CN218973845U - 一种机车空转智能诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于轨道交通运输设施检测的技术领域，其公开了一种机车空转智能诊断系统，该智能诊断系统主要包括机车搭载的TAX2机车安全信息综合监测装置、智能显示屏和诊断主机三部分，其中智能显示屏2的内装板卡的485总线和CAN总线接口分别连接TAX2机车安全信息综合监测装置、诊断主机，其中智能显示屏通过TAX2机车安全信息综合监测装置获取机车信息后，诊断主机采用智能诊断模式，为操作人员提供准确的故障信息、处理方法及步骤。当机车发生空转时，系统通过采集的机车实时速度、机车转速传感器采集速度，机车工况、司机指令等综合判断机车空转状态并记录，若判断机车当前为真实大空转，系统可提示司乘人员进行适当撒砂或降级等操作。

Description

一种机车空转智能诊断系统

技术领域

本实用新型属于轨道交通运输设施检测的技术领域，具体涉及一种机车空转智能诊断系统。

背景技术

随着机车牵引重量的增加和运输速度的提高,我段机车在运行过程中时常出现不明原因的空转减载现象，进而限制了机车牵引力的发挥，严重时造成机车坡停救援事故，对行车安全构成严重的威胁。

目前，机车大多采用电子柜控制，其对速度信号的采集采用模拟电路即频压变换的方式，将速度传感器反馈的方波信号通过模拟电路变换成为等比例的电压信号，再进行运算，此种计算采用需要大量的模拟电路，已收到干扰且在长期使用中，频压变换电路中的积分电容会产生漂移，使速度信号采集不准确。另外，该类诊断系统需要采集电流传感器、电压传感器、司机指令等模拟信号，因此在采集时，电路设计中需要满足不能影响原有机车特性的要求，所以在采集时必须采取信号隔离处理，这样系统在任何情况下，不能影响原车控制功能和特性。

为了能够适应铁路运输发展需要，便于机组维修人员迅速查找出空转故障的原因，以此提高机车运行可靠性，减少机车坡停事故发生。现亟需专门为电力机车设计制造了一种空转诊断系统来解决机车空转的问题。

实用新型内容

为了解决上述背景技术中机车空转存在的诸多因素，我们在前期设计时充分考虑到该系统的运用环境，元器件均选用工业等级以上等级器件。对产品运行过程中的振动、温度、电磁兼容、浪涌等可靠性进行了充分考虑。为了提高系统可靠性和安全性，系统设备与机车连接线之间增加了隔离设计，当系统车载设备出现故障时，故障不会传递给机车，不会影响机车正常运行。同时，该系统硬件均采用模块化设计，便于后期维护。系统软件升级设计为在线升级方式，不需要拆卸车载设备，在机车上使用专用U盘即可完成系统升级，便于检修人员对设备进行维护。为此，我们设计制造了一种机车空转智能诊断系统。

为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种机车空转智能诊断系统，包括机车搭载的TAX2机车安全信息综合监测装置和智能显示屏，所述智能显示屏的内装板卡的485总线和CAN总线接口直接从外围箱体的面板引出分别连接TAX2机车安全信息综合监测装置、诊断主机，所述诊断主机由安装在机壳内的电源板和采集主板两种不同的插件组成，所述电源板将机车110V直流控制电源转为5V/15V直流电源并为所述采集主板进行隔离供电，所述采集主板包括有用于保证CPU运行的MCU控制器，以及分别与其相连接的数字信号采集模块、脉冲信号采集模块、模拟量采集模块组成，所述诊断主机通过双CAN通讯与所述智能显示屏相连接；所述数字信号采集模块采用光电耦合器PC355进行设计，同时在输入端采用防反二极管设计，其用于保证信号的采集对机车无任何影响以及输入信号接反之后不烧损模块板；所述脉冲信号采集模块采用了6N137高速光耦作为采样隔离芯片，其在保证速度方波信号不失真的前提下，将系统内采样模块与机车模块完全电气隔离开；所述模拟量采集模块采用HCNR201线性光耦进行变换并通过调节反馈电阻可调节输入输出的对应比例，由此既能够避免机车外部干扰信号对采样模块的影响，又能够避免因本模块故障后影响到机车信号。

作为上述实施例的进一步解释及限定，所述数字信号采集模块包括十六路数字量采样电路，每路所述数字量采样电路的信号接入MCU控制器的IO口中，且其均采用光电耦合器PC355作为隔离采样芯片，其中光电耦合器PC355的4脚为输入电源接3.3V，并连接电源线滤波电容C49，光电耦合器PC355的3脚为输出端与MCU控制器相连接，且在输出端上连接下拉电阻R75并接地，光电耦合器PC355的1引脚分别通过稳压二极管D14、电阻R73、D13二极管、电感L1与INPUT1输入端相连接，在D13二极管与电感L1之间通过电容C50接机壳大地，光电耦合器PC355的1引脚连接机车110V地，且光电耦合器PC355的1引脚和2引脚之间并联连接电容C51和电阻R74，其中L1、C50、C51组成的LC滤波电路，主要作用是分两级过滤来自输入信号的高频干扰，D13二极管的作用是防逆转，即防止机车线缆连接错误时造成DC110V电压反相，电阻R73、稳压二极管D14共同组成了降压电路，其作用是将DC110V电压转变为使光耦可靠导通的低压信号，电阻R74为限压保护电路，作用是防止输入电压过高对光耦造成损坏。

作为上述实施例的进一步解释及限定，所述模拟量采集模块包括十二路模拟量采集电路，用于采集机车DC0-15V模拟信号，其中每路模拟量采集电路均采用HCNR201线性光耦作为隔离采样主控芯片，HCNR201线性光耦的2脚、4脚分别接隔离前的电源VCCdc、和电源地GNDdc，第一运算放大器的输出端通过电阻R111与HCNR201光耦的1脚连接，第一运算放大器的同相输入端接电源地GNDdc，其反向输入端与两个串联电阻R109、R110相连接，HCNR201光耦的3脚连接在电阻R110与第一运算放大器之间，HCNR201光耦的5脚与第二运算放大器的同相输入端相连并接地，HCNR201光耦的6脚与第二运算放大器的反相输入端相连接，并在第二运算放大器的反相输入端和输出端之间跨接滤波电容C116，同时跨接反馈电阻R112、R193，第二运算放大器的输出端与第三运算放大器的反向输入端相连，在第三运算放大器的反向输入端于输出端之间跨接有电阻R114，在电容C116上并联有两个串联的反馈电阻R112、R193后并与第三运算放大器的同相输入端相连接，在第三运算放大器的输出端上连接有钳位二极管D22，并与MCU控制器相连接，第一运算放大器和第二运算放大器均采用反相比例模式，使输出信号与输入端口相位一致，第三运算放大器的反相输入端与输出端相连，构成电压跟随电路，其中钳位二极管D22用于对进入MCU控制器AD端口的电压进行限幅，防止过高电压损坏MCU控制器。

作为上述实施例的进一步解释及限定，所述脉冲信号采集模块包括用于采集机车轴端光电速度传感器反馈的四路速度脉冲信号采集电路，每路所述速度脉冲信号采集电路均采用高速隔离光电耦合器6N137作为主控芯片，光电耦合器6N137的2脚通过上拉电阻R186接电源VCCdc，光电耦合器6N137的3脚连接三极管的集电极，三极管的基极通过串联的电阻R90、电阻R94与光电速度传感器的输出端相连接,三极管的发射极接地GNDdc，电阻R91跨接在三极管的1、2脚之间，光电耦合器6N137的6脚与MCU控制器相连接，光电耦合器6N137的7脚与8脚相互连接后接电源VCC，并在光电耦合器6N137的6脚与电源VCC之间接上拉电阻R78，用于输出隔离后的方波信号，光电耦合器6N137的5脚接地，其中R94、R90、R91和三极管Q组成开关电路。

作为上述实施例的进一步解释及限定，所述速度脉冲信号采集电路采集机车速度脉冲信号为方波信号，其频率：0Hz~2828Hz，对应机车速度0~200km/h，幅值：Vpp=15V。

作为上述实施例的进一步解释及限定，所述MCU控制器包括STM32F407ZGT6型号的微处理器及其外围电路，其工作温度范围为–40至+105℃。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型设计的机车空转智能诊断系统通过TAX2机车安全信息综合监测装置获取机车信息后，诊断主机采用智能诊断模式，为操作人员提供准确的故障信息、处理方法及步骤。当机车发生空转时，系统通过脉冲信号采集模块连接机车转速传感器采集的机车实时速度，系统通过数字信号采集模块和数字信号采集模块分别采集机车工况、司机指令上传至诊断主机并由其综合判断机车空转状态并记录，若判断机车当前为真实大空转，系统可提示司乘人员进行适当撒砂或降级等操作。若判断当前由于速度传感器等原因导致的假空转，系统立即记录当前状态，当机车回段检修时，将可能的故障点提示给检修人员。

 2、本实用新型设计的模拟量采集模块包括十二路模拟量采集电路，用于采集机车DC0-15V模拟信号，每路模拟量采集电路采用HCNR201线性光耦进行变换并通过调节反馈电阻可调节输入输出的对应比例，由此既能够避免机车外部干扰信号对采样模块的影响，又能够避免因本模块故障后影响到机车信号；同时脉冲信号采集模块3023包括用于采集机车轴端光电速度传感器反馈的四路速度脉冲信号采集电路，每路速度脉冲信号采集电路均采用了6N137高速光耦作为采样隔离芯片，其在保证速度方波信号不失真的前提下，将系统内采样模块与机车模块完全隔离开。这样电路设计既满足了对机车各类信号线性高速采集的需求，同时也满足了系统无损采集和信号隔离的要求。系统在正常工作时不会影响机车功能和特性，在故障情况下也不会影响机车功能和特性。

 3、本实用新型设计的数字信号采集模块包括十六路数字量采样电路，每路数字量采样电路的信号接入MCU控制器的IO口中，每路数字量采样电路的电路设计结构一样，且均采用光电耦合器PC355进行设计，同时在输入端采用防反二极管设计，其用于保证信号的采集对机车无任何影响以及输入信号接反之后不烧损模块板。

附图说明

图1为本实用新型的机车空转智能诊断系统的连接框图；

图2为本实用新型实施例中诊断主机的主视图；

图3为本实用新型实施例中MCU控制器电路设计原理图；

图4为本实用新型实施例中STM32F407ZGT6型号的微处理器的引脚图；

图5为本实用新型实施例中两路CAN通讯的原理图；

图6为本实用新型实施例中数字量采样电路的原理图；

图7为本实用新型实施例中模拟量采集电路的原理图；

图8为本实用新型实施例中速度脉冲信号采集电路的原理图；

图9为本实用新型实施例中诊断主机的采集主板的工作流程图。

图中：TAX2机车安全信息综合监测装置为1、智能显示屏为2、诊断主机为3。

其中诊断主机包括安装在机壳内的电源板为301、采集主板为302。

而采集主板主要包括MCU控制器为3021、数字信号采集模块为3022、脉冲信号采集模块为3023、模拟量采集模块为3024。

具体实施方式

为了进一步阐述本实用新型的技术方案，下面通过实施例对本实用新型进行进一步说明。

如附图1所示，一种机车空转智能诊断系统，包括机车搭载的TAX2机车安全信息综合监测装置1、智能显示屏2以及诊断主机3三部分，其中智能显示屏2的内装板卡的485总线和CAN总线接口直接从外围箱体的面板引出分别连接TAX2机车安全信息综合监测装置1、诊断主机3，我们在机车A、B节各安装一台诊断主机3和智能显示屏2，两节车通过内重联线进行CAN通讯，A、B节显示屏同时可以接受两端主机发送过来的实时数据，乘务员不论在哪一端操作，都可以实时看到两节车的运行情况以及故障信息。

其中诊断主机3由安装在机壳内的电源板301和采集主板302两种不同的插件组成，所述电源板301将机车110V直流控制电源转为5V/15V直流电源并为所述采集主板302进行隔离供电，所述采集主板302包括有用于保证CPU运行的MCU控制器3021、数字信号采集模块3022、脉冲信号采集模块3023、模拟量采集模块3024组成，MCU控制器3021包括STM32F407ZGT6型号的微处理器及其外围电路，其工作温度范围：–40至+105℃，而STM32F407微处理器分别与各采集模块相连接，所述诊断主机3通过双CAN通讯与所述智能显示屏2相连接。所述数字信号采集模块3022包括十六路数字量采样电路，每路所述数字量采样电路的信号接入MCU控制器3021的IO口中；所述模拟量采集模块3024包括十二路模拟量采集电路，用于采集机车DC0-15V模拟信号；所述脉冲信号采集模块3023包括用于采集机车轴端光电速度传感器反馈的四路速度脉冲信号采集电路。

作为上述实施例进一步实施方式，如附图6所示，数字信号采集模块3022包括十六路数字量采样电路，每路所述数字量采样电路的信号接入MCU控制器3021的IO口中，且其均采用光电耦合器PC355作为隔离采样芯片，其中光电耦合器PC355的4脚为输入电源接3.3V，并连接电源线滤波电容C49，光电耦合器PC355的3脚为输出端与MCU控制器3021相连接，且在输出端上连接下拉电阻R75并接地，光电耦合器PC355的1引脚分别通过稳压二极管D14、电阻R73、D13二极管、电感L1与INPUT1输入端相连接，在D13二极管与电感L1之间通过电容C50接机壳大地，光电耦合器PC355的1引脚连接机车110V地，且光电耦合器PC355的1引脚和2引脚之间并联连接电容C51和电阻R74，其中L1、C50、C51组成的LC滤波电路，主要作用是过滤来自输入信号的高频干扰，D13二极管的作用是防逆转，即防止机车线缆连接错误时造成DC110V电压反相，电阻R73、稳压二极管D14共同组成了降压电路，其作用是将DC110V电压转变为使光耦可靠导通的低压信号，电阻R74为限压保护电路，作用是防止输入电压过高对光耦造成损坏。所述数字信号采集模块3022用于保证信号的采集对机车无任何影响以及输入信号接反之后不烧损模块板。即在该电路设计中，采用光电耦合器PC355作为隔离采样芯片代号OL1（以下简称光耦），其外围电路包括L1，C50、C51组成的LC滤波电路，主要作用是分两级过滤来自输入信号的高频干扰；D13二极管的作用是防逆转，即防止机车线缆连接错误时造成DC110V电压反相；电阻R73、稳压二极管D14共同组成了降压电路，作用是将DC110V电压转变为使光耦可靠导通的低压信号；电阻R74为限压保护电路，作用是防止输入电压过高对光耦造成损坏。光耦4脚为输入电源接3.3V，C49为3脚为输出端分别接下拉电阻R75，输出口110IN1；当电路INPUT1输入端为低电平时，光耦OL1不导通，输出口110IN1的电平由下拉电阻R75决定，为0V即低电平；当INPUT1输入端为DC110V时，光耦导通，光耦4脚的3.3V电压经光耦内部的光电三极管，输出至110IN1。

作为上述实施例进一步实施方式，如附图7所示，模拟量采集模块3024包括十二路模拟量采集电路，用于采集机车DC0-15V模拟信号，其中路模拟量采集电路均采用HCNR201线性光耦作为隔离采样主控芯片，HCNR201线性光耦的2脚、4脚分别接隔离前的电源VCCdc、和电源地GNDdc，第一运算放大器的输出端通过电阻R111与HCNR201光耦的1脚连接，第一运算放大器的同相输入端接电源地GNDdc，其反向输入端与两个串联电阻R109、R110相连接，HCNR201光耦的3脚连接在电阻R110与第一运算放大器之间，HCNR201光耦的5脚与第二运算放大器的同相输入端相连并接地，HCNR201光耦的6脚与第二运算放大器的反相输入端相连接，并在第二运算放大器的反相输入端和输出端之间跨接滤波电容C116，同时跨接反馈电阻R112、R193，第二运算放大器的输出端与第三运算放大器的反向输入端相连，在第三运算放大器的输出端上连接有钳位二极管D22，并与MCU控制器3021相连接，第一运算放大器和第二运算放大器均采用反相比例模式，使输出信号与输入端口相位一致，第三运算放大器的反相输入端与输出端相连，构成电压跟随电路，其中钳位二极管D22用于对进入MCU控制器3021AD端口的电压进行限幅，防止过高电压损坏MCU控制器3021。所述脉冲信号采集模块3023在保证速度方波信号不失真的前提下，将系统内采样模块与机车模块完全隔离开。即在该电路设计中，采用HCNR201线性光耦作为隔离采样主控芯片，其中U33A为输入级运算放大器（即第一运算放大器），输入电压经过R109、R110两个串联电阻后输入HCNR201光耦3脚，U33A运算放大器（即第一运算放大器）1脚输出电压经过R111电阻后输入光耦1脚，光耦2脚、4脚分别接隔离前的电源VCCdc、和电源地GNDdc，由于输入级运算放大器U33A（即第一运算放大器）采用反相比例放大电路隔离光耦6脚输出电压与电路输入电压反相。

光耦6脚为隔离后点电压信号输出脚，6脚接运算放大器U35A（即第二运算放大器）的反向输入端2脚，U35A（即第二运算放大器）的2脚采用负反馈方式与1脚相连，R112、R193为反馈电阻，此时U35A（即第二运算放大器）也采用反相比例模式，因此U35A（即第二运算放大器）的输出信号与输入端口相位一致。U35A输出电压接滤波电容C117的同时输入至运算放大器U35B（即第三运算放大器）与R114、R115组成的电压跟随电路，U35A输出端口连接D22钳位二极管，D22作用是对进入MCU芯片AD端口的电压进行限幅，防止过高电压损坏MCU。

作为上述实施例进一步实施方式，如附图8所示，所述脉冲信号采集模块3023包括用于采集机车轴端光电速度传感器反馈的四路速度脉冲信号采集电路，每路所述速度脉冲信号采集电路均采用高速隔离光电耦合器6N137作为主控芯片，光电耦合器6N137的2脚通过上拉电阻R186接电源VCCdc，光电耦合器6N137的3脚连接三极管的集电极，三极管的基极通过串联的电阻R90、电阻R94与光电速度传感器的输出端相连接,三极管的发射极接地GNDdc，电阻R91跨接在三极管的1、2脚之间，光电耦合器6N137的6脚与MCU控制器3021相连接，并与8脚相互连接后接电源VCC，光电耦合器6N137的7脚与8脚相互连接后接电源VCC，并在光电耦合器6N137的6脚与电源VCC之间接上拉电阻R78，用于输出隔离后的方波信号，其频率：0Hz~2828Hz，对应机车速度0~200km/h，幅值：Vpp=15V。光电耦合器6N137的5脚接地，其中R94、R90、R91和三极管Q组成开关电路。所述模拟量采集模块3024采用HCNR201线性光耦进行变换并通过调节反馈电阻可调节输入输出的对应比例，由此既能够避免机车外部干扰信号对采样模块的影响，又能够避免因本模块故障后影响到机车信号。即在该电路设计中，采用高速隔离光电耦合器6N137作为主控芯片，脉冲信号输入电路后首先经R94，R90，输入至NPN三极管8050；R94、R90、R91组成开关电路，脉冲高电平使三极管导通，三极管1脚为基极接R90、R94,2脚为发射极接地GNDdc，R91跨接在三极管1、2之间，3脚为集电极连接光耦6N137的3脚。光耦2脚通过上拉电阻R186接电源VCCdc，6脚、8脚相互连接后接电源VCC，5脚接地GND，6脚接上拉电阻R78的同时，用于输出隔离后的方波信号。

各采集模块与MCU控制器的具体连接关系如下：

如附图3至8所示，十六路数字量采集电路用于采集机车DC110V数字信号，首先由于DC110V电压过高不适合MCU直接采集，同时也为了防止采集时引入干扰，因此采用了光耦电路进行隔离降压，隔离后的DC3.3V电平满足主控MCU上通用输入输出端口（GPIO，以下简称IO口）的采集要求。具体参见图4和图6， 5路数字量采集110IN1-110IN5通道与STM32F407微处理器的GPIO-E中的PE2-PE6引脚连接， 3路数字量采集110IN6-110IN8通道与STM32F407微处理器的GPIO-C中的PC13-PC15引脚连接，8路数字量采集110IN9-110IN16 通道与STM32F407微处理器的GPIO-F中的PF0-PF7引脚连接。

十二路模拟量采集电路用于采集机车DC0-15V模拟信号，设计思路与数字信号相似，同样要讲机车内的高电压信号讲过降压隔离后才能采集，模拟量与数字量不同的是：模拟量要求采集电路电压能够时刻跟随外部电压高低进行变化，保证隔离以后的采样电压与外部电压信号成等比关系，因此此处选用了HCNR201线性光耦作为隔离采样芯片，根据电路原理可以计算出在完整采样电压区间内隔离后的采样电压一直为隔离前的1/6；同时模拟量采集与数字量不同，MCU无法直接采集模拟量，此处需要将MCU的GPIO口通过编程配置为ADC（AD即模数转换）模式。具体参见图4和图7，2路模拟量采集电路的ADC1-ADC2通道分别连接STM32F407微处理器的PB0-PB1引脚，2路模拟量采集电路的的ADC3-ADC4通道分别连接STM32F407微处理器的PC4-PC5引脚，8路模拟量采集电路的ADC5-ADC12通道分别连接STM32F407微处理器的PA0-PA7引脚。

四路速度脉冲信号采集电路用于采集机车轴端光电速度传感器反馈的4路脉冲信号，此脉冲信号的幅值固定为15V，脉冲频率跟随机车速度变化，此处简化计算：当机车轮径为1250mm时，机车速度0-100km/h变化，速度传感器脉冲频率为0HZ-1414HZ变化，首先要对此信号进行隔离降压处理，由于此信号变化频率较高，若选用速度较低的光耦会对此信号造成畸变，所以选用6N137高速光耦作为隔离芯片，之后该信号同样接入单片机GPIO口，与上面模拟数字量不同的是，此处采集的是频率信号；结合MCU功能分析，此处选用MCU的通用定时器TIM1对频率信号进行采集，可通过编程读取速度信号的频率进而获取机车当前的准确速度。具体参见图4和图8，4速度脉冲信号采集电路的Freq-IN1至Freq-IN4的通道分别连接STM32F407微处理器的PE14引脚、PE13引脚、PE11引脚、PE引脚。

如附图3至5所示，STM32F407微处理器的PB9-PB8引脚和PB6-PB5引脚分别连接CAN通讯中CAN1-RX/CAN1-T引脚X和CAN2-RX/CAN2-TX引脚，图5中的CAN1-P/CAN1-N端CAN2-P/CAN2-N端分别通过与智能显示屏通讯接口连接。

智能显示屏是基于Cortex-A9的嵌入式平台，采用QT开发环境开发，同时采用了模块化开发方式，主要模块包括：

(1)CAN总线接收数据的分析和采集；

(2)数据池设计建立；

(3)数据库配置的读取和分析；

(4)故障梯形图的运算；

(5)实时数据、故障数据存储；

(6)系统IU设计；

(7)数据的导入和导出功能。

智能显示屏接收采集主机传送过来的数据，对这些数据进行解析，解析后按照预设的规则进行显示，这些显示主要包含主界面中电机电流、机车速度、机车工况、故障信息。

 其中诊断主机种采集主板软件包括数字、模拟信号采集，下位机程序由 C 语言编写，具有简洁紧凑、执行效率高、易于移植等特点。

 如附图9所示，程序启动后首先完成定时器、通讯接口、模数转换接口的初始化；然后根据定时器设定的 100ms 定时时间循环工作，定时器未溢出时，ADC 采样、频率采集及 PWM 采集等接口对外部信号循坏采集；定时器溢出后，关闭上述采集接口，再将各接口数据整合处理后，通过 CAN 通讯接口发送至显示屏；发送完毕后，重新开启采集接口循环采集。

空转诊断算法

基于上述表格真假空转的区别和判断方法：机车的速度只从位于轴端的光电速度传感器上采集而来，电子柜防空转系统采集传感器反馈速度，在机车发生空转时，上述速度出现差值，表明空转发生。根据上述采集原理电子柜无法判断速度传感器反馈的速度值的正确性，导致无法判断机车的真实空转状态。

速度信号的采集与计算：机车大多采用电子柜控制，其对速度信号的采集采用模拟电路即频压变换的方式，将速度传感器反馈的方波信号通过模拟电路变换成为等比例的电压信号，再进行运算，此种计算采用需要大量的模拟电路，已收到干扰且在长期使用中，频压变换电路中的积分电容会产生漂移，使速度信号采集不准确，在进行速度信号采集电路的方案设计时采用了6N137高速光电耦合器进项降压隔离，后再由微处理器自带的脉冲捕捉模块采集，最大限度的减少了模拟电路带来的参数飘移。

同时为了更加精确的计算机车速度，在显示屏软件中加入了轮径设置窗口，轮径参与机车速度计算的公式如下：

机车转速传感器输出频率、机车轮径和机车速度的关系为：

，

上述公式变换后为：，

式中：v 为机车的运行速度，单位：km/h；t 为时间，单位：h；D 为轮径，新轮轮径为1250mm，报废轮径下限为 1050mm； f 为转速传感器对应的脉冲频率，单位：脉冲个数/s(Hz) ； n 为车轮转动一周有源光电速度传感器输出脉冲数：200 个；

根据以上公式进行计算：

D=1250mm；(机车出厂轮径)

v=50km/h；(选取 50km/h 进行计算)

此时的传感器脉冲频率。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型的具体实施方式并不仅限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型的创造思想和设计思路，应当等同属于本实用新型技术方案中所公开的保护范围。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种机车空转智能诊断系统，包括机车搭载的TAX2机车安全信息综合监测装置（1）和智能显示屏（2），所述智能显示屏（2）的内装板卡的485总线和CAN总线接口直接从外围箱体的面板引出分别连接TAX2机车安全信息综合监测装置（1）、诊断主机（3），其特征在于：所述诊断主机（3）由安装在机壳内的电源板（301）和采集主板（302）两种不同的插件组成，所述电源板（301）将机车110V直流控制电源转为5V/15V直流电源并为所述采集主板（302）进行隔离供电，所述采集主板（302）包括有用于保证CPU运行的MCU控制器（3021），以及分别与其相连接的数字信号采集模块（3022）、脉冲信号采集模块（3023）、模拟量采集模块（3024）组成，所述诊断主机（3）通过双CAN通讯与所述智能显示屏（2）相连接；

所述数字信号采集模块（3022）采用光电耦合器PC355进行设计，同时在输入端采用防反二极管设计，其用于保证信号的采集对机车无任何影响以及输入信号接反之后不烧损模块板；

所述脉冲信号采集模块（3023）采用了6N137高速光耦作为采样隔离芯片，其在保证速度方波信号不失真的前提下，将系统内采样模块与机车模块完全电气隔离开；

所述模拟量采集模块（3024）采用HCNR201线性光耦进行变换并通过调节反馈电阻可调节输入输出的对应比例，由此既能够避免机车外部干扰信号对采样模块的影响，又能够避免因本模块故障后影响到机车信号。

2.根据权利要求1所述的一种机车空转智能诊断系统，其特征在于：所述数字信号采集模块（3022）包括十六路数字量采样电路，每路所述数字量采样电路的信号接入MCU控制器（3021）的IO口中，且其均采用光电耦合器PC355作为隔离采样芯片，其中光电耦合器PC355的4脚为输入电源接3.3V，并连接电源线滤波电容C49，光电耦合器PC355的3脚为输出端与MCU控制器（3021）相连接，且在输出端上连接下拉电阻R75并接地，光电耦合器PC355的1引脚分别通过稳压二极管D14、电阻R73、D13二极管、电感L1与INPUT1输入端相连接，在D13二极管与电感L1之间通过电容C50接机壳大地，光电耦合器PC355的1引脚连接机车110V地，且光电耦合器PC355的1引脚和2引脚之间并联连接电容C51和电阻R74，其中L1、C50、C51组成的LC滤波电路，主要作用是分两级过滤来自输入信号的高频干扰，D13二极管的作用是防逆转，即防止机车线缆连接错误时造成DC110V电压反相，电阻R73、稳压二极管D14共同组成了降压电路，其作用是将DC110V电压转变为使光耦可靠导通的低压信号，电阻R74为限压保护电路，作用是防止输入电压过高对光耦造成损坏。

3.根据权利要求2所述的一种机车空转智能诊断系统，其特征在于：所述模拟量采集模块（3024）包括十二路模拟量采集电路，用于采集机车DC0-15V模拟信号，其中每路模拟量采集电路均采用HCNR201线性光耦作为隔离采样主控芯片，HCNR201线性光耦的2脚、4脚分别接隔离前的电源VCCdc、和电源地GNDdc，第一运算放大器的输出端通过电阻R111与HCNR201光耦的1脚连接，第一运算放大器的同相输入端接电源地GNDdc，其反向输入端与两个串联电阻R109、R110相连接，HCNR201光耦的3脚连接在电阻R110与第一运算放大器之间，HCNR201光耦的3脚与第一运算放大器的输出端之间连接有电容C61，HCNR201光耦的5脚与第二运算放大器的同相输入端相连并接地，HCNR201光耦的6脚与第二运算放大器的反相输入端相连接，并在第二运算放大器的反相输入端和输出端之间跨接滤波电容C116，同时跨接反馈电阻R112、R193，第二运算放大器的输出端与第三运算放大器的反向输入端相连，在第三运算放大器的输出端上连接有钳位二极管D22，并与MCU控制器（3021）相连接，第一运算放大器和第二运算放大器均采用反相比例模式，使输出信号与输入端口相位一致，第三运算放大器的反相输入端与输出端相连，构成电压跟随电路，其中钳位二极管D22用于对进入MCU控制器（3021）AD端口的电压进行限幅，防止过高电压损坏MCU控制器（3021）。

4.根据权利要求3所述的一种机车空转智能诊断系统，其特征在于：所述脉冲信号采集模块（3023）包括用于采集机车轴端光电速度传感器反馈的四路速度脉冲信号采集电路，每路所述速度脉冲信号采集电路均采用高速隔离光电耦合器6N137作为主控芯片，光电耦合器6N137的2脚通过上拉电阻R186接电源VCCdc，光电耦合器6N137的3脚连接三极管的集电极，三极管的基极通过串联的电阻R90、电阻R94与光电速度传感器的输出端相连接,三极管的发射极接地GNDdc，电阻R91跨接在三极管的1、2脚之间，光电耦合器6N137的6脚与MCU控制器（3021）相连接，光电耦合器6N137的7脚与8脚相互连接后接电源VCC，并在光电耦合器6N137的6脚与电源VCC之间接上拉电阻R78，用于输出隔离后的方波信号，光电耦合器6N137的5脚接地，其中R94、R90、R91和三极管Q组成开关电路。

5.根据权利要求4所述的一种机车空转智能诊断系统，其特征在于：所述速度脉冲信号采集电路采集机车速度脉冲信号为方波信号，其频率：0Hz~2828Hz，对应机车速度0~200km/h，幅值：Vpp=15V。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种机车空转智能诊断系统，其特征在于：所述MCU控制器（3021）包括STM32F407ZGT6型号的微处理器及其外围电路，其工作温度范围为–40至+105℃。

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