放大电路413和幅值比较电路414，所述低通滤波电路411的输入端为声波智能识别感知模块的连接端子，低通滤波电路411的输出端与高通滤波电路412的输入端电连接，所述高通滤波电路412通过信号放大电路413 与幅值比较电路414电连接，所述幅值比较电路414与单片机2相应的输入端电连接。所述幅值比较电路414的输入端设有2.5V基准电压电路415，所述电源电路1的输出端与2.5V基准电压电路415的输入端电连接。

该模块用于采集振动传感器感应到的振动信号。因为每个设备舱的单元组内安装了六个振动传感器，故该模块分为六路，每一路的电路原理和元件参数都一样，所以用第一路为例来分析该模块的工作原理。

如图4所示，左端sig+/sig-为振动传感器感应信号输出端，即处理电路的输入端。列车运行时产生的环境噪声频带很宽，从低频至高频都有噪声，而撞击声波的频带相对较窄。为了屏蔽列车运行时产生的环境噪声，并尽量让撞击声波频带通过，阻止环境噪声通过，撞击振动信号采集电路设计了带通滤波器。 R10和C11构成低通滤波器；C12，(R12+R13)构成高通滤波器，低/高通滤波器组合成带通滤波器。为防止运算放大器输入过载而损坏它的输入端，先对输入信号幅度用D11箝位到≤5.7V，再用R12与R13串联(R12＝24K；R13＝75K)分压衰减3/4信号后才输入到运算放大器正向输入端3脚。

带通滤波器允许带通内撞击声波和环境噪声通过，而阻止带通外的环境噪声通过。经过带通滤波器后的输入信号经过运算放大器SGM8634XS14放大，放大器输出端(1脚)的信号一方面接入单片机AD采集接口，对带通内撞击或噪声进行判断；另一方面经过比较器与基准电压2.5V进行比较，计算频率。

滤波电路截止频率计算公式为

运算放大器增益公式为

由公式计算可得，滤波器的带宽为160HZ～3100HZ，运算放大器增益为52 倍，由于电路衰减等原因，电路实际增益小于运算放大器增益。

本实用新型使用时，将紧固件状态感知模块(磁感应传感器或位移传感器) 与开关量信号采集模块相应的连接端子电连接，将声波智能识别感知模块(声波传感器)与振动量信号采集模块相应的连接端子电连接，所述RS485通讯接口的输出端与设备舱的安全状态处理中心相应的连接端通信连接，所述开关量信号采集模块和振动量信号采集模块分别采集到的电信号送至单片机进行处理分析后通过RS485通讯接口送至设备舱的安全状态处理中心，由维护人员根据反馈到安全状态处理中心信号进行分析后对设备舱进行相应的维护，这样，能够实时监控设备舱的安全，并且能够及时发出安装状态信息，本实用新型仅结构更加合理，而且能够对设备舱紧固件状态以及对产生的振动进行采集分析。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种设备舱安全状态智能控制器，其特征在于：包括电源电路（1），以及由电源电路（1）供电的单片机（2）、开关量信号采集模块（3）、振动量信号采集模块（4）和RS485通讯接口模块（5），所述开关量信号采集模块（3）的输入端为紧固件状态感知模块的连接端子，且开关量信号采集模块（3）的输出端与单片机（2）相应的输入端电连接，所述振动量信号采集模块（4）的输入端为声波智能识别感知模块的连接端子，且振动量信号采集模块（4）的输出端与单片机（2）相应的输出端电连接，所述单片机（2）与RS485通讯接口模块（5）通信连接。

2.根据权利要求1所述的设备舱安全状态智能控制器，其特征在于：所述开关量信号采集模块（3）由多路开关量信号采集电路（31）构成，且每一路开关量信号采集电路（31）分别与单片机（2）相应的输入端电连接；所述振动量信号采集模块（4）由多路振动量信号采集电路（41）构成，且每一路振动量信号采集电路（41）分别与单片机（2）相应的输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的设备舱安全状态智能控制器，其特征在于：所述开关量信号采集电路（31）包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、光电耦合器和电容，所述第一电阻的一端与电源电路（1）相应的输出端电连接，第一电阻的另一端与光电耦合器的第一输入端电连接，光电耦合器的第二输入端为紧固件状态感知模块的连接端子，所述光电耦合器的第一输出端通过第二电阻同时与第三电阻的一端和电容的一端电连接，第三电阻的另一端与电源电路（1）相应的连接端电连接，所述电容的另一端与光电耦合器的第二输出端电连接，所述第三电阻与单片机（2）相应的输入端电连接。

4.根据权利要求2所述的设备舱安全状态智能控制器，其特征在于：所述振动量信号采集电路（41）包括低通滤波电路（411）、高通滤波电路（412）、信号放大电路（413）和幅值比较电路（414），所述低通滤波电路（411）的输入端为声波智能识别感知模块的连接端子，低通滤波电路（411）的输出端与高通滤波电路（412）的输入端电连接，所述高通滤波电路（412）通过信号放大电路（413）与幅值比较电路（414）电连接，所述幅值比较电路（414）与单片机（2）相应的输入端电连接。

5.根据权利要求1所述的设备舱安全状态智能控制器，其特征在于：所述电源电路（1）包括依次电连接的电源保护电路（11）、一级滤波电路（12）、电源模块（13）、低频滤波电路（14）和高频滤波电路（15），所述电源保护电路（11）的输入端和开关量信号采集模块（3）同时接入24V直流电压，所述低频滤波电路（14）同时与为单片机（2）、开关量信号采集模块（3）、振动量信号采集模块（4）和RS485通讯接口模块（5）相应的电源端电连接。

6.根据权利要求4所述的设备舱安全状态智能控制器，其特征在于：所述幅值比较电路（414）的输入端设有2.5V基准电压电路（415），所述电源电路（1）的输出端与2.5V基准电压电路（415）的输入端电连接。