一種車輛懸浮控制電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種車輛懸浮控制電路，該電路的信號處理模塊包括電壓傳感器、電流傳感器和懸浮傳感器，控制處理模塊包括控制板和信號處理板，電壓傳感器和電流傳感器將檢測到的電壓電流模擬信號采用控制板上的A/D采樣模塊進(jìn)行信號采集；懸浮傳感器將檢測到的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給信號處理板進(jìn)行信號處理；信號處理板將其處理得到的有效的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給控制板；控制板將電壓電流模擬信號和有效的間隙與加速度數(shù)字信號進(jìn)行控制算法處理，得到PWM波控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作。通過本實(shí)用新型電流和電壓模擬信號處理直接利用信號處理板上的A/D采樣，充分利用FPGA芯片的數(shù)字系統(tǒng)建模和信號處理功能，簡化硬件電路設(shè)計(jì)及提高設(shè)計(jì)效率與可靠性。
【專利說明】一種車輛懸浮控制電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及車輛懸浮控制【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說，是涉及一種車輛懸浮控制電路。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，對于車輛懸浮控制技術(shù)，請參閱附圖1，為現(xiàn)有技術(shù)中車輛懸浮控制電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，電壓和電流傳感器將檢測到的電壓電流模擬信號傳輸給信號處理板，電壓電流模擬信號經(jīng)過信號處理器板上的A/D芯片與FPGA芯片轉(zhuǎn)換成電壓電流數(shù)字信號，而懸浮傳感器將檢測到的間隙和加速度數(shù)字信號經(jīng)過信號處理板上的FPGA芯片和D/A芯片轉(zhuǎn)換成間隙和加速度模擬信號，再將電壓電流數(shù)字信號及間隙和加速度模擬信號一方面?zhèn)鬏斀o控制板參與控制算法處理，另一方面通過CAN網(wǎng)傳輸給調(diào)試監(jiān)控軟件，將控制算法處理后輸出的PWM波發(fā)送到驅(qū)動板電路，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(懸浮電磁鐵)的線圈電流，以調(diào)節(jié)電磁鐵與F軌間的距離，實(shí)現(xiàn)車輛懸浮控制。
[0003]上述現(xiàn)有車輛懸浮控制電路中的電壓電流模擬信號傳輸設(shè)計(jì)不僅沒有充分利用目前數(shù)字信號處理器的片上A/D采樣功能，而且需要在信號處理板配置相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換芯片，也增加FPGA芯片程序設(shè)計(jì)難度及設(shè)計(jì)成本，另外，間隙和加速度數(shù)字信號的傳輸設(shè)計(jì)不僅需配置相應(yīng)的D/A和A/D轉(zhuǎn)換芯片，同時為保證模擬信號的實(shí)時性需進(jìn)行模擬調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)，而模擬電路有溫漂問題、元器件一致性差和增加后期調(diào)試難度等問題，而且間隙和加速度數(shù)字信號的運(yùn)算處理全部在數(shù)字信號處理器DSP上完成，增加了 DSP運(yùn)算負(fù)擔(dān)，且也沒有充分利用FPGA并行運(yùn)算能力和信號處理方面的突出優(yōu)勢。
[0004]因此，為了充分利用現(xiàn)有FPGA芯片的數(shù)字系統(tǒng)建模和信號處理功能，簡化硬件電路設(shè)計(jì)及提高設(shè)計(jì)效率與可靠性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種車輛懸浮控制電路，以克服現(xiàn)有技術(shù)中由于電壓電流模擬信號傳輸設(shè)計(jì)不僅沒有充分利用目前數(shù)字信號處理器的片上A/D采樣功能，而且需要在信號處理板配置相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換芯片，也增加FPGA芯片程序設(shè)計(jì)難度及設(shè)計(jì)成本，另外，間隙和加速度數(shù)字信號的傳輸設(shè)計(jì)不僅需配置相應(yīng)的D/A和A/D轉(zhuǎn)換芯片，同時為保證模擬信號的實(shí)時性需進(jìn)行模擬調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)，而模擬電路有溫漂問題、元器件一致性差和增加后期調(diào)試難度等問題，而且間隙和加速度數(shù)字信號的運(yùn)算處理全部在數(shù)字信號處理器DSP上完成，增加了 DSP運(yùn)算負(fù)擔(dān)，且也沒有充分利用FPGA并行運(yùn)算能力和信號處理方面的突出優(yōu)勢，從而復(fù)雜了硬件電路設(shè)計(jì)及降低了設(shè)計(jì)效率與可靠性的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種車輛懸浮控制電路，包括信號處理模塊、控制處理模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中，所述信號處理模塊包括電壓傳感器、電流傳感器和懸浮傳感器，所述控制處理模塊包括控制板和信號處理板，
[0008]所述電壓傳感器和所述電流傳感器與所述控制板通過信號傳輸線相連接，所述電壓傳感器和所述電流傳感器將檢測到的電壓電流模擬信號采用所述控制板上進(jìn)行信號采集，傳輸給所述控制板；
[0009]所述懸浮傳感器與所述信號處理板通過I/O 口相連接，所述懸浮傳感器將檢測到的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述信號處理板進(jìn)行信號處理；
[0010]所述信號處理板與所述控制板通過I/O 口相連接，將所述信號處理板處理得到的有效的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述控制板；
[0011]所述控制板與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過I/O 口相連接，所述控制板將所述電壓電流模擬信號和所述有效的間隙與加速度數(shù)字信號進(jìn)行控制算法處理，得到PWM波控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作。
[0012]優(yōu)選的，所述控制板上設(shè)置有數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器采用浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器。
[0013]優(yōu)選的，所述浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器型號為TMS320F28335DSP。
[0014]優(yōu)選的，所述信號處理板上設(shè)置有FPGA芯片，所述FPGA芯片進(jìn)行并行運(yùn)算和信號處理。
[0015]優(yōu)選的，所述懸浮傳感器通過RS485通訊方式將所述間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述信號處理板進(jìn)行信號處理。
[0016]優(yōu)選的，所述電壓傳感器為LV25-P/SP25。
[0017]優(yōu)選的，所述電流傳感器為LA100-P。
[0018]經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型公開了一種車輛懸浮控制電路，該電路包括信號處理模塊、控制處理模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中，所述信號處理模塊包括電壓傳感器、電流傳感器和懸浮傳感器，所述控制處理模塊包括控制板和信號處理板，所述電壓傳感器和所述電流傳感器與所述控制板通過信號傳輸線相連接，所述電壓傳感器和所述電流傳感器將檢測到的電壓電流模擬信號采用所述控制板上的A/D采樣模塊進(jìn)行采集，傳輸給所述控制板；所述懸浮傳感器與所述信號處理板通過I/O 口相連接，所述懸浮傳感器將檢測到的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述信號處理板進(jìn)行信號處理；所述信號處理板與所述控制板通過I/O 口相連接，將所述信號處理板處理得到的有效的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述控制板；所述控制板與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過I/O 口相連接，所述控制板將所述電壓電流模擬信號和所述有效的間隙與加速度數(shù)字信號進(jìn)行控制算法處理，得到PWM波控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作。通過利用本實(shí)用新型的車輛懸浮控制電路，電流和電壓模擬信號處理直接利用信號處理板上的A/D采樣，充分利用現(xiàn)有FPGA芯片的數(shù)字系統(tǒng)建模和信號處理功能，簡化硬件電路設(shè)計(jì)及提高設(shè)計(jì)效率與可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中車輛懸浮控制電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例公開的一種車輛懸浮控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0023]本實(shí)用新型公開了一種車輛懸浮控制電路，該電路包括信號處理模塊、控制處理模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中，所述信號處理模塊包括電壓傳感器、電流傳感器和懸浮傳感器，所述控制處理模塊包括控制板和信號處理板，所述電壓傳感器和所述電流傳感器與所述控制板通過信號傳輸線相連接，所述電壓傳感器和所述電流傳感器將檢測到的電壓電流模擬信號采用所述控制板上的A/D采樣模塊進(jìn)行采集，傳輸給所述控制板；所述懸浮傳感器與所述信號處理板通過I/O 口相連接，所述懸浮傳感器將檢測到的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述信號處理板進(jìn)行信號處理；所述信號處理板與所述控制板通過I/O 口相連接，將所述信號處理板處理得到的有效的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述控制板；所述控制板與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過I/O 口相連接，所述控制板將所述電壓電流模擬信號和所述有效的間隙與加速度數(shù)字信號進(jìn)行控制算法處理，得到PWM波控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作。通過利用本實(shí)用新型的車輛懸浮控制電路，電流和電壓模擬信號處理直接利用信號處理板上的A/D采樣，充分利用現(xiàn)有FPGA芯片的數(shù)字系統(tǒng)建模和信號處理功能，簡化硬件電路設(shè)計(jì)及提高設(shè)計(jì)效率與可靠性。
[0024]請參閱附圖2，為本實(shí)用新型實(shí)施例公開的一種車輛懸浮控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型實(shí)施例公開了一種車輛懸浮控制電路，該電路包括信號處理模塊101、控制處理模塊102和執(zhí)行機(jī)構(gòu)103，其中，所述信號處理模塊101包括電壓傳感器104、電流傳感器105和懸浮傳感器106，所述控制處理模塊102包括控制板107和信號處理板108，所述電壓傳感器104和所述電流傳感器105與所述控制板107通過信號傳輸線相連接，所述電壓傳感器104和所述電流傳感器105將檢測到的電壓電流模擬信號采用所述控制板107上的A/D采樣模塊進(jìn)行采集傳輸給所述控制板107 ;所述懸浮傳感器107與所述信號處理板108通過I/O 口相連接，所述懸浮傳感器107將檢測到的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述信號處理板108進(jìn)行信號處理；所述信號處理板108與所述控制板107通過I/O 口相連接，將所述信號處理板108處理得到的有效的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述控制板107 ;所述控制板107與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)103通過I/O 口相連接，所述控制板107將所述電壓電流模擬信號和所述有效的間隙與加速度數(shù)字信號進(jìn)行控制算法處理，得到PWM波控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)103運(yùn)作。
[0025]在本實(shí)用新型的一種車輛懸浮控制電路結(jié)構(gòu)中，充分利用現(xiàn)有FPGA芯片的數(shù)字系統(tǒng)建模和信號處理功能，通過在FPGA中進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對3路間隙信號和2路加速度信號的處理，其設(shè)計(jì)方法靈活，也簡化了硬件電路設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)效率與可靠性。
[0026]優(yōu)選的，所述控制板上設(shè)置有數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器采用浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器。
[0027]在現(xiàn)有技術(shù)中DSP采用的是TMSC28X系列定點(diǎn)數(shù)字信號處理器，而本設(shè)計(jì)是在浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器基礎(chǔ)上研發(fā)設(shè)計(jì)的，得益于浮點(diǎn)運(yùn)算單元，用戶可以快速編寫控制算法而無需在處理小數(shù)操作上耗費(fèi)過多的時間和精力，簡化軟件開發(fā)，縮短開發(fā)周期；充分運(yùn)用浮點(diǎn)處理器上的片上A/D采樣功能，將電壓和電流模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號參與控制算法處理，簡化電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低開發(fā)成本。
[0028]優(yōu)選的，所述浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器型號為TMS320F28335DSP。
[0029]浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器選用TMS320F28335DSP，該器件與TI公司前代領(lǐng)先數(shù)字信號處理器相比，性能平均提升50%，并且與C28x處理器軟件兼容；基于設(shè)計(jì)選用的浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器，程序設(shè)計(jì)時采用浮點(diǎn)運(yùn)算編程，浮點(diǎn)運(yùn)算比定點(diǎn)運(yùn)算的動態(tài)范圍大很多，可以快速編寫控制算法而無需在處理小數(shù)操作上耗費(fèi)過多的時間和精力，為復(fù)雜控制算法的實(shí)時處理提供了保證；電壓和電流模擬信號采集處理電路直接采用浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器片上A/D采樣模塊，得益于浮點(diǎn)運(yùn)算處理優(yōu)勢，取消了電壓和電流模擬信號調(diào)節(jié)電路，降低開發(fā)成本和調(diào)試難度；利用浮點(diǎn)DSP進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)濾波電路，簡化硬件電路設(shè)計(jì)，提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。
[0030]數(shù)字信號處理器采用TMS320F28335DSP，該DSP與C28x處理器軟件兼容；浮點(diǎn)運(yùn)算處理速度大大高于定點(diǎn)運(yùn)算，為復(fù)雜控制算法的實(shí)時處理提供了保證?？梢钥焖倬帉懣刂扑惴ǘ鵁o需在處理小數(shù)上耗費(fèi)過多的時間和精力，從而簡化軟件開發(fā)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
[0031 ] 優(yōu)選的，所述信號處理板上設(shè)置有FPGA芯片，所述FPGA芯片進(jìn)行并行運(yùn)算和信號處理。
[0032]信號處理板上的FPGA對間隙和加速度數(shù)字信號處理后，將有效的間隙和加速度信號通過I/o 口傳輸給控制板上的浮點(diǎn)DSP進(jìn)行控制算法運(yùn)算處理，利用FPGA的高速并行運(yùn)算能力以及在信號處理方面的突出優(yōu)勢，將懸浮間隙和加速度數(shù)字信號的處理在FPGA中完成，簡化了 DSP軟件編程，降低DSP運(yùn)算負(fù)擔(dān)，提高了信號處理速度。
[0033]上述采用FPGA和DSP技術(shù)的設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)充分利用目前FPGA和DSP芯片的數(shù)字信號處理優(yōu)勢，數(shù)字信號傳輸抗干擾能力強(qiáng)，簡化了電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低印刷電路板PCB開發(fā)難度，降低研發(fā)成本。
[0034]優(yōu)選的，所述懸浮傳感器通過RS485通訊方式將所述間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述信號處理板進(jìn)行信號處理。
[0035]優(yōu)選的，所述電壓傳感器為LV25-P/SP25，檢測懸浮控制電路工作電壓。
[0036]優(yōu)選的，所述電流傳感器為LA100-P，檢測懸浮電磁鐵工作電流。
[0037]如圖2所示，懸浮傳感器將3路間隙與2路加速度數(shù)字信號，通過RS485通訊方式傳輸給信號處理板，利用FPGA的并行運(yùn)算能力和信號處理方面優(yōu)勢，通過程序處理將間隙與加速度信號的有效值傳輸給控制板上的浮點(diǎn)DSP，參與控制算法處理，最后通過輸出PWM波到驅(qū)動板電路，控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)(懸浮電磁鐵)的線圈電流，以調(diào)節(jié)電磁鐵與F軌間的距離；同時將電磁鐵上的電流與懸浮電壓模擬信號實(shí)時傳輸給浮點(diǎn)DSP,經(jīng)過DSP的片上A/D模塊數(shù)字采樣后，參與控制算法處理。該懸浮控制電路結(jié)構(gòu)通過充分利用浮DSP的浮點(diǎn)運(yùn)算處理以及FPGA數(shù)字信號處理優(yōu)勢，在程序中進(jìn)行模擬濾波調(diào)理電路，降低硬件電路設(shè)計(jì)難度，節(jié)省PCB空間尺寸，降低開發(fā)成本。
[0038]綜上所述:本實(shí)用新型公開了一種車輛懸浮控制電路，該電路包括信號處理模塊、控制處理模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中，所述信號處理模塊包括電壓傳感器、電流傳感器和懸浮傳感器，所述控制處理模塊包括控制板和信號處理板，所述電壓傳感器和所述電流傳感器與所述控制板通過信號傳輸線相連接，所述電壓傳感器和所述電流傳感器將檢測到的電壓電流模擬信號采用所述控制板上的A/d采樣模塊進(jìn)行采集，傳輸給所述控制板；所述懸浮傳感器與所述信號處理板通過I/o 口相連接，所述懸浮傳感器將檢測到的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述信號處理板進(jìn)行信號處理；所述信號處理板與所述控制板通過I/o 口相連接，將所述信號處理板處理得到的有效的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述控制板；所述控制板與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過I/O 口相連接，所述控制板將所述電壓電流模擬信號和所述有效的間隙與加速度數(shù)字信號進(jìn)行控制算法處理，得到PWM波控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作。通過利用本實(shí)用新型的車輛懸浮控制電路，電流和電壓模擬信號處理直接利用信號處理板上的A/D采樣，充分利用現(xiàn)有FPGA芯片的數(shù)字系統(tǒng)建模和信號處理功能，簡化硬件電路設(shè)計(jì)及提高設(shè)計(jì)效率與可靠性。
[0039]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種車輛懸浮控制電路，包括信號處理模塊、控制處理模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中，所述信號處理模塊包括電壓傳感器、電流傳感器和懸浮傳感器，所述控制處理模塊包括控制板和信號處理板，其特征在于， 所述電壓傳感器和所述電流傳感器與所述控制板通過信號傳輸線相連接，所述電壓傳感器和所述電流傳感器將檢測到的電壓電流模擬信號采用所述控制板上的A/D采樣模塊進(jìn)行信號采集，傳輸給所述控制板； 所述懸浮傳感器與所述信號處理板通過I/O 口相連接，所述懸浮傳感器將檢測到的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述信號處理板進(jìn)行信號處理； 所述信號處理板與所述控制板通過I/O 口相連接，將所述信號處理板處理得到的有效的間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述控制板； 所述控制板與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過I/O 口相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述車輛懸浮控制電路，其特征在于，所述控制板上設(shè)置有數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器采用浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述車輛懸浮控制電路，其特征在于，所述浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器型號為 TMS320F28335DSP。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述車輛懸浮控制電路，其特征在于，所述信號處理板上設(shè)置有FPGA芯片，所述FPGA芯片進(jìn)行并行運(yùn)算和信號處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述車輛懸浮控制電路，其特征在于，所述懸浮傳感器通過RS485通訊方式將所述間隙與加速度數(shù)字信號傳輸給所述信號處理板進(jìn)行信號處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述車輛懸浮控制電路，其特征在于，所述電壓傳感器為LV25-P/SP25。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述車輛懸浮控制電路，其特征在于，所述電流傳感器為LA100-P。
【文檔編號】B60L13/00GK204065724SQ201420194098
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】姜宏偉, 彭奇彪, 佟來生, 羅京, 陳啟發(fā), 朱躍歐, 朱琳 申請人:南車株洲電力機(jī)車有限公司