CN209327846U - 一种控制车轮传感器信号处理的传空板电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种控制车轮传感器信号处理的传空板电路，涉及电路领域，包括传感器连接电路、基准电压分压电路、信号电压提取比较电路、故障判别电路和脉冲计数去干扰电路。传感器连接电路的输出端与信号电压提取比较电路和故障判别电路相连，信号电压提取比较电路的输出端及故障判别电路的输出端连接在脉冲计数去干扰电路的输入端，故障判别电路的输出及脉冲计数去干扰电路的输出都通过由光耦组成的信号隔离驱动输出。该电路属于对输入信号作剔除干扰并整形的信号处理电路，设有完善的隔离保护装置，防止设备由于接线失误而造成设备损坏，有利于远距离传输，处理后的信号可直接接入可编程逻辑控制器，使得整个系统施工简单，工程造价低。

Description

一种控制车轮传感器信号处理的传空板电路

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种用于轨道交通的控制车轮传感器信号处理的传空板电路。

背景技术

机务段内传统的采集机车移动信号的方法是设置轨道电路，不但需要改造段内线路及道床状况，而且维修工作量很大。因此，我们认为在机务段内的调度控制系统应研究出一种新的采集机车移动信号的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种控制车轮传感器信号处理的传空板电路，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种控制车轮传感器信号处理的传空板电路，所述信号处理电路包括传感器连接电路、基准电压分压电路、信号电压提取比较电路、故障判别电路和脉冲计数去干扰电路，传感器连接电路的输出端分别与所述信号电压提取比较电路和所述故障判别电路相连，所述信号电压提取比较电路的输出端及故障判别电路的输出端连接在所述脉冲计数去干扰电路的输入端，故障判别电路的输出及脉冲计数去干扰电路的输出都通过主要由光耦组成的信号隔离驱动输出。

优选地，所述电路还包括时钟源电路和上电复位电路，所述时钟源电路连接在所述脉冲计数去干扰电路上，所述上电复位电路用于防止上电时输出错误信号。

优选地，所述时钟源电路包括U11C、U11D、R14、W1、C6，所述W1和R14串联后与C6及非门U11D组成RC振荡电路，振荡时钟信号经U11C输出，为计时电路提供基准计数脉冲。

优选地，所述上电复位电路包括U5C、R13和C5，所述R13和C5并联后连接在非门电路U5C上，组成上电复位电路，防止给电时输出错误信号。

优选地，所述信号电压提取电路包括运算放大器U1D、运算放大器U1C和电阻，所述运算放大器U1D和所述运算放大器U1C组成信号电压提取网络，从采样电阻R1上取样电压，与参考电压相比，从而判断车轮进入或是离开。

优选地，所述传感器连接电路包括采样电阻R1、开关二极管D1和瞬态抑制二极管TV1，所述电阻R1将传感器的电流信号转换成电压信号的采样电阻，二极管TV1用来防雷击或其它过压信号，保护处理电路，抗雷击能力为1.5w/lms，二极管D1防止电源接反。

优选地，所述脉冲计数去干扰电路包括U3C、U10、U6B、U6C、U3A、U3B、U5B、U9、U12B、N2，计数脉冲频率为128KHz，计数时间为2mS，该电路使经过U1C输出的车轮信号的前、后沿均延迟2mS，这祥就可将脉宽小于2mS的干扰脉冲和颤动滤除.经处理后的车轮信号由光耦N2隔离输出，同时点亮LED2。

优选地，所述故障判别电路包括电压比较器集成电路、或门电路和非门电路，其中电压比较器集成电路U1A、电压比较器集成电路U1B从采样电阻R1上取样电压，同参考电压6.5V或0.2V比较，当电压小于0.2V或大于6.5V时，U1A或U1B输出高电平，同时点亮LED1和LED2，表示出现故障，故障信号经光耦Nl隔离输出。

优选地，所述分压电路包括四个电阻R9、R10、R11、R12，所述四个电阻进行串联分压，分别得到分压值为0.2V、2.0V和6.5V电压，分别供给U1A、U1B、U1C作为开路、车轮信号和短路判别的标准。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种控制车轮传感器信号处理的传空板电路，该电路属于一种非接触的，施工简单的电路，输出引线采用二线制，供电与输出信号共用一对传输线，设有完善的保护装置，引线不怕错接，可以防止设备安装、调试时接线失误造成的设备损坏，工程造价低，有利于远距离传输，有源车轮传感器非常适合于机务段使用：固定在轨道上特定位置的车轮传感器能检测到车轮(金属)接近/离开，实现车轮通过/离开某个位置的准确检测。此外由于车轮传感器输出的是电流信号，本设计电路可以检测这个电流变化，并将处理后的信号整形成矩形脉冲信号并经过光耦器件隔离输出，能直接作为开关量提供给可编程逻辑控制器做系统控制逻辑运算。

附图说明

图1是实施例1中控制车轮传感器信号处理的传空板电路原理框图；

图2是传感器与被测物的距离与电流关系曲线及故障判据；

图3是在采样电阻R1上得到的电压信号原始波形；

图4是经过本电路处理后的信号输出波形；

表1控制车轮传感器信号处理的传空板电路中器件明细表

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

本实施例提供一种控制车轮传感器信号处理的传空板电路，所述信号处理电路包括传感器连接电路、分压电路、故障判别电路、信号电压提取比较电路、脉冲计数去干扰电路、时钟源电路和上电复位电路，所述传感器连接电路的输出端分别与所述信号电压提取比较电路和所述故障判别电路相连，所述信号电压提取比较电路的输出端及所述故障判别电路的输出端连接在所述脉冲计数去干扰电路的输入端，所述故障判别电路的输出及所述脉冲计数去干扰电路的输出都通过由光耦组成的信号隔离驱动输出。所述上电复位电路用于防止上电时输出错误信号，所述时钟源电路提供基准计数脉冲。

本实施例中的所述时钟源电路包括U11C、U11D、R14、W1、C6，所述W1和R14串联后与C6及非门U11D组成RC振荡电路，振荡时钟信号经U11C输出，为计时电路提供基准计数脉冲；上电复位电路包括U5C、R13和C5，所述R13和C5并联后连接在非门电路U5C上，组成上电复位电路，防止给电时输出错误信号。

本实施例中的信号电压提取电路包括运算放大器U1D、运算放大器U1C和电阻，所述运算放大器U1D和所述运算放大器U1C组成信号电压提取网络，从采样电阻R1上取样电压值，与参考电压相比，从而判断车轮进入或是离开；当取样电压低于参考电压时，判断车轮是进入轨道，通常参考电压的计算方式是：8V*(R11+R12)/(R9+R10+R11+R12)。

值得注意的是，车轮传感器采用变衰耗原理：车轮传感器利用感应线圈，组成一谐振回路，当没有金属(车轮)接近时，谐振电路谐振于某一频率，振幅最大；当被测金属(车轮)接近时，因涡流损失，振幅急剧下降，检测振荡幅度的变化并将其转换为电流变化，输出具有开关性质的电流信号，实现车轮通过的准确检测。

Vref是过车轮的检测基准参考电压：由电阻分压网络计算大约2.0V；

Vsensor是传感器采样电压，Vref接入运放U1D组成的电压跟随器电路，U1D输出接入运放U1C的正输入端。

Vsensor接入U1C的负输入端，因此U1C组成电压比较器：

当Vsensor小于2.0V时：U1C输出“高”电平，表示有车轮进入；

当Vsensor大于2.0V时：U1C输出“低”电平，表示有车轮离开。

根据实测的车轮传感器作用距离与电流变化关系曲线图2所示，传感器的电流在0.5mA到3.6mA之间变化，车轮与传感器之间距离越近则电流越小，距离越远电流越大。因此电流由大变小则说明车轮进入，电流由小变大说明车轮离开。

具体的，本实施例中的传感器连接电路包括采样电阻R1、开关二极管D1和瞬态抑制二极管TV1，所述采样电阻R1将传感器的电流信号转换成电压信号的采样电阻，二极管TV1用来防雷击或其它过压信号，保护处理电路，抗雷击能力为1.5w/lms，二极管D1防止电源接反。

本实施例中的脉冲计数去干扰电路包括U3C、U10、U6B、U6C、U3A、U3B、U5B、U9、U12B、N2，计数脉冲频率为128KHz，计数时间为2mS，该电路使经过U1C输出的车轮信号前、后沿均延迟2mS，这祥就可将脉宽小于2mS的干扰脉冲和颤动滤除，经处理后的车轮信号由光耦N2隔离输出，同时点亮LED2。如图1中的脉冲计数去干扰电路所示，各个电路器件连接关系及产生的功能表达如表2所示：

表2实施例1中脉冲计数去干扰电路各电路器件连接关系表

所述故障判别电路包括电压比较器集成电路、或门电路和非门电路，其中电压比较器集成电路U1A、电压比较器集成电路U1B从采样电阻R1上取样电压，同参考电压6.5V或0.2V比较，当电压小于0.2V或大于6.5V时，U1A或U1B输出高电平，同时点亮LED1和LED2，表示出现故障，故障信号经光耦Nl隔离输出。

所述分压电路包括四个电阻R9、R10、R11、R12，所述四个电阻进行串联分压，流过这4个串联电阻的电流I采用的具体的计算方式是8V/(R9+R10+R11+R12)；本实施例R9-R12各个电阻的电阻值分别为1500Ω，4500Ω，1800Ω和200Ω，因此本实施例中的电流为8V/(1500+4500+1800+200)Ω＝1mA,则开路判别基准电压＝I*R12＝200Ω*1mA＝0.2V；正常信号判别电压＝I*(R11+R12)＝2V：短路判别基准电压＝I*(R10+R11+R12)＝6.5V分别的分压值为0.2V、2.0V和6.5V电压，分别供给U1A、U1C、U1B作为开路、车轮信号和短路判别的标准。

具体的，在判断车轮进入或远离时，采用的原理如下：

当车轮进入时，WHEEL由低变高电平的上升沿，各个元器件的参数设置如下：

WHEEL＝1且TROUBLE＝0，则二输入或门U3C的输出高电平(U10-RST＝1)

U10-RST＝1使得U10计数器清零，U10-2MS＝0，

U10-RST＝1使得或非门U6C输出低电平(U6-U3＝0)，

U6-U3＝0且U10-2MS＝0使得或门U3A输出U3A-U3B＝0，由于POR＝0，则或门U3B输出U9-RST＝0，U9开始计数，计满256个128KHz脉冲后(即T＝256/128KHz＝2ms)输出U9-2MS由低变高电平。

U9-2MS＝1使得或非门U5B输出低电平(U9-CLK＝0)，使得U9-2MS维持高电平不变。

U9-2MS＝1，使得非门U12B输出DET-OUT＝0，光耦N2由截至变为导通，绿色LED2由灭变亮，表示检测到车轮进入

当车轮离开时，WHEEL由高变低电平的下降沿，各个元器件的参数设置如下：

WHEEL＝0且TROUBLE＝0，则二输入或门U3C的输出低电平(U10-RST＝0)。

U10开始计数，计满256个128KHz脉冲后(即T＝256/128KHz＝2ms)后U10-2MS由低变高电平。

U10-2MS＝1使得二输入或非门U6B的输出的U10-CLK维持低电平(屏蔽了U10的时钟输入)。

U10-2MS＝1还使得二输入“或门”U3A输出U3A-U3B＝1，使得二输入或门U3B的输出U9-RST＝1，U9计数器清零，U9计数器输出U9-2MS变为低电平。

U10-RST＝0且U9-2MS＝0，则二输入或非门U6C的输出U6-U3＝1，进一步维持U9-RST＝1，使U9输出脚U9-2MS维持低电平，使非门U12B输出高电平(DET-OUT＝1)，光耦N2由导通变为截止，绿色LED2由亮变灭，表示车轮离开。

在采样电阻R1上得到的原始信号波形如图3所示，经过本实例的信号处理电路后，得到去干扰整形处理后的信号波形如图4所示。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种控制车轮传感器信号处理的传空板电路，其特征在于，所述信号处理电路包括传感器连接电路、基准电压分压电路、信号电压提取比较电路、故障判别电路和脉冲计数去干扰电路，传感器连接电路的输出端分别与所述信号电压提取比较电路和所述故障判别电路相连，所述信号电压提取比较电路的输出端及故障判别电路的输出端连接在所述脉冲计数去干扰电路的输入端，故障判别电路的输出及脉冲计数去干扰电路的输出都通过主要由光耦组成的信号隔离驱动输出。

2.根据权利要求1所述的传空板电路，其特征在于，所述电路还包括时钟源电路和上电复位电路，所述时钟源电路连接在所述脉冲计数电路上，所述上电复位电路用于防止上电时输出错误信号。

3.根据权利要求2所述的传空板电路，其特征在于，所述时钟源电路包括U11C、U11D、R14、W1、C6，所述W1和R14串联后与C6及非门U11D组成RC振荡电路，振荡时钟信号经U11C输出，为计时电路提供基准计数脉冲。

4.根据权利要求2所述的传空板电路，其特征在于，所述上电复位电路包括U5C、R13和C5，所述R13和C5并联后连接在非门电路U5C上，组成上电复位电路，防止给电时输出错误信号。

5.根据权利要求2所述的传空板电路，其特征在于，所述信号电压提取电路包括运算放大器U1D、运算放大器U1C和电阻，所述运算放大器U1D和所述运算放大器U1C组成信号电压提取网络，从采样电阻R1上取样电压，与参考电压相比，从而判断车轮进入或是离开。

6.根据权利要求1所述的传空板电路，其特征在于，所述传感器连接电路包括采样电阻R1、开关二极管D1和瞬态抑制二极管TV1，所述电阻R1将传感器的电流信号转换成电压信号的采样电阻，二极管TV1用来防雷击或其它过压信号，保护处理电路，抗雷击能力为1.5w/lms，二极管D1防止电源接反。

7.根据权利要求1所述的传空板电路，其特征在于，所述脉冲计数去干扰电路包括U3C、U10、U6B、U6C、U3A、U3B、U5B、U9、U12B、N2，计数脉冲频率为128KHz，计数时间为2mS，该电路使经过U1C输出的车轮信号前、后沿均延迟2mS，这祥就可将脉宽小于2mS的干扰脉冲和颤动滤除，经处理后的车轮信号由光耦N2隔离输出，同时点亮LED2。

8.根据权利要求1所述的传空板电路，其特征在于，所述故障判别电路包括电压比较器集成电路、或门电路和非门电路，其中电压比较器集成电路U1A、电压比较器集成电路U1B从采样电阻R1上取样电压，同参考电压6.5V或0.2V比较，当电压小于0.2V或大于6.5V时，U1A或U1B输出高电平，同时点亮LED1和LED2，表示出现故障，故障信号经光耦Nl隔离输出。

9.根据权利要求1所述的传空板电路，其特征在于，所述分压电路包括四个电阻R9、R10、R11、R12，所述四个电阻进行串联分压，分别的分压值为0.2V、2.0V和6.5V电压，分别供给U1A、U1B、U1C作为开路、车轮信号和短路判别的标准。