CN107340439A - 一种无轨电车的脱网检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无轨电车的脱网检测装置,包括主控模块MCU,电阻分压电路,AD采集电路和一路CAN通信接口;线网高压依次通过电阻分压电路、AD采集电路、主控模块MCU和CAN通信接口输入无轨电车的整车控制器;通过精密电阻分压方式将线网电压转换成0~5V的低压信号,AD芯片采集低压信号并通过SPI传送给MCU,由MCU进行数据滤波和换算处理,并将最终结果通过CAN总线发送给整车控制器。采用CAN总线的方式将线网电压实时发送给整车控制器,避免了模拟信号在传输过程中易受干扰的问题,防止出现误报或不报的现象。同时本设备发送给整车控制器的结果是经过滤波和换算后的实时线网电压,不需要整车控制器再次进行数据处理,从而减少整车控制器的资源占用。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域,主要涉及无轨电车线网电压测量和脱网检测。
背景技术
无轨电车在行驶过程中常常会由于偏离线网距离过远,拐弯角度太大等原因造成集电杆脱离线网。电车脱离线网后会失去动力,若司机处理不及时会危及乘客以及周边车辆行人的安全。因此在电车上需要一个可以实时监测线网状态的装备,当发生脱网故障时,能立即警示司机做出应急处理。
目前脱网监测采用的方式是,霍尔电压传感器将线网电压转换低压的模拟信号,由整车控制器进行AD采集并换算出当前线网电压。实际整车布线过程中,霍尔电压传感器和VCU之间的距离较远,霍尔电压传感器输出的模拟信号容易被干扰,造成整车控制器采集到的线网电压跳动过大,出现误报或不报的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无轨电车的脱网检测装置,。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种无轨电车的脱网检测装置,包括主控模块MCU,电阻分压电路,AD采集电路和一路CAN通信接口;线网高压依次通过电阻分压电路、AD采集电路、主控模块MCU和CAN通信接口输入无轨电车的整车控制器;
所述电阻分压电路由一双通道高压光耦U8和电阻R24、R25、R92、R94、R97构成,所述双通道高压光耦的两个光电二极管阴极分别通过电阻R92、R94接入主控模块MCU,由主控模块MCU控制高压光耦的导通;所述双通道高压光耦的两个光敏管的输入分别通过电阻R24、R25接线网高压的正负两极,与线网高压正极相连的光敏管的输出接AD采集电路的输入,与线网高压负极相连的光敏管的输出接AD采集电路的地;所述电阻R97两端分别与两个光敏管的输出连接。
所述AD采集电路包括一模数转换芯片U14、电压跟随器U2和一稳压电压芯片U9;
所述电压跟随器U2采用运算放大器AD820芯片,其正输入端作为AD采集电路的输入端与电阻分压电路的输出端连接;运算放大器AD820的输出端与模数转换芯片U14的输入端连接;
所述模数转换芯片U14采用带有SPI通信的10位AD芯片AD7477AYKS,模数转换芯片U14将采集的结果通过其SPI通信引脚传送给主控模块MCU;模数转换芯片U14的工作电压输入端VDD通过电阻R78与直流5V电压源连接;
所述稳压电压芯片U9与电容C27并联后连接模数转换芯片U14的工作电压输入端VDD和接地端GND,用于将5V直流电压源转换成4.1V,作为模数转换芯片U14的工作电压。
所述高压配电板的主控模块MCU的型号为MC9S12XEP100。
所述主控模块MCU和AD采集电路之间设有SPI通信隔离电路和DCDC电源隔离电路;所述SPI通信隔离电路的输入端和输出端分别与AD采集电路的SPI输出端和主控模块MCU的SPI输入端连接;所述DCDC电源隔离电路的输入端接主控模块MCU的工作电源,其输出端接AD采集电路的电压输入端。
所述CAN通信接口电路包括CAN驱动收发器U10,光耦合器U9、U11和共模电感L5;所述CAN驱动收发器U10的数据发送端TXD通过光耦合器U9与主控模块MCU的CAN通信引脚PM5连接;CAN驱动收发器U10的数据接收端RXD通过光耦合器U11与主控模块MCU的CAN通信引脚PM4连接;所述CAN驱动收发器U10的CANH管脚和CANL管脚通过共模电感L5与外部CAN总线连接,所述共模电感L5与外部CAN总线连接的两端分别通过电阻R15、R13与电容C34的一端连接,然后电容C34的另一端通过电阻R14接入CAN驱动收发器U10的斜率电阻输入端RS。
所述共模电感L5与外部CAN总线连接的两引脚接入由两个TVS瞬态电压抑制二极管构成的二极管钳位保护电路D6后接CAN总线地。
所述CAN通信接口电路与主控模块MCU之间还设有CAN电源隔离电路,所述CAN电源隔离电路由电源隔离芯片U3构成,电源隔离芯片U3的电压输入VS和输入地0VIN分别连接***工作电源的VCC和GND,电源隔离芯片U3的电压输入VS和输入地0VIN之间连接有电容C18;电源隔离芯片U3的电压输出VO和输出地0VOUT分别作为CAN总线的供电电源VCC_CAN和GND_CAN,电源隔离芯片U3的电压输出VO和输出地0VOUT之间连接有电容C22。
本发明通过精密电阻分压方式将线网电压转换成0~5V的低压信号,AD芯片采集低压信号并通过SPI传送给MCU,由MCU进行数据滤波和换算处理,并将最终结果通过CAN总线发送给整车控制器。采用CAN总线的方式将线网电压实时发送给整车控制器,避免了模拟信号在传输过程中易受干扰的问题,防止出现误报或不报的现象。同时本设备发送给整车控制器的结果是经过滤波和换算后的实时线网电压,不需要整车控制器再次进行数据处理,从而减少整车控制器的资源占用。
附图说明
图1是本发明提供的脱网检测装置原理框图;
图2是本发明CAN通信电路图;
图3是本发明CAN电压隔离电路图;
图4是本发明电阻分压电路图;
图5是本发明AD采集电路图;
图6是本发明隔离电路电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。
如图1所示,一种无轨电车的脱网检测装置,包括主控模块MCU,电阻分压电路,AD采集电路和一路CAN通信接口;线网高压依次通过电阻分压电路、AD采集电路、主控模块MCU和CAN通信接口输入无轨电车的整车控制器;
本设备采用MCU的型号为MC9S12XEP100。设备带有1路CAN通信接口,整车控制器与本设备通过CAN实现数据的交互。线网高压输入设备后经过电阻分压,由AD芯片进行采集,然后将结果通过SPI传送给MCU。
为了增强CAN抗干扰能力,在电路设计时使用了高速光耦合器HCPL-0600-500和电源隔离芯片DCR10505U进行了隔离,收发器采用的是PCA82C251。图2为CAN通信电路,图3为CAN电源隔离电路。
所述CAN通信接口电路包括CAN驱动收发器U10,光耦合器U9、U11和共模电感L5;所述CAN驱动收发器U10的数据发送端TXD通过光耦合器U9与主控模块MCU的CAN通信引脚PM5连接;CAN驱动收发器U10的数据接收端RXD通过光耦合器U11与主控模块MCU的CAN通信引脚PM4连接;所述CAN驱动收发器U10的CANH管脚和CANL管脚通过共模电感L5与外部CAN总线连接,所述共模电感L5与外部CAN总线连接的两端分别通过电阻R15、R13与电容C34的一端连接,然后电容C34的另一端通过电阻R14接入CAN驱动收发器U10的斜率电阻输入端RS。
所述共模电感L5与外部CAN总线连接的两引脚接入由两个TVS瞬态电压抑制二极管构成的二极管钳位保护电路D6后接CAN总线地。
所述CAN电源隔离电路由电源隔离芯片U3构成,电源隔离芯片U3的电压输入VS和输入地0VIN分别连接***工作电源的VCC和GND,电源隔离芯片U3的电压输入VS和输入地0VIN之间连接有电容C18;电源隔离芯片U3的电压输出VO和输出地0VOUT分别作为CAN总线的供电电源VCC_CAN和GND_CAN,电源隔离芯片U3的电压输出VO和输出地0VOUT之间连接有电容C22。
图4为电阻分压电路,HV+为线网电压正极,HV-为线网电压负极,ADV为电阻分压后的低压、RGND为AD采集电路的地,PB2、PB3为MCU的控制引脚。R25、R97、R24均为耐高压的精密电阻。为提高***的安全,MCU控制部分与高压采集部分通过高压光耦AQW216隔离,***上电自检正常后,MCU通过PB2、PB3引脚控制光耦导通,线网高压接入检测***。
图5为AD采集电路,线网高压经过电阻分压后转换成低压电平ADV,ADV经过电压跟随器后输入到AD芯片,由AD芯片进行采集。图中U2为运放AD820,用作电压跟随器。U14为带有SPI通信的10位AD芯片AD7477AYKS,可将采集的结果通过SPI传送给MCU,图中CS、SDATA、SCLK为SPI通信引脚。U9为稳压电源芯片LM4050AIM3,将5V电源DC_5V转换成4.1V,作为AD7477AYKS的工作电源。
MCU控制芯片与AD芯片间进行了SPI通信隔离和DCDC电源隔离,图6中U16为5V转5V的电源隔离芯片B0505S,VCC、GND为MCU控制电路的工作电源,DC_5V、RGND为AD采集电路的工作电源。U20为通信隔离芯片ADuM1412BRWZ,其中CS、SDATA、SCLK接AD芯片的SPI通信引脚,PS4、PS6、PS7接MCU的SPI通信引脚。
本发明通过精密电阻分压方式将线网电压转换成0~5V的低压信号,AD芯片采集低压信号并通过SPI传送给MCU,由MCU进行数据滤波和换算处理,并将最终结果通过CAN总线发送给整车控制器。采用CAN总线的方式将线网电压实时发送给整车控制器,避免了模拟信号在传输过程中易受干扰的问题,防止出现误报或不报的现象。同时本设备发送给整车控制器的结果是经过滤波和换算后的实时线网电压,不需要整车控制器再次进行数据处理,从而减少整车控制器的资源占用。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明,而不用于限制本发明的范围,本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。
Claims (7)
1.一种无轨电车的脱网检测装置,其特征在于,包括主控模块MCU,电阻分压电路,AD采集电路和一路CAN通信接口;线网高压依次通过电阻分压电路、AD采集电路、主控模块MCU和CAN通信接口输入无轨电车的整车控制器;
所述电阻分压电路由一双通道高压光耦U8和电阻R24、R25、R92、R94、R97构成,所述双通道高压光耦的两个光电二极管阴极分别通过电阻R92、R94接入主控模块MCU,由主控模块MCU控制高压光耦的导通;所述双通道高压光耦的两个光敏管的输入分别通过电阻R24、R25接线网高压的正负两极,与线网高压正极相连的光敏管的输出接AD采集电路的输入,与线网高压负极相连的光敏管的输出接AD采集电路的地;所述电阻R97两端分别与两个光敏管的输出连接。
2.根据权利要求1所述的一种无轨电车的脱网检测装置,其特征在于,所述AD采集电路包括一模数转换芯片U14、电压跟随器U2和一稳压电压芯片U9;
所述电压跟随器U2采用运算放大器AD820芯片,其正输入端作为AD采集电路的输入端与电阻分压电路的输出端连接;运算放大器AD820的输出端与模数转换芯片U14的输入端连接;
所述模数转换芯片U14采用带有SPI通信的10位AD芯片AD7477AYKS,模数转换芯片U14将采集的结果通过其SPI通信引脚传送给主控模块MCU;模数转换芯片U14的工作电压输入端VDD通过电阻R78与直流5V电压源连接;
所述稳压电压芯片U9与电容C27并联后连接模数转换芯片U14的工作电压输入端VDD和接地端GND,用于将5V直流电压源转换成4.1V,作为模数转换芯片U14的工作电压。
3.根据权利要求2所述的一种无轨电车的脱网检测装置,其特征在于,所述高压配电板的主控模块MCU的型号为MC9S12XEP100。
4.根据权利要求3所述的一种无轨电车的脱网检测装置,其特征在于,所述主控模块MCU和AD采集电路之间设有SPI通信隔离电路和DCDC电源隔离电路;所述SPI通信隔离电路的输入端和输出端分别与AD采集电路的SPI输出端和主控模块MCU的SPI输入端连接;所述DCDC电源隔离电路的输入端接主控模块MCU的工作电源,其输出端接AD采集电路的电压输入端。
5.根据权利要求3所述的一种无轨电车的脱网检测装置,其特征在于,所述CAN通信接口电路包括CAN驱动收发器U10,光耦合器U9、U11和共模电感L5;所述CAN驱动收发器U10的数据发送端TXD通过光耦合器U9与主控模块MCU的CAN通信引脚PM5连接;CAN驱动收发器U10的数据接收端RXD通过光耦合器U11与主控模块MCU的CAN通信引脚PM4连接;所述CAN驱动收发器U10的CANH管脚和CANL管脚通过共模电感L5与外部CAN总线连接,所述共模电感L5与外部CAN总线连接的两端分别通过电阻R15、R13与电容C34的一端连接,然后电容C34的另一端通过电阻R14接入CAN驱动收发器U10的斜率电阻输入端RS。
6.根据权利要求4所述的一种无轨电车的脱网检测装置,其特征在于,所述共模电感L5与外部CAN总线连接的两引脚接入由两个TVS瞬态电压抑制二极管构成的二极管钳位保护电路D6后接CAN总线地。
7.根据权利要求5所述的一种无轨电车的脱网检测装置,其特征在于,所述CAN通信接口电路与主控模块MCU之间还设有CAN电源隔离电路,所述CAN电源隔离电路由电源隔离芯片U3构成,电源隔离芯片U3的电压输入VS和输入地0VIN分别连接***工作电源的VCC和GND,电源隔离芯片U3的电压输入VS和输入地0VIN之间连接有电容C18;电源隔离芯片U3的电压输出VO和输出地0VOUT分别作为CAN总线的供电电源VCC_CAN和GND_CAN,电源隔离芯片U3的电压输出VO和输出地0VOUT之间连接有电容C22。
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