一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，該檢測(cè)儀包括脈沖信號(hào)檢測(cè)電路、量程選擇電路、脈沖信號(hào)調(diào)理電路、液晶顯示接口電路以及核心處理單元電路，所述量程選擇電路分別與脈沖信號(hào)檢測(cè)電路以及脈沖信號(hào)調(diào)理電路相連，核心處理單元電路分別與脈沖信號(hào)調(diào)理電路、量程選擇電路以及液晶顯示接口電路相連，本實(shí)用新型通過(guò)核心處理單元電路與脈沖信號(hào)檢測(cè)電路、量程選擇電路、脈沖信號(hào)調(diào)理電路緊密配合，可以根據(jù)采樣結(jié)果自動(dòng)選擇量程，并可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的自動(dòng)計(jì)算，不僅簡(jiǎn)化了檢測(cè)步驟，提高了檢測(cè)自動(dòng)化水平，而且減少了人為誤差，提高了檢測(cè)精度。
【專利說(shuō)明】一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于鐵路自動(dòng)化信號(hào)控制領(lǐng)域，特別涉及一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀。【背景技術(shù)】
[0002]軌道電路是用來(lái)檢查一定區(qū)段上是否有列車或者車輛占用的設(shè)備，其工作原理是:利用軌枕相對(duì)絕緣的兩根鋼軌傳送信號(hào)電流，根據(jù)其是否被列車輪軸所短路來(lái)檢測(cè)該區(qū)段是否被占用。隨著直流和交流電氣鐵路的發(fā)展，對(duì)軌道電路提出了更高的要求，同時(shí)設(shè)備的現(xiàn)代化、自動(dòng)化以及列車速度的提高和牽引重量的增加，都要求安全可靠的軌道電路。所以，軌道電路是列車運(yùn)行穩(wěn)定的重要因素。
[0003]目前，電氣化鐵路中約98%的車站運(yùn)用25Hz相敏軌道電路系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)軌道上有無(wú)列車占用，通過(guò)軌道電路發(fā)送關(guān)于軌道是否空閑、是否完整的信息?，F(xiàn)有檢測(cè)軌道電路脈沖信號(hào)的裝置主要有以下缺點(diǎn):檢測(cè)過(guò)程繁瑣，需要多步人工測(cè)量步驟，且需要手工計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)化程度低，檢測(cè)精度無(wú)法保證。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:
[0006]一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，該檢測(cè)儀包括脈沖信號(hào)檢測(cè)電路、量程選擇電路、脈沖信號(hào)調(diào)理電路、液晶顯示接口電路以及核心處理單元電路，所述量程選擇電路分別與脈沖信號(hào)檢測(cè)電路以及脈沖信號(hào)調(diào)理電路相連，核心處理單元電路分別與脈沖信號(hào)調(diào)理電路、量程選擇電路以及液晶顯示接口電路相連。
[0007]所述脈沖信號(hào)檢測(cè)電路包括接收探頭、第一分壓電路和第二分壓電路，第一分壓電路和第二分壓電路并聯(lián)，接收探頭與第一分壓電路和第二分壓電路的公共端相連，量程選擇電路分別與第一分壓電路以及第二分壓電路相連。
[0008]所述脈沖信號(hào)檢測(cè)電路還包括橋式保護(hù)電路以及去耦電容組，第一分壓電路的分壓輸出和第二分壓電路的分壓輸出分別與橋式保護(hù)電路的全橋兩端對(duì)應(yīng)相連，所述檢測(cè)儀的電源供電電路輸出的±12V電壓對(duì)應(yīng)連接全橋的另外兩端，且所述全橋的另外兩端各自與相應(yīng)的去耦電容組相連，保證分壓輸出的極限電壓值不會(huì)超過(guò)土 12V，去耦電容組保證±12V電壓避免受到干擾。
[0009]所述量程選擇電路包括繼電器，繼電器分別與核心處理單元電路、脈沖信號(hào)檢測(cè)電路以及脈沖信號(hào)調(diào)理電路相連。
[0010]所述脈沖信號(hào)調(diào)理電路包括程控放大電路、電壓保護(hù)電路以及基準(zhǔn)源電路，程控放大電路包括程控儀表放大器，程控儀表放大器分別與電壓保護(hù)電路、基準(zhǔn)源電路、核心處理單元電路以及量程選擇電路相連。
[0011]所述核心處理單元電路包括Cortex_M3內(nèi)核的STM32處理器。
[0012]所述檢測(cè)儀還包括與核心處理單元電路相連的人機(jī)交互電路。[0013]所述檢測(cè)儀還包括電源供電電路，電源供電電路分別與脈沖信號(hào)檢測(cè)電路、量程選擇電路、脈沖信號(hào)調(diào)理電路、液晶顯示接口電路、人機(jī)交互電路以及核心處理單元電路相連。
[0014]所述檢測(cè)儀還包括與液晶顯示接口電路相連的液晶顯示器。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在:本實(shí)用新型通過(guò)核心處理單元電路與脈沖信號(hào)檢測(cè)電路、量程選擇電路、脈沖信號(hào)調(diào)理電路緊密配合，可以根據(jù)采樣結(jié)果自動(dòng)選擇切換量程，并可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的自動(dòng)計(jì)算，不僅簡(jiǎn)化了檢測(cè)步驟，提高了檢測(cè)自動(dòng)化水平，而且減少了人為誤差，提高了檢測(cè)精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型所述脈沖信號(hào)檢測(cè)電路的示意圖。
[0018]圖3為本實(shí)用新型所述脈沖信號(hào)調(diào)理電路的示意圖。
[0019]圖4為本實(shí)用新型所述量程選擇電路的示意圖。
[0020]圖5為本實(shí)用新型所述液晶顯不接口電路的不意圖。
[0021]圖6為本實(shí)用新型的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7為程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]參見圖1，本發(fā)明所述軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀包括脈沖信號(hào)檢測(cè)電路、量程選擇電路、脈沖信號(hào)調(diào)理電路、液晶顯示接口電路以及核心處理單元電路，所述量程選擇電路分別與脈沖信號(hào)檢測(cè)電路以及脈沖信號(hào)調(diào)理電路相連，核心處理單元電路分別與脈沖信號(hào)調(diào)理電路、量程選擇電路以及液晶顯示接口電路相連。所述檢測(cè)儀還包括與核心處理單元電路相連的人機(jī)交互電路。所述檢測(cè)儀還包括電源供電電路，電源供電電路分別與脈沖信號(hào)檢測(cè)電路、量程選擇電路、脈沖信號(hào)調(diào)理電路、液晶顯示接口電路、人機(jī)交互電路以及核心處理單元電路相連。所述檢測(cè)儀還包括與液晶顯示接口電路相連的液晶顯示器。核心處理單元電路包括Cortex-M3內(nèi)核的STM32處理器，其性能更加穩(wěn)定，功能更為豐富，具有高精度、高速的AD采樣能力，具有75M的運(yùn)行頻率，處理速度更快。
[0025]參見圖2，所述脈沖信號(hào)檢測(cè)電路總體包括接收探頭、第一分壓電路、第二分壓電路、橋式保護(hù)電路以及去耦電容組。具體包括第一探頭連接端子J1、第二探頭連接端子J2、第一采樣電阻R6 (1M歐)、第二采樣電阻R9 (12K歐)、第三采樣電阻R7 (9M歐)、第四采樣電阻RlO (15K歐)、第一電容C5 (10微法)、第二電容C6 (0.1微法)、第三電容C7 (0.1微法)、第四電容Cll (10微法)、第五電容C12 (0.1微法)、第六電容C13 (0.1微法)、型號(hào)為1N4148的第一二極管D2、型號(hào)為1N4148的第二二極管D3、型號(hào)為1N4148的第三二極管D5、型號(hào)為1N4148的第四二極管D6、型號(hào)為B14的第五二極管Dl以及磁珠L(zhǎng)4。
[0026]第一米樣電阻R6與第二米樣電阻R9串聯(lián)構(gòu)成第一分壓電路，第三米樣電阻R7與第四采樣電阻RlO串聯(lián)構(gòu)成第二分壓電路，第一、二分壓電路并聯(lián)，第一探頭連接端子Jl和第二探頭連接端子J2 (即接收探頭)分別與并聯(lián)后的第一、二分壓電路的公共端對(duì)應(yīng)相連。第一二極管D2、第二二極管D3、第三二極管D5以及第四二極管D6構(gòu)成橋式保護(hù)電路，橋式保護(hù)電路分別與第一、二分壓電路相連，第一電容C5、第二電容C6以及第三電容C7并聯(lián)成一個(gè)去耦電容組，其公共端中，一端接模擬地，另一端接橋式保護(hù)電路以及第五二極管Dl的負(fù)極，第五二極管Dl的正極接電源供電電路輸出的+12V電壓，第四電容C11、第五電容C12以及第六電容C13并聯(lián)成另一個(gè)去耦電容組，其公共端中，一端接模擬地，另一端接橋式保護(hù)電路以及電源供電電路輸出的-12V電壓。磁珠L(zhǎng)4 一端接模擬地，另一端與連接第二探頭連接端子J2的分壓電路公共端相連。
[0027]接收探頭與軌道電路輸入信號(hào)AC+、AC-直接相連接，根據(jù)歐姆定律，采集的信號(hào)與原始信號(hào)一定成比例。本電路采用了兩個(gè)串聯(lián)電路分壓，可以選擇測(cè)量量程。脈沖信號(hào)檢測(cè)電路中加了隔離磁珠，將模擬地和數(shù)字地隔離。
[0028]脈沖信號(hào)檢測(cè)電路工作原理:由于輸入信號(hào)電壓為幾百伏的高壓，經(jīng)過(guò)兩個(gè)電阻分壓之后，只需要測(cè)量小電壓，就可以根據(jù)兩電阻的阻值比例計(jì)算輸入信號(hào)電壓。假設(shè)輸入信號(hào)為U伏的交流電，輸入信號(hào)接到第一、第二探頭連接端子Jl、J2兩端，根據(jù)分壓定律，在點(diǎn)QIAQl處交流電壓為=U*R9/ (R6+R9)，在QIA02處交流電壓=U*R10/ (R7+R10)。該電路可以將輸入信號(hào)電壓成比例縮小。
[0029]參見圖3，所述脈沖信號(hào)調(diào)理電路總體上包括程控放大電路、電壓保護(hù)電路以及基準(zhǔn)源電路。具體包括型號(hào)為AD8253的程控增益的儀表放大器U4、型號(hào)為L(zhǎng)M358的運(yùn)算放大器U5A、第一上拉電阻R15 (100K歐)、第二上拉電阻R16 (100K歐)、第一限流電阻R17 (IK歐)、型號(hào)為1N60P的第一肖特基二極管D8、型號(hào)為1N60P的第二肖特基二極管D9、第七電容C36 (0.1微法)、第八電容C37 (0.1微法)、第九電容C19 (0.1微法)、第十電容C20 (0.1微法)、第三限流電阻R18 (100K)、型號(hào)為L(zhǎng)M385LP的1.25V基準(zhǔn)源U6。
[0030]要調(diào)理的原始信號(hào)通過(guò)QIAO輸入程控增益的儀表放大器的引腳10 (同相輸入端IN+)，程控增益的儀表放大器的其他引腳連接如下:引腳2接模擬地，引腳3 (電源負(fù)極端-VS)接電源供電電路輸出的-12V電壓，引腳4 (程控端口 A0)接第二上拉電阻R16的一端，第二上拉電阻R16的另一端接電源供電電路輸出的3.3V數(shù)字電源，引腳5(程控端口 Al)接第一上拉電阻R15的一端,第一上拉電阻R15的另一端接電源供電電路輸出的3.3V數(shù)字電源，同時(shí)，引腳4和5分別與處理器的IO端口相連接，以便通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)程控放大，引腳6 (寫數(shù)據(jù)端電源供電電路輸出的-12V電壓，引腳7 (輸出端OUT)接第一限流電阻R17的一端，第一限流電阻R17的另一端接處理器AD輸入通道ADC_PULS、第一肖特基二極管D8的負(fù)極以及第二肖特基二極管D9的正極，第二肖特基二極管D9的負(fù)極接VCC (模擬電源)，第一肖特基二極管D8的正極接模擬地，引腳8 (電源正極端+VS)接電源供電電路輸出的+12V電壓，引腳9 (參考電壓輸入端REF)接基準(zhǔn)源電路，引腳I (反相輸入端IN-)接模擬地。
[0031]第七電容C36的一端與引腳8 (電源正極端+VS)連接，另一端接模擬地，第八電容C37的一端與引腳3 (電源負(fù)極端-VS)以及引腳6 (寫數(shù)據(jù)端_)相連，另一端接模擬地。第九電容C19與第十電容C20并聯(lián)，并聯(lián)后的一個(gè)公共端接模擬地，另一個(gè)公共端VREF接運(yùn)算放大器U5A的引腳I (輸出端)、引腳2 (反相輸入端)以及程控增益的儀表放大器的引腳9，運(yùn)算放大器U5A的引腳3 (同相輸入端)接第三限流電阻R18的一端以及基準(zhǔn)源U6的引腳2 (正極)，運(yùn)算放大器U5A的引腳4 (接地端)接模擬地，運(yùn)算放大器U5A的引腳8 (電源端)接模擬電源?；鶞?zhǔn)源U6的引腳I以及引腳3 (負(fù)極和功能極)均接模擬地，第三限流電阻R18的另一端接電源供電電路輸出的+12V電壓。
[0032]由于軌道電路是交流電，經(jīng)過(guò)采樣之后，所得到的信號(hào)也是交流信號(hào)。交流信號(hào)輸入程控增益的儀表放大器U4，則輸出的信號(hào)比之前的信號(hào)加1.25V，因?yàn)椴蓸拥玫降慕涣餍盘?hào)的幅值小于1.25V，所以程控增益的儀表放大器U4輸出的信號(hào)是大于0V，使得信號(hào)調(diào)理輸出與AD轉(zhuǎn)換電路的電壓相匹配，以提高輸入電壓的測(cè)量范圍，提高測(cè)量電路的電壓分辨率。
[0033]參見圖4，所述量程選擇電路包括型號(hào)為AGQ200A4H的繼電器JQ1、第二限流電阻R13 (1K歐)以及型號(hào)為S9014的三極管Q1。
[0034]三極管Ql的基極接第二限流電阻R13的一端，第二限流電阻R13的另一端接處理器的IO輸出口，三極管Ql的發(fā)射極接模擬地，三極管Ql的集電極接繼電器JQl的引腳I(線圈引腳)，繼電器JQl的引腳2以及引腳4 (常開和常閉觸點(diǎn)引腳)分別與第一、二分壓電路對(duì)應(yīng)相接，繼電器JQl的引腳3 (公共端引腳)接程控增益的儀表放大器U4，繼電器JQl的引腳5、6、7不連接，繼電器JQl的引腳8 (線圈引腳)接電源供電電路輸出的5V直流電壓端，處理器控制信號(hào)由JDQ端口接入。
[0035]工作原理:測(cè)量開始時(shí)候首先將量程切換到分壓比例較大的電阻組上，處理器根據(jù)AD采樣的電壓值判斷輸出信號(hào)的電壓值，如果電壓值過(guò)低則自動(dòng)將JDQ置為高電平，繼電器JQl斷開，QIAOl信號(hào)與QIAO相連，切換到小量程測(cè)量檔，如果采樣電壓值還過(guò)小，則調(diào)整程控增益的儀表放大器U4的放大 電壓倍數(shù)，從而增加輸入到AD輸入端口的電壓值；相反，當(dāng)AD采樣的電壓飽和時(shí)，置JDQ為低電平，QIA02信號(hào)與QIAO相連。從而自動(dòng)改變測(cè)量的量程，提高測(cè)量精度。量程選擇電路用來(lái)擴(kuò)展軌道測(cè)量電路的量程，當(dāng)需要測(cè)量的信號(hào)電壓過(guò)大時(shí)，根據(jù)AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果自動(dòng)調(diào)整繼電器的吸合和斷開從而選通倍數(shù)相差較大的電阻進(jìn)行分壓；當(dāng)軌道電路電壓小時(shí)，選通阻值倍數(shù)相差較小的電阻進(jìn)行分壓，以此來(lái)提高測(cè)量精度。
[0036]參見圖5，所述液晶顯示接口電路包括，高亮度240*160的液晶屏J6、若干IOK歐上拉電阻 Rl、R14、R2、R30、R43、R46、R47、R48、R49、R50、R51、R52、R53，去耦電容 C45 (0.1微法)的一端接數(shù)字地，另一端接電源供電電路輸出的3.3V數(shù)字電源，復(fù)位電阻R28 (100K歐)的一端接電源供電電路輸出的3.3V數(shù)字電源，另一端接液晶的復(fù)位端LCD_RST以及上電復(fù)位電容C46 (22微法)的一端，上電復(fù)位電容C46的另一端接數(shù)字地，LCD_D0、LCD_Dl……LCD_D7為液晶輸入信號(hào)接口。LCD_RST為復(fù)位接口，WRO和WRl控制數(shù)據(jù)的寫入，CD是命令數(shù)據(jù)選擇端口，CSl是片選信號(hào)，V_LED+為背光燈正極，采用總線驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)液晶顯示，使得液晶掃描的速度更快，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示輸入的非對(duì)稱軌道脈沖的波形。
[0037]參見圖6以及圖7，本實(shí)用新型所述檢測(cè)儀根據(jù)輸入設(shè)定選擇功能，可以在25HZ高壓測(cè)量電路、50HZ高壓測(cè)量電路或非對(duì)稱高壓脈沖檢測(cè)電路模式中切換。
[0038]對(duì)于任意測(cè)量電路模式，先進(jìn)行AD采樣，對(duì)采樣的信號(hào)進(jìn)行中值濾波，根據(jù)輸入信號(hào)的峰值電壓進(jìn)行量程的自動(dòng)選擇切換，最后使得輸入的信號(hào)調(diào)理在合適的范圍內(nèi)。在進(jìn)行AD采樣和中值濾波后，再采用FIR濾波，去除信號(hào)中存在的噪聲和干擾。根據(jù)兩次最大值相差時(shí)間就可以算出頻率，根據(jù)最大值就可以算出最大電壓，通過(guò)液晶顯示器實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示采集到的非對(duì)稱脈沖的波形形狀，或者25/50HZ高壓脈沖波形的電壓值。[0039]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為:
[0040]1.直接顯示非對(duì)稱軌道脈沖信號(hào)的波形，使得測(cè)量更為直觀方便，克服了傳統(tǒng)測(cè)量裝置的缺陷。
[0041]3.采用Cortex-M3核心的STM32處理器，性能穩(wěn)定、處理能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性能高。
[0042]4.脈沖信號(hào)調(diào)理電路、脈沖信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)思路新穎，穩(wěn)定可靠。
[0043]5.采用量程選擇電路，可以提高測(cè)量分辨率、擴(kuò)展量程、提高測(cè)量精度。
[0044]6.整個(gè)系統(tǒng)采用電池供電，實(shí)現(xiàn)完全的便攜式設(shè)計(jì)，產(chǎn)品重量輕，單人就可以完成測(cè)量，提高了測(cè)量的效率，節(jié)省了軌道測(cè)量過(guò)程中的人力成本消耗。
【權(quán)利要求】
1.一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于:該檢測(cè)儀包括脈沖信號(hào)檢測(cè)電路、量程選擇電路、脈沖信號(hào)調(diào)理電路、液晶顯示接口電路以及核心處理單元電路，所述量程選擇電路分別與脈沖信號(hào)檢測(cè)電路以及脈沖信號(hào)調(diào)理電路相連，核心處理單元電路分別與脈沖信號(hào)調(diào)理電路、量程選擇電路以及液晶顯示接口電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于:所述脈沖信號(hào)檢測(cè)電路包括接收探頭、第一分壓電路和第二分壓電路，第一分壓電路和第二分壓電路并聯(lián)，接收探頭與第一分壓電路和第二分壓電路的公共端相連，量程選擇電路分別與第一分壓電路以及第二分壓電路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于:所述脈沖信號(hào)檢測(cè)電路還包括橋式保護(hù)電路以及去耦電容組，第一分壓電路的分壓輸出和第二分壓電路的分壓輸出分別與橋式保護(hù)電路的全橋兩端對(duì)應(yīng)相連，所述全橋的另外兩端各自與相應(yīng)的去耦電容組相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于:所述量程選擇電路包括繼電器，繼電器分別與核心處理單元電路、脈沖信號(hào)檢測(cè)電路以及脈沖信號(hào)調(diào)理電路相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于:所述脈沖信號(hào)調(diào)理電路包括程控放大電路、電壓保護(hù)電路以及基準(zhǔn)源電路，程控放大電路包括程控儀表放大器，程控儀表放大器分別與電壓保護(hù)電路、基準(zhǔn)源電路、核心處理單元電路以及量程選擇電路相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于:所述核心處理單元電路包括Cortex-M3內(nèi)核的STM32處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于:所述檢測(cè)儀還包括與核心處理單元電路相連的人機(jī)交互電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于:所述檢測(cè)儀還包括電源供電電路，電源供電電路分別與脈沖信號(hào)檢測(cè)電路、量程選擇電路、脈沖信號(hào)調(diào)理電路、液晶顯示接口電路、人機(jī)交互電路以及核心處理單元電路相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種軌道脈沖自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于:所述檢測(cè)儀還包括與液晶顯示接口電路相連的液晶顯示器。
【文檔編號(hào)】B61L1/18GK203580997SQ201320740169
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】王會(huì)峰, 柴彩萍, 何運(yùn)來(lái), 王曉艷, 關(guān)麗敏 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)