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基于P87C591的機車(chē)電子柜實(shí)時(shí)檢測系統設計
作者：
時(shí)間：2016-11-27
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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0引言
機車(chē)電子控制柜是機車(chē)(SS4G、SS6B等型號的機車(chē))控制電路的核心，其主要功能是實(shí)現機車(chē)的牽引、制動(dòng)控制及空轉、滑行保護控制等。由于整個(gè)電子控制柜由很多個(gè)模擬、數字電路插件板組成(絕大多數為模擬電路板)，其本身就是一個(gè)極其復雜的電子設備，再加上其長(cháng)期工作在高溫、振動(dòng)和強磁的惡劣條件下，因而造成了機車(chē)電子控制柜的故障發(fā)生率極高(竄車(chē)、無(wú)流等故障)。而且診斷難度很大。傳統的監測方法是依靠一些儀器儀表，按照跟蹤信號逐點(diǎn)尋跡的思路，依靠人的邏輯判斷來(lái)判定設備的故障所在，該方法效率低，實(shí)時(shí)性不強，不能實(shí)時(shí)監測機車(chē)電子柜的運行狀態(tài)。因此，設計一個(gè)機車(chē)電子柜的實(shí)時(shí)監測系統是提高機車(chē)檢修效率和行車(chē)安全的關(guān)鍵。
1系統結構原理
本系統可由信號調理電路、信號采集板和存儲發(fā)送單元組成。電子柜信號經(jīng)信號調理電路轉換成采集板可以采集的信號后，經(jīng)信號采集板采集后，再通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送到存儲發(fā)送單元，然后通過(guò)標準RS-485接口發(fā)送到診斷單元進(jìn)行故障診斷。數據采集也可以通過(guò)U盤(pán)從USB接口中取出，以便用到地面分析處理系統。整個(gè)系統的結構框圖如圖1所示。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201611/322293.htm
2信號調理電路設計
通常電子控制柜的狀態(tài)信號有三種：模擬信號、開(kāi)關(guān)量信號和脈沖信號?？紤]到電子柜的重要性與特殊性。信號采集的前提條件是絕對不能對電子柜的實(shí)際工作產(chǎn)生干擾，因此，在信號采集前，必須對信號進(jìn)行隔離。同時(shí)，考慮到插槽中的模擬信號較小，為了保證采集數據的精度，這些較小的模擬信號還需進(jìn)行適當的放大。
2.1模擬信號調理電路
模擬信號的隔離調理可由運放構成的電壓跟隨器來(lái)完成，電壓跟隨器的特點(diǎn)是輸入阻抗高，可降低外加電路對電子柜系統的干擾，實(shí)現信號隔離。隔離運放可選用專(zhuān)用隔離運放，器件參數主要應考慮輸入阻抗等。由于待采集的模擬信號范圍為1～8 V不等，為保證數據的可靠性，這些信號在采集前還需進(jìn)行適當的放大，具體放大倍數應根據A/D轉換器的參數確定，一般為1～10倍，運放的選擇也應視實(shí)際情況而定。其中一通道的模擬信號調理電路圖如圖2所示。
2.2開(kāi)關(guān)信號調理電路
開(kāi)關(guān)信號都是司機給定和電子控制柜發(fā)出響應的信號，或系統發(fā)出的比較慢的指令信號，這些信號高電平時(shí)為5 V，低電平為0 V，本設計使用TLP521-4來(lái)進(jìn)行光電隔離，其開(kāi)關(guān)信號隔離電路如圖3所示。當KGI為高電平時(shí)，光藕截止。此時(shí)可通過(guò)3.3 kQ的下拉電阻R3使整形電路74HCl4的輸入為低電平;而當KGI為低電平時(shí)。光耦導通，整形電路74HCl4的輸入變?yōu)楦唠娖?。R2直接與電子控制柜信號相連接，可起保護作用。該電路的實(shí)驗測試結果表明，在直接測量整形后的電路時(shí)，其Ton=12μs，toff=35μs，可見(jiàn)其可以滿(mǎn)足系統開(kāi)關(guān)信號的采集要求。
2.3脈沖信號調理電路
脈沖信號是電子控制柜產(chǎn)生的三段橋晶閘管觸發(fā)信號，具有高頻、高速等特點(diǎn)。其信號隔離需采用高速光電隔離器隔離，本系統選用高速光耦為6N137，其高速光電隔離電路如圖4所示。
由于晶閘管的觸發(fā)脈沖是周期為40μs，占空比為50%的信號，而6N137的實(shí)驗參數測量結果大約為：ton=50 ns;toff=50 ns，由此可見(jiàn)，其可以滿(mǎn)足系統需求。
3信號采集電路設計
本系統采用的是以Philips公司生產(chǎn)的的P87C591單片機為控制核心的信號采集系統。P87C591是一個(gè)單片8位高性能微控制器。該器件具有片內CAN控制器，它采用強大的80C51指令集，并成功的包括了sJAl000型CAN控制器的PeliCAN功能。由于單片機P87C591中內嵌有CAN控制器sJAl000的信號輸出口且驅動(dòng)能力較低，因此，本系統中加入了CAN總線(xiàn)接口驅動(dòng)芯片P82C250，該器件主要是為高速通訊應用而設計的，它可對總線(xiàn)提供差動(dòng)發(fā)送能力，并對CAN控制器提供差動(dòng)接收能力。另外，為了增加通信距離，保護總線(xiàn)、降低干擾，提高系統的瞬間抗干擾能力，本設計還在P87C591和P82C250之間加入了由高速光耦6N137構成的隔離電路。其具體的CAN總線(xiàn)接口電路如圖5所示。
模擬量采集單元的主要功能可以劃分為微處理器及其控制部分、CAN通訊接口部分、多路模擬量輸入通道選擇開(kāi)關(guān)、采樣保持芯片、模數轉換芯片等。根據單元劃分的粗細程度。需采集的模擬量共有30～60路不等。因此，在如此多信號需采集和對信號采集同步性要求較高的情況下，若采用一般采集方法，即由多路開(kāi)關(guān)對信號進(jìn)行選擇，然后經(jīng)公共的S/H、MD器進(jìn)行采集。那么，即使S/H、MD器的速度相當高，得出的結論也是不可靠的。所以，信號需采用同步采集?？紤]到每路一個(gè)MD轉換器會(huì )增加系統的復雜性和成本，并且系統對信號采集的速度要求并不高，因此，MD轉換器還是共用一個(gè)為好，但若每路一個(gè)S/H，由單片機發(fā)出的觸發(fā)信號同時(shí)會(huì )觸發(fā)所有的S/H，保證這可采集的同步性。其信號采集框圖如圖6所示。
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