專利名稱：基于can和mvb通信的脈沖信號(hào)采集單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及信息或其他信號(hào)在存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備或者中央處理器之間 的互連或傳送，尤其涉及脈沖信號(hào)的采集，用以實(shí)現(xiàn)機(jī)車速度信號(hào)的精度采集與處理。
背景技術(shù)：
機(jī)車速度信號(hào)是機(jī)車運(yùn)行中的重要狀態(tài)參數(shù)，是構(gòu)成機(jī)車閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)必不 可少的反饋參量。在機(jī)車的防滑/防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)、機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等裝置中，都需要實(shí)時(shí)地 得到機(jī)車的運(yùn)行速度信號(hào)，而且機(jī)車速度信號(hào)采集的精確度與機(jī)車操作的安全性直接相關(guān) 聯(lián)，因此電力機(jī)車運(yùn)行速度信號(hào)的正確采集和處理對(duì)于機(jī)車的控制與操作至關(guān)重要。在目 前的機(jī)車速度信號(hào)采集系統(tǒng)中，通常的做法是將速度傳感器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行F/V變換 (即頻率-電壓變換)，然后通過ADC采集得到速度信息，經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換得到機(jī)車的速度。 但這種處理方法，在機(jī)車低速運(yùn)行時(shí)，由于速度傳感器輸出脈沖較少，F(xiàn)/V變換得到的電壓 幅度??；而在高速時(shí)，又由于F/V變換的響應(yīng)速度不夠，導(dǎo)致機(jī)車速度采集誤差大、實(shí)時(shí)性 差。鑒于上述原因，利用單片機(jī)的采集能力和FPGA的運(yùn)算處理能力，采用全數(shù)字化方法對(duì) 機(jī)車高速段和低速段速度信號(hào)進(jìn)行等精度測(cè)量，對(duì)于滿足機(jī)車速度信號(hào)采集精度需求，具 有十分重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，提供一種機(jī)車速度信號(hào)處理單元來實(shí)現(xiàn)速度信號(hào)的精度采 集與處理。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于CAN和MVB通信的脈沖信號(hào)采集單元，是一個(gè)在單片機(jī)和FPGA芯片上構(gòu) 建的片上系統(tǒng)，其特征在于包括由RC濾波電路和運(yùn)算放大器LM2M構(gòu)成的濾波整形單元、 由電阻和光耦芯片HCPL-0630構(gòu)成的降壓隔離單元和單片機(jī)與FPGA構(gòu)成的中央處理單元， 所述濾波整形單元通過降壓隔離單元與中央處理單元保持電連接，所述中央處理單元?jiǎng)t分 別與CAN通信部分及MVB通信部分雙向連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，主要表現(xiàn)在測(cè)量精度高，范 圍大，實(shí)時(shí)性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好且維護(hù)方便。

本實(shí)用新型有附圖2幅，其中圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。圖中1.整形濾波單元，2.降壓隔離單元，3.中央處理單元，4. CAN通信部分， 5. MVB通信部分。
具體實(shí)施方式
如圖1 圖2所示，一種基于CAN和MVB通信的脈沖信號(hào)采集單元，包括CAN和 MVB通信部分，其特征在于由信號(hào)的濾波整形單元1、降壓隔離單元2和中央處理單元3組 成，是一個(gè)在單片機(jī)與FPGA上構(gòu)建的片上系統(tǒng)。利用單片機(jī)的采集能力和FPGA的運(yùn)算處 理能力，采用全數(shù)字化方法實(shí)現(xiàn)了速度信號(hào)的等精度測(cè)量，再通過網(wǎng)絡(luò)將采集信息傳送給 主控單元。當(dāng)機(jī)車行駛時(shí)，速度傳感器輸出信號(hào)頻率和機(jī)車速度成線性比例關(guān)系，信號(hào)通過 濾波整形處理、降壓隔離后送給中央處理部分經(jīng)過濾波計(jì)算再通過CAN或MVB傳送給主控 單元。所述的濾波整形處理單元由RC濾波電路和運(yùn)算放大器LM2M構(gòu)成。所述的降壓隔離單元由電阻及隔離光藕HCPL-0630構(gòu)成。所述的中央處理單元由單片機(jī)和FPGA構(gòu)成。所述的網(wǎng)絡(luò)通信部分由單片機(jī)，F(xiàn)PGA及其外圍電路構(gòu)成。脈沖信號(hào)具體處理過程由三個(gè)部分組成，包括滯回濾波降壓隔離電路、FPGA濾波 整形電路和應(yīng)用測(cè)速計(jì)算程序。滯回降壓隔離電路由滯回比較部分、降壓部分、光電隔離部分組成。滯回部分由運(yùn) 放LM2M及電阻R5、R7、R13組成，初始態(tài)運(yùn)放輸出高電平即15V。由圖2所示可得，當(dāng)A點(diǎn) 電壓到達(dá)某一定值時(shí)，運(yùn)放輸出翻轉(zhuǎn)成低電平，當(dāng)A點(diǎn)電壓下降到另一定值時(shí)，運(yùn)放輸出高 電平。電壓在倆定值之間時(shí)運(yùn)算放大器輸出電平保持不變。A點(diǎn)電壓由R1、R3分壓所得。 B點(diǎn)電壓再通過電阻降壓、限流送入光耦。通過光耦隔離送給FPGA和單片機(jī)。FPGA濾波整形電路主要去除異常周期脈沖，根據(jù)相鄰脈沖周期不會(huì)超過10%跳 變的原理，實(shí)時(shí)去除因機(jī)械偏差而產(chǎn)生的每組脈沖中周期發(fā)生跳變的脈沖。同時(shí)也可以根 據(jù)兩路相位差90度的速度信號(hào)，判斷出行車方向。單片機(jī)通過設(shè)定，采集脈沖信號(hào)的相鄰兩個(gè)上升沿，再由定時(shí)器記錄發(fā)生兩個(gè)上 升沿所用的時(shí)間。由于兩路信號(hào)之間具有相位差，可以在捕捉到其中一路信號(hào)上升沿的同 時(shí)，讀取另一路信號(hào)的狀態(tài)，從而可以判斷那個(gè)信號(hào)的相位在前，同時(shí)判斷出行車方向。應(yīng)用測(cè)速計(jì)算程序在FPGA和單片機(jī)內(nèi)同時(shí)執(zhí)行，主要設(shè)置時(shí)間滑窗(例如10個(gè) 時(shí)間數(shù)據(jù))，隨著時(shí)間滑窗的偏移，實(shí)時(shí)取出10個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，計(jì)算出當(dāng)前車輛 速度，再對(duì)比兩部分計(jì)算結(jié)果，去掉最大值最小值，取平均值，再將車速數(shù)據(jù)通過MVB網(wǎng)絡(luò) 或CAN網(wǎng)絡(luò)傳送給中央處理單元。
權(quán)利要求1. 一種基于CAN和MVB通信的脈沖信號(hào)采集單元，是一個(gè)在單片機(jī)和FPGA芯片上構(gòu) 建的片上系統(tǒng)，其特征在于包括由RC濾波電路和運(yùn)算放大器LM2M構(gòu)成的濾波整形單元 (1)、由電阻和光耦芯片HCPL-0630構(gòu)成的降壓隔離單元(2)和單片機(jī)與FPGA構(gòu)成的中央 處理單元(3)，所述濾波整形單元(1)通過降壓隔離單元( 與中央處理單元C3)保持電連 接，所述中央處理單元C3)則分別與CAN通信部分及MVB通信部分雙向連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于CAN和MVB通信的脈沖信號(hào)采集單元，是一個(gè)由單片機(jī)和FPGA構(gòu)建的片上系統(tǒng)，包括CAN和MVB通信部分，其特征在于包括由RC濾波電路和運(yùn)放LM224構(gòu)成的濾波整形單元、由電阻和光耦芯片HCPL-0630構(gòu)成的降壓隔離單元和單片機(jī)與FPGA構(gòu)成的中央處理單元，所述濾波整形單元通過降壓隔離單元與中央處理單元保持電連接，中央處理單元?jiǎng)t分別與CAN通信部分及MVB通信部分雙向連接。所述采集單元利用單片機(jī)的采集能力和FPGA的運(yùn)算處理能力，采用全數(shù)字化方法實(shí)現(xiàn)了機(jī)車高速段和低速段速度信號(hào)的等精度測(cè)量，測(cè)量精度高，范圍大，實(shí)時(shí)性好。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)方便，適用于機(jī)車及一般工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201897711SQ20102054099
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者劉維洋, 王延超, 石勇 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心