專利名稱：機車輔助控制單元采樣處理電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機車輔助控制單元采樣處理電路，包括多路由FPGA控制的AD采樣電路，其中每一路由FPGA控制的AD采樣電路都包括EMC濾波電路；電流電壓轉換電路；高頻濾波電路；放大電路；偏置電路；將經過模擬電路處理的信號作模數轉換的AD轉換電路；隔離電路；用于讀取AD電路數字值，設置故障門限值，觸發相應故障位的FPGA芯片；讀取FPGA處理的數據和故障代碼，并在軟件上做相應處理的DSP處理芯片。
背景技術：
機車輔助控制單元是機車輔助控制系統的核心部分，它可以將外圍傳感器測量得到的電壓、電流、溫度、風量等傳感器信號經過AD采樣電路處理后，傳遞到駕駛員控制中心，方便機車駕駛人員及時對各種情況進行處理。現有技術中，針對不同的采樣對象，分別設計了不同的電路，以適應不同采樣對象不同的特點。這樣的設計需要針對不同的測量對象設計不同的電路，在需要測量的對象較多時，電路的初步設計工作的工作量非常大。同時由于不同對象的電路板不能互換使用，需要針對不同的電路設計準備不同的電路備板，才能保證電路維修的需要。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是針對機車外圍傳感器測量得到電壓、電流、溫度、風量等多路模擬信號，通過由FPGA控制AD采樣電路的優化電路設計，使一種電路結構適應不同測量對量要求，降低設計制造成本及后期維護成本。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是機車輔助控制單元采樣處理電路，包括多路由FPGA控制的AD采樣電路，其中每一路由FPGA控制的AD采樣電路都包括EMC濾波電路；電流電壓轉換電路；高頻濾波電路；放大電路；偏置電路；將經過模擬電路處理的信號作模數轉換的AD轉換電路；隔離電路；用于讀取AD電路數字值，設置故障門限值，觸發相應故障位的FPGA芯片；讀取FPGA處理的數據和故障代碼，并在軟件上做相應處理的DSP處理芯片，其特征在于每一路由FPGA控制的AD采樣電路結構相同。作為本實用新型的一種優選的技術方案，所述模擬輸入信號AINO+、AINO-由端口J12_2、端口 J12_l進入采樣電路。所述EMC濾波電路由電容C369、電容C370組成，其共同端接地，另一端分別與端口 J12_2、端口 J12_l相連。所述電流電壓轉換電路由電阻R452、電阻R199、電阻Ra并聯組成，用于將電流信號轉換為電壓信號。所述高頻濾波電路由電容C5、電容C6、電容C81、電容C82與相鄰電阻構成高頻濾波電路。所述放大電路由電阻RR14、電阻R15、電阻R16和運算放大器A21構成的運算放大電路，將輸入電壓信號幅值變換到0-3. 33V，適合AD轉換芯片AD7476工作。所述偏置電路通過焊上跳線R202，移去跳線R203，就增加了偏置電路，保證通道在外接交流信號時運算放大電路輸出正向電壓。所述AD轉換電路，主要是芯片AD7476，它可以將0-3. 33V的模擬電壓轉換為12位數字量。所述的FPGA芯片是XC3S1500，FPGA為AD7476提供選通信號ADC_No_isolated_Csn讀寫時鐘信號ADC_No_isolated_SCLK和串行輸入輸出總線ADC_No_isolated_SData(0)，通過總線I2C的方式讀取AD7476轉換得到的12位數字量，并做進一步處理。所述的FPGA芯片工作于主串模式。本實用新型通過由FPGA芯片控制的AD采樣電路優化設計，針對不同的測量對象設計相同的電路，在需要測量的對象較多時。使電路的初步設計工作的工作量較小。同時由于不同對象的電路板能互換使用，不需要針對不同的要求進行重復性電路設計，從而實現輔助控制單元采樣處理電路的簡統化設計，以少量電路板備件就能保證電路維修的需要， 降低設計制造成本及后期維護成本。

圖I為機車輔助控制單元采樣處理電路原理框圖；圖2的機車輔助控制單元采樣處理電路優選方案的電氣原理圖
具體實施方式
如圖I所示的機車輔助控制單元采樣處理電路，包括多路由FPGA控制AD采樣的電路，其中每一路由FPGA控制的AD采樣電路都包括EMC濾波電路；電流電壓轉換電路；高頻濾波電路；放大電路；偏置電路；將經過模擬電路處理的信號作模數轉換的AD轉換電路；隔離電路；用于讀取AD電路數字值，設置故障門限值，觸發相應故障位的FPGA芯片；讀取FPGA處理的數據和故障代碼，并在軟件上做相應處理的DSP處理芯片，其特征在于每一路由FPGA控制的AD采樣電路結構相同。如圖2所示，外部采集的模擬信號經過EMC濾波電路、電流電壓轉換電路、高頻濾波電路和放大電路，送給AD7476芯片做AD轉換電路處理。FPGA為AD7476提供選通信號、時鐘信號和串行總線，串行讀取AD7476的12位數字量。模擬輸入信號由端口 AINO+、AINO-端口進入AD采樣電路。其中電容C369、電容C370共同端接地，起EMC濾波作用。電阻R452、電阻R199、電阻Ra并聯，將電流信號轉換為電壓信號。電容C5、電容C6、電容C81、電容C82與相鄰電阻構成高頻濾波電路。電阻RR14、電阻R15、電阻R16和運算放大器構成運算放大電路。它將輸入電壓信號幅值作合適變換，轉換為適合AD7476芯片的電壓幅值0-3. 33V。焊上跳線R202，移去跳線R203，就增加了偏置電路，這可以保證通道在外接交流信號時運算放大電路輸出正向電壓。AINO接A21 6腳，為模擬信號處理電路輸出。由FPGA控制AD轉換電路，主要是芯片AD7476。它可以將0-3. 33V的模擬電壓轉換為12位數字量。FPGA為AD7476提供選通信號ADC_No_isolated_Csn、讀寫時鐘信號ADC_No_isolated_SCLK 和串行輸入輸出總線 ADC_No_isolated_SData(0)，通過總線 I2C 的方式讀取AD7476轉換得到的12位數字量，并做進一步處理。本實用新型采用的FPGA芯片是XC3S1500，它屬于Xilinx家族SPARTAN3系列。FPGA工作于主串模式，系統上電后從2個EPROM芯片(XCF04S)加載程序。FPGA串行讀取AD7476得到的12位數字量后，擴展為16位數據，每采樣10次作軟件濾波后，將數據通過32位數據總線送給DSP做進一步處理。在為FPGA編寫的軟件中設置故障門限值。當采樣的數據超過門限時，將相應的故障位置位，并將故障代碼通過總線送給DSP。DSP可以直接通過故障位做出保護動作。FPGA的故障位置位屬于硬件方式，速度很快，這樣保證了系統對故障的反應速度。FPGA軟件編寫采用Verilog硬件描述語言。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理 解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求1.一種機車輔助控制單元采樣處理電路，包括多路由FPGA控制的AD采樣電路，其中每一路由FPGA控制的AD采樣電路都包括EMC濾波電路；電流電壓轉換電路；高頻濾波電路；放大電路；偏置電路；將經過模擬電路處理的信號作模數轉換的AD轉換電路；隔離電路；用于讀取AD電路數字值，設置故障門限值，觸發相應故障位的FPGA芯片；讀取FPGA處理的數據和故障代碼，并在軟件上做相應處理的DSP處理芯片，其特征在于每一路由FPGA控制的AD采樣電路結構相同。
2.根據權利要求I所述的一種機車輔助控制單元采樣處理電路，其特征在于所述EMC濾波電路由電容C369、電容C370組成，其共同端接地，另一端分別與端口 J12_2、端口 J12_l相連。
3.根據權利要求2所述的一種機車輔助控制單元采樣處理電路，其特征在于所述電流電壓轉換電路由電阻R452、電阻R199、電阻Ra并聯組成，用于將電流信號轉換為電壓信號。
4.根據權利要求3所述的一種機車輔助控制單元采樣處理電路，其特征在于所述高頻濾波電路由電容C5、電容C6、電容C81、電容C82與相鄰電阻構成高頻濾波電路。
5.根據權利要求4所述的一種機車輔助控制單元采樣處理電路，其特征在于所述放大電路由電阻RR14、電阻R15、電阻R16和運算放大器A21構成的運算放大電路，將輸入電壓信號幅值變換到0-3. 33V，適合AD轉換芯片AD7476工作。
6.根據權利要求5所述的一種機車輔助控制單元采樣處理電路，其特征在于所述偏置電路通過焊上跳線R202，移去跳線R203，增加了偏置電路，保證通道在外接交流信號時運算放大電路輸出正向電壓。
7.根據權利要求I至6任一所述的一種機車輔助控制單元采樣處理電路，其特征在于所述AD轉換電路，主要是芯片AD7476，它將0-3. 33V的模擬電壓轉換為12位數字量。
專利摘要本實用新型公開了機車輔助控制單元采樣處理電路，包括多路由FPGA芯片(現場可編程邏輯陣列)控制的AD采樣電路，其中每一路由FPGA控制的AD采樣電路都包括EMC濾波電路；電流電壓轉換電路；高頻濾波電路；放大電路；偏置電路；將經過模擬電路處理的信號作模數轉換的AD轉換電路；隔離電路；用于讀取AD電路數字值，設置故障門限值，觸發相應故障位的FPGA芯片；讀取FPGA處理的數據和故障代碼，并在軟件上做相應處理的DSP芯片(高速數據處理器)，其特征在于每一路由FPGA控制的AD采樣電路結構相同。本實用新型通過由FPGA控制AD采樣電路的優化設計，使一種電路結構適應不同測量對象要求，降低設計制造成本及后期維護成本。
文檔編號H03M1/54GK202586931SQ20112031727
公開日2012年12月5日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者叢巍, 何勇軍 申請人:中國北車集團大連機車研究所有限公司