專利名稱：一種速度脈沖處理電路及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廣泛應(yīng)用于機(jī)車電力牽引逆變器、電機(jī)變頻控制等逆變控制技 術(shù)，特別是一種速度脈沖處理電路及其工作方法。
背景技術(shù)：
電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展極大地推進(jìn)了變頻器的開發(fā)和應(yīng)用。目前，通用變頻器 在國內(nèi)外已產(chǎn)品化和系列化，并在電力牽引領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。由于中國在大功率交流傳動(dòng)領(lǐng) 域起步較晚，至今很多大功率交流傳動(dòng)核心技術(shù)還沒有完全掌握，而法國阿爾斯通、德國西 門子、日本東芝等企業(yè)占領(lǐng)了該領(lǐng)域大部分市場。近幾年，國內(nèi)交流傳動(dòng)技術(shù)飛速發(fā)展，南 車集團(tuán)株洲所已經(jīng)自主完成了 200km/h電力機(jī)車“中華之星”的研發(fā)，北車集團(tuán)電力牽引研 發(fā)中心也自主完成了國內(nèi)單軸最大功率1600kw高速電力機(jī)車的初步研發(fā)。在未來幾年里， 隨著國內(nèi)企業(yè)科研實(shí)力的不斷壯大，大鐵路領(lǐng)域的市場必將逐步走向國產(chǎn)化。磁懸浮技術(shù) 目前掌握較好是日本和德國企業(yè)，日本早在幾年前就實(shí)現(xiàn)了時(shí)速581公里磁懸浮列車的研 制，國內(nèi)尚未有企業(yè)能夠掌握該項(xiàng)技術(shù)，目前國內(nèi)上海興建的浦東國際機(jī)場-浦東龍陽路 站的高速磁懸浮列車完全依賴于國外技術(shù)引進(jìn)，進(jìn)而附屬的磁懸浮軌檢車也被國外企業(yè)壟 斷，這就大大增加了項(xiàng)目的成本。磁懸浮軌檢車技術(shù)相對(duì)比較簡單，完全可以自主研發(fā)并 形成產(chǎn)業(yè)化，大連電力牽引研發(fā)中心受上海磁浮研究中心的委托對(duì)磁懸浮軌檢車的控制系 統(tǒng)部分進(jìn)行自主研發(fā)，但現(xiàn)有的軌檢車速度脈沖處理電路不能實(shí)現(xiàn)磁懸浮軌檢車的技術(shù)要 求，不能解決變頻器與制動(dòng)控制單元BCU的接口問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)磁懸浮軌檢車時(shí)速 200公里以上并能解決變頻器與制動(dòng)控制單元BCU的接口問題的速度脈沖處理電路及其工 作方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種速度脈沖處理電路，包括中央處理單元、分頻電路、D觸發(fā)器電路、脈沖放大電 路、光耦隔離電路、繼電器電路和電源電路，所述的光耦隔離電路一端分別與A、B兩路速度 傳感器連接，另一端分別與分頻電路和D觸發(fā)器電路連接；所述的中央處理單元分別與繼 電器電路和分頻電路連接，所述的繼電器電路還分別與電源電路、脈沖放大電路和制動(dòng)控 制單元BCU連接；所述的分頻電路分別與中央處理單元和脈沖放大電路連接；所述的中央 處理單元包括單片機(jī)STC12CM10AD，所述的繼電器電路包括繼電器RY612005，所述的分頻 電路采用了基于CPLD的數(shù)控分頻器。本發(fā)明所述的A、B兩路速度傳感器發(fā)出的脈沖電壓信號(hào)是相位互差90°脈沖電壓信號(hào)。本發(fā)明所述的電源電路采用帶載功能很強(qiáng)的專用電源芯片LM117。一種速度脈沖處理電路的工作方法，包括以下步驟
A、程序初始化上電時(shí)，中央處理單元對(duì)各個(gè)控制寄存器置初值，對(duì)運(yùn)算過程中使 用的各個(gè)變量分配地址，并設(shè)置相應(yīng)的初值；B、控制運(yùn)行中央處理單元設(shè)有4級(jí)中斷，通過中斷的優(yōu)先等級(jí)及中斷標(biāo)志位的 設(shè)定，完成相應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR的功能，在每次中斷事件發(fā)生之后都將從等待循環(huán)中 喚醒執(zhí)行，當(dāng)中斷標(biāo)記被設(shè)置以后，相應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR就將被執(zhí)行；所述的中斷服務(wù) 程序ISR包括頻率判斷、AD采樣和串行通信，所述的頻率判斷是利用中央處理單元的PCA功 能擴(kuò)展外部中斷對(duì)速度脈沖頻率進(jìn)行判斷當(dāng)頻率大于設(shè)定值時(shí)程序進(jìn)入PCA中斷，對(duì)IO 輸出賦相應(yīng)值用于控制繼電器輸出狀態(tài)；所述的串口通信是利用SPI中斷完成速度脈沖電 路板與上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；所述的AD采樣是利用AD中斷完成模擬量的實(shí)時(shí)采集，通 過串口通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示屏上，實(shí)現(xiàn)軌檢車在運(yùn)行過程中部分模擬量的實(shí)時(shí)顯示。
本發(fā)明所述的模擬量包括溫度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明A、B兩路速度傳感器發(fā)出的相位互差90°脈沖電壓信號(hào)，為了提高系統(tǒng) 抗干擾性能及必要的電平轉(zhuǎn)換，在該處用光耦隔離電路對(duì)速度脈沖信號(hào)進(jìn)行隔離處理，并 將隔離前的高電壓脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓脈沖信號(hào)，以適應(yīng)后續(xù)處理電路的電平匹配。經(jīng) 光耦隔離電路轉(zhuǎn)換后的相位互差90°脈沖電壓信號(hào)用D觸發(fā)器電路對(duì)其進(jìn)行處理，可以判 斷出軌檢車前進(jìn)及倒車的運(yùn)行狀況。由于速度傳感器所發(fā)脈沖信號(hào)頻率很高，制動(dòng)控制單 元BCU很難符合要求，因此對(duì)高頻率的速度脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻處理，在該處用了基于CPLD 的數(shù)控分頻器，可以很容易實(shí)現(xiàn)奇、偶高次分頻。分頻后的速度脈沖信號(hào)用MOS管增強(qiáng)其帶 載能力并轉(zhuǎn)換脈沖電壓電平，以適應(yīng)制動(dòng)控制單元BCU需求，經(jīng)MOS管轉(zhuǎn)換后的速度脈沖信 號(hào)可以適應(yīng)IA電流負(fù)載要求。該電路還用了帶載功能很強(qiáng)的專用電源芯片對(duì)既有電源進(jìn) 行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電平信號(hào)符合BCU控制需求并且可以適應(yīng)IA電流負(fù)載要求。2、本發(fā)明以單片機(jī)STC12CM10AD作為系統(tǒng)的中央處理單元。STC12CM10AD系列 單片機(jī)是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但 速度快8-12倍，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。3、本發(fā)明利用單片機(jī)STC12CM10AD的PCA功能擴(kuò)展外部中斷，對(duì)采集到的速度 傳感器脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行判斷，當(dāng)頻率高于設(shè)定值時(shí)，STC12C5410AD的IO 口控制繼電器 RY612005輸出一種設(shè)定狀態(tài)，制動(dòng)控制單元BCU通過繼電器的輸出狀態(tài)認(rèn)定軌檢車工作在 正常狀態(tài)，且可以有效地讀出速度傳感器脈沖信號(hào)的實(shí)時(shí)頻率，用于顯示軌檢車的實(shí)時(shí)速 度；當(dāng)采集到的速度傳感器脈沖信號(hào)的頻率低于設(shè)定值時(shí)，STC12C5410AD的IO 口控制繼電 器RY612005輸出另一種設(shè)定狀態(tài)，制動(dòng)控制單元BCU通過繼電器的輸出狀態(tài)認(rèn)定軌檢車工 作在停車狀態(tài)或即將停車狀態(tài)。4、本發(fā)明選用大功率電源芯片及MOS管、RC器件組成的放大輸出電路，可以應(yīng)用 于大電流負(fù)載電路。5、本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，既能實(shí)現(xiàn)時(shí)速200公里速度脈沖的處理又較 好地解決了變頻器制動(dòng)控制單元BCU的接口問題，有一定的市場前景。


本發(fā)明共有附圖兩幅，其中
圖1是速度脈沖處理電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是速度脈沖處理電路的工作流程圖。圖中，1、中央處理單元，2、分頻電路，3、D觸發(fā)器電路，4、光耦隔離電路，5、繼電器 電路，6、電源電路，7、脈沖放大電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1所示，一種速度脈沖處理電路， 包括中央處理單元1、分頻電路2、D觸發(fā)器電路3、脈沖放大電路7、光耦隔離電路4、繼電器 電路5和電源電路6，所述的光耦隔離電路4 一端分別與A、B兩路速度傳感器連接，另一端 分別與分頻電路2和D觸發(fā)器電路3連接；所述的中央處理單元1分別與繼電器電路5和 分頻電路2連接，所述的繼電器電路5還分別與電源電路6、脈沖放大電路7和制動(dòng)控制單 元BCU連接；所述的分頻電路2分別與中央處理單元1和脈沖放大電路7連接；所述的中央 處理單元1包括單片機(jī)STC12CM10AD，所述的繼電器電路5包括繼電器RY612005，所述的 分頻電路2采用了基于CPLD的數(shù)控分頻器。所述的A、B兩路速度傳感器發(fā)出的脈沖電壓 信號(hào)是相位互差90°脈沖電壓信號(hào)。所述的電源電路6采用帶載功能很強(qiáng)的專用電源芯片 LMl17。如圖1-2所示，一種速度脈沖處理電路的工作方法，包括以下步驟A、程序初始化上電時(shí)，中央處理單元1對(duì)各個(gè)控制寄存器置初值，對(duì)運(yùn)算過程中 使用的各個(gè)變量分配地址，并設(shè)置相應(yīng)的初值；B、控制運(yùn)行中央處理單元1設(shè)有4級(jí)中斷，通過中斷的優(yōu)先等級(jí)及中斷標(biāo)志位的 設(shè)定，完成相應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR的功能，在每次中斷事件發(fā)生之后都將從等待循環(huán)中 喚醒執(zhí)行，當(dāng)中斷標(biāo)記被設(shè)置以后，相應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR就將被執(zhí)行；所述的中斷服務(wù) 程序ISR包括頻率判斷、AD采樣和串行通信，所述的頻率判斷是利用中央處理單元1的PCA 功能擴(kuò)展外部中斷對(duì)速度脈沖頻率進(jìn)行判斷當(dāng)頻率大于設(shè)定值時(shí)程序進(jìn)入PCA中斷，對(duì) IO輸出賦相應(yīng)值用于控制繼電器輸出狀態(tài)；所述的串口通信是利用SPI中斷完成速度脈沖 電路板與上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；所述的AD采樣是利用AD中斷完成模擬量的實(shí)時(shí)采集， 通過串口通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示屏上，實(shí)現(xiàn)軌檢車在運(yùn)行過程中部分模擬量的實(shí)時(shí)顯示。本發(fā)明所述的模擬量包括溫度。本發(fā)明的具體工作原理如下用單片機(jī)STC12CM10AD對(duì)光耦隔離及分頻后的速度脈沖信號(hào)頻率進(jìn)行判斷，當(dāng) 頻率高于軟件的設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)IO管腳控制繼電器輸出狀態(tài)A2，制動(dòng)控制單元BCU通過 繼電器輸出的狀態(tài)A2可以判斷軌檢車工作在正常狀態(tài)，并可以根據(jù)所接收速度脈沖信號(hào) 的頻率讀出軌檢車的實(shí)時(shí)速度，將數(shù)據(jù)傳到顯示屏上用于實(shí)時(shí)速度的檢測。當(dāng)頻率低于軟 件的設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)IO管腳控制繼電器輸出狀態(tài)vcc3，制動(dòng)控制單元BCU通過繼電器輸 出的狀態(tài)vcc3可以判斷軌檢車即將停車或已經(jīng)停車，并將該指令傳送到中央控制單元，用 于停車后的指令處理。
權(quán)利要求
1.一種速度脈沖處理電路，其特征在于包括中央處理單元(1)、分頻電路0)、D觸發(fā) 器電路(3)、脈沖放大電路(7)、光耦隔離電路0)、繼電器電路(5)和電源電路(6)，所述的 光耦隔離電路(4) 一端分別與A、B兩路速度傳感器連接，另一端分別與分頻電路( 和D 觸發(fā)器電路C3)連接；所述的中央處理單元(1)分別與繼電器電路( 和分頻電路(2)連 接，所述的繼電器電路(5)還分別與電源電路(6)、脈沖放大電路(7)和制動(dòng)控制單元BCU 連接；所述的分頻電路( 分別與中央處理單元(1)和脈沖放大電路(7)連接；所述的中央 處理單元(1)包括單片機(jī)STC12CM10AD，所述的繼電器電路( 包括繼電器RY612005，所 述的分頻電路⑵采用了基于CPLD的數(shù)控分頻器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種速度脈沖處理電路，其特征在于所述的A、B兩路速度 傳感器發(fā)出的脈沖電壓信號(hào)是相位互差90°脈沖電壓信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種速度脈沖處理電路，其特征在于所述的電源電路(6) 采用帶載功能很強(qiáng)的專用電源芯片LM117。
4.一種速度脈沖處理電路的工作方法，其特征在于包括以下步驟A、程序初始化上電時(shí)，中央處理單元(1)對(duì)各個(gè)控制寄存器置初值，對(duì)運(yùn)算過程中使 用的各個(gè)變量分配地址，并設(shè)置相應(yīng)的初值；B、控制運(yùn)行中央處理單元(1)設(shè)有4級(jí)中斷，通過中斷的優(yōu)先等級(jí)及中斷標(biāo)志位的設(shè) 定，完成相應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR的功能，在每次中斷事件發(fā)生之后都將從等待循環(huán)中喚 醒執(zhí)行，當(dāng)中斷標(biāo)記被設(shè)置以后，相應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR就將被執(zhí)行；所述的中斷服務(wù)程 序ISR包括頻率判斷、AD采樣和串行通信，所述的頻率判斷是利用中央處理單元(1)的PCA 功能擴(kuò)展外部中斷對(duì)速度脈沖頻率進(jìn)行判斷當(dāng)頻率大于設(shè)定值時(shí)程序進(jìn)入PCA中斷，對(duì) IO輸出賦相應(yīng)值用于控制繼電器輸出狀態(tài)；所述的串口通信是利用SPI中斷完成速度脈沖 電路板與上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；所述的AD采樣是利用AD中斷完成模擬量的實(shí)時(shí)采集， 通過串口通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示屏上，實(shí)現(xiàn)軌檢車在運(yùn)行過程中部分模擬量的實(shí)時(shí)顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種速度脈沖處理電路的工作方法，其特征在于所述的模 擬量包括溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種速度脈沖處理電路及其工作方法，所述的電路包括中央處理單元、分頻電路、D觸發(fā)器電路、脈沖放大電路、光耦隔離電路、繼電器電路和電源電路，光耦隔離電路一端分別與A、B兩路速度傳感器連接，另一端分別與分頻電路和D觸發(fā)器電路連接；中央處理單元分別與繼電器電路和分頻電路連接，繼電器電路還分別與電源電路、脈沖放大電路和制動(dòng)控制單元BCU連接；分頻電路分別與中央處理單元和脈沖放大電路連接。所述的方法包括初始化和控制運(yùn)行。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，既實(shí)現(xiàn)了在磁懸浮軌檢車時(shí)速200公里以上，又解決了變頻器與制動(dòng)控制單元BCU的接口問題，具有推廣應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H03K19/14GK102055464SQ20101050954
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者陳鐵年, 隋德磊, 韓紅彬 申請(qǐng)人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心