CN110174530A - 一种速度传感器模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种速度传感器模拟装置，包括微控制单元MCU、复杂可编程逻辑器件CPLD、高电平调节电路、隔离驱动电路；由MCU调节多通道脉冲信号的频率和相位差，而用CPLD调节脉冲的占空比，再采用高电平调节电路调节脉冲的高电平，调节后的经隔离驱动电路输出的多通道脉冲信号即为模拟的两个速度传感器的速度信号；模拟装置能提供满足LKJ速度信号需求的、相位差和占空比同时连续可调的脉冲信号。本发明的技术优势如下：通过分级调节方式，能简化控制方式，提高工作效率。

Description

一种速度传感器模拟装置

技术领域

本发明涉及铁路通信信号领域列车运行控制记录装置的测试工装，尤其是一种速度传感器模拟装置。

背景技术

随着铁路运输事业的迅猛发展，列车运行速度不断提高，对列车运行控制***的要求越来越高。目前，列车上已普遍安装了列车运行控制监控装置(LKJ)，目前用于对LKJ***进行测试的测试工装在LKJ出厂时对整机进行测试。

在安装LKJ主机的列车上，实际只有两个速度传感器，其中一个作为冗余设计，所以测试工装只模拟两个速度传感器，测试工装需要模拟两个速度传感器给LKJ提供3通道或者4通道速度脉冲信号。而速度信号的要求是，脉冲信号频率为0～5kHz程控可调，占空比在30％～70％范围内程控可调，来自同一个传感器的通道1，2(或者通道3，4)正交脉冲的相位差在45°～135°范围内程控可调，脉冲高电平大于等于9V，低电平小于等于2V。

现有的速度模拟装置，只有3通道速度脉冲信号，频率0～6kHz程控可调，占空比固定为50％，3路信号的相位差只能以90°为单位程控设定，幅值0～12V分别程控可调。远远不能达到预期要求。

综上，测试工装需要模拟两个速度传感器给LKJ提供速度信号，以满足LKJ的速度测试功能，遇到的问题是如何提供满足要求的速度信号。而由微控制单元MCU独立模拟速度传感器信号时，若要实现相位差和占空比同时可调，必定占用较多的MCU资源，影响运行效率，而且实现方法比较复杂。

发明内容

本发明针对上述现有技术缺陷，能提供满足速度信号需求的相位差和占空比同时连续可调的脉冲信号、同时能降低MCU占用率和提高利用效率、电路结构简单的模拟装置。

本发明提供一种速度传感器模拟装置，包括微控制单元MCU、复杂可编程逻辑器件CPLD、高电平调节电路、隔离驱动电路；

由MCU调节多通道脉冲信号的频率和相位差，而用CPLD调节脉冲的占空比，再采用高电平调节电路调节脉冲的高电平，调节后的经所述隔离驱动电路输出的多通道脉冲信号即为模拟的两个速度传感器的速度信号；

所述模拟装置能提供满足LKJ速度信号需求的、相位差和占空比同时连续可调的脉冲信号。

本发明的技术优势如下：采用MCU调节脉冲的频率和相位差，采用CPLD调节脉冲的占空比，采用高电平调节电路调节脉冲的高电平。通过分级调节方式，能简化控制方式，提高工作效率。

附图说明

[1]图1为本发明模拟装置的速度信号产生原理示意图

[2]图2为模拟装置产生无相位差关系速度信号的分级调节结构图

[3]图3为产生有相位差关系速度信号结构图

[4]图4为高电平调节电路和隔离驱动电路的示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的说明，将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明。

以4通道速度信号为例：传感器1包含通道1和通道2；传感器2包含通道3和通道4。速度信号可以为4通道独立控制的脉冲信号，也可以按传感器分为两组正交脉冲信号：两组正交脉冲信号可以独立控制，也可以同时控制。

而3通道速度信号与之类似：传感器1包含通道1和通道2，传感器2仅包含通道3。仅通道1,2之间有相位差关系，其余与4通道相同。

本发明的模拟装置可实现脉冲信号频率为0～10kHz程控可调；来自同一个传感器的任意一组正交脉冲信号的相位差在0°～180°范围内程控可调；脉冲占空比在10％～90％范围内程控可调；脉冲低电平为0V，高电平为3V～15V程控可调。

本发明提供了一种速度传感器模拟装置，该装置主要包含微控制单元MCU、复杂可编程逻辑器件CPLD、高电平调节电路、隔离驱动电路。其工作原理如下：

由MCU产生的4通道所需频率、占空比为50％的方波信号(PWM信号的一种)：低电平为0V，高电平为3.3V；根据需求(速度信号)，4通道方波信号之间可以没有相位差关系，也可以通道1,2或者通道3,4之间相位差可调。

所述方波信号与CPLD相连，CPLD根据脉冲信号的占空比信息对方波信号进行整形，调制成占空比可调的4通道脉冲信号，频率和相位差关系保持不变。此时的脉冲信号低电平为0V，高电平为3.3V。

同时模拟装置会控制MCU产生2路固定频率、占空比可调的PWM信号，其低电平为0V，高电平为3.3V。参见图4，该两路PWM信号分别经过隔离元件后，转换成2路低电平为0V，高电平为直流固定电压(如15V)的PWM信号，然后经过RC积分电路，转换成2路与所述PWM信号占空比成比例变化的直流电压SpeedVCC。

将CPLD输出的4通道脉冲信号，分别与4个隔离元件的输入端相连。通道1,2的隔离输出供电及通道3,4的隔离输出供电分别由上述2路变化的直流电压提供。

该4个隔离元件的输出再分别经过4路射级跟随器提高驱动能力后，与LKJ相连。此时的4通道脉冲信号即为模拟的速度传感器信号。

图1为本发明模拟装置的速度信号产生原理示意图，模拟装置包括微控制单元MCU、复杂可编程逻辑器件CPLD、高电平调节单元(电路)、隔离驱动单元(电路)等。MCU输出的4通道方波与CPLD相连、另外输出的两通道PWM信号与高电平调节电路相连；MCU与CPLD之间通过SPI通信；CPLD输出的4通道脉冲信号、高电平调节电路输出2路变化的直流电压，两者与隔离驱动电路相连；最后隔离驱动电路输出4通道速度信号给LKJ主机。

本发明采用分级调节方式以简化速度信号的产生，具体的，采用MCU调节脉冲的频率和相位差，采用CPLD调节脉冲的占空比，采用高电平调节电路调节脉冲的高电平，最后通过隔离驱动电路输出所需的多路速度信号。通过MCU和CPLD分级调节相结合模拟的速度传感器信号，不仅实现方法相对简单，而且占空比和相位差的调制准确且范围比较广，从而实现了LKJ主机所需的速度传感器信号的多样化需求。图2和图3分别示意了本发明模拟装置的分级调节的工作原理。

图2为模拟装置产生无相位差关系速度信号的分级调节结构图，即控制MCU产生4通道所需频率、占空比为50％的方波信号：低电平为0V，高电平为3.3V，4通道之间没有相位差关系。所述方波信号与CPLD相连，CPLD根据脉冲信号的占空比信息对方波信号进行整形，调制成占空比独立可调的4通道脉冲信号，频率保持不变。此时的脉冲信号低电平为0V，高电平为3.3V。然后再经过高电平调节和隔离驱动电路，转换成高电平电压可调的4通道脉冲信号提供给LKJ主机。

图3为模拟装置产生有相位差关系速度信号的分级调节结构图，即控制MCU产生4通道占空比为50％的方波信号：低电平为0V，高电平为3.3V；通道1,2(或者通道3,4)的频率相同可调；通道1,2(或者通道3,4)之间的相位差可调。所述方波信号与CPLD相连，CPLD根据脉冲信号的占空比信息对方波信号进行整形，调制成通道1,2(或者通道3,4)占空比相同可调的脉冲信号，频率和相位差关系保持不变。然后再经过高电平调节和隔离驱动电路，转换成高电平电压可调的两组脉冲信号提供给LKJ主机。

图4为高电平调节电路和隔离驱动电路的示意图，右上角虚线框内为高电平调节电路，一共两组相同的电路，分别给通道1,2和通道3,4提供变化的高电平；右下角虚线框内为隔离驱动电路，一共有四组相同的电路，分别隔离通道1～4的脉冲信号并提高驱动能力。

控制MCU产生2路固定频率、占空比可调的PWM信号，方波低电平为0V、高电平为3.3V，与所述相同的两组高电平调节电路的隔离1输入端相连，隔离1输出供电由直流固定电压(如15V)提供，隔离1输出再分别经过电阻R1和电容C1后，转换成2路与占空比成比例地变化的直流电压信号SpeedVCC，分别给通道1,2和通道3,4提供变化的高电平。

经过所述MCU和CPLD共同调制的4通道脉冲信号，低电平为0V，高电平为3.3V，与四组相同的所述隔离驱动电路的隔离元件(隔离2)输入端相连。通道1,2的和通道3,4的隔离2的输出供电分别由所述2路变化的直流电压SpeedVCC提供，每个隔离2(如光耦)输出信号再经过电压跟随器IC1提高驱动能力后，输出给LKJ主机。

由此可以将MCU和CPLD共同调制的脉冲信号，转换成低电平为0V，高电平为3～15V可调的信号：可以4通道频率分别可调，占空比分别可调，没有相位差关系；也可以通道1,2(或者通道3,4)的频率相同可调、占空比相同可调、通道1,2(或者通道3,4)之间的相位差可调。

本发明方案的技术优势在于：由MCU独立模拟的速度传感器信号，实现方法比较复杂，而且占用较多的MCU资源。而通过MCU和CPLD相结合模拟的速度传感器信号，不仅实现方法相对简单，而且占空比和相位差的调制准确且范围比较广，从而实现了LKJ主机所需的速度传感器信号的多样化需求。

以上所述仅为本新方案的较佳实施案例而已，并非用于限定本新方案的保护范围。凡在本新方案的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本新方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种速度传感器模拟装置，包括微控制单元MCU、复杂可编程逻辑器件CPLD、高电平调节电路、隔离驱动电路；

由MCU调节多通道脉冲信号的频率和相位差，而用CPLD调节脉冲的占空比，再采用高电平调节电路调节脉冲的高电平，调节后的经所述隔离驱动电路输出的多通道脉冲信号即为模拟的两个速度传感器的速度信号；

所述模拟装置能提供满足LKJ速度信号需求的、相位差和占空比同时连续可调的脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的速度传感器模拟装置，其特征在于，MCU输出的多通道方波与CPLD相连，而另外输出的两通道PWM信号与所述高电平调节电路相连，

经CPLD输出的多通道脉冲信号、所述高电平调节电路输出2路变化的直流电压，这两者与所述隔离驱动电路相连；最后由所述隔离驱动电路输出多通道速度信号给LKJ主机；

所述多通道速度信号可以为4通道或3通道，并分别对应要模拟的两个速度传感器(1,2)。

3.根据权利要求2所述的速度传感器模拟装置，其特征在于，以4通道速度信号为例：传感器1包含通道1和通道2；传感器2包含通道3和通道4，所述速度信号可以为各通道独立控制的脉冲信号，也可以按传感器分为两组正交脉冲信号，该两组正交脉冲信号可以独立控制，也可以同时控制；

而3通道速度信号时：传感器1包含通道1和通道2，传感器2仅包含通道3，仅通道1和通道2之间有相位差关系。

4.根据权利要求3所述的速度传感器模拟装置，其特征在于，所述高电平调节电路，为一共两组相同的电路，分别给两个速度传感器对应的通道提供变化的高电平。

5.根据权利要求4所述的速度传感器模拟装置，其特征在于，所述模拟装置会控制MCU产生2路固定频率、占空比可调的PWM信号，其低电平为0V，高电平为3.3V；

该两路PWM信号分别经过隔离元件后，转换成2路低电平为0V，高电平为固定直流电压的PWM信号，然后经过RC积分电路，转换成2路与所述PWM信号占空比成比例变化的直流电压。

6.根据权利要求5所述的速度传感器模拟装置，其特征在于，将CPLD输出的各通道脉冲信号，分别与所述隔离驱动电路的隔离元件的输入端相连，而该隔离元件的输出端供电分别由上述2路变化的直流电压提供。

7.根据权利要求6所述的速度传感器模拟装置，其特征在于，所述隔离元件的输出信号再分别经过电压跟随器提高驱动能力后，与LKJ相连。

8.根据权利要求1所述的速度传感器模拟装置，其特征在于，所述模拟装置可实现脉冲信号频率为0～10kHz程控可调；来自同一个传感器的任意一组正交脉冲信号的相位差在0°～180°范围内程控可调；脉冲占空比在10％～90％范围内程控可调；脉冲低电平为0V，高电平为3V～15V程控可调。