驼峰车辆减速器性能检测系统

申请号 CN201610433663.1 申请日 2016-06-18 公开(公告)号 CN106053057A 公开(公告)日 2016-10-26
申请人 上海大学; 发明人 苗中华; 魏成雷; 刘金磊; 徐舟舟; 刘冲; 李晖;
摘要 本 发明 提供一种 铁 道 驼峰 车辆减速器性能检测系统,其包括ARM处理器模 块 等;以太网模块、电源模块、串口模块都与处理器模块连接;电源模块、光电编码计数模块、DO模块、一个DI模块、一个PWM差分输出模块、AD采集模块与处理器模块连接;处理器模块和处理器模块之间通过FSMC总线连接。本发明针对铁路交通系统中减速器长期使用过程中的 制动 性能变差问题,提供了一种全新的检测方案。将数字 电路 设计技术、 嵌入式系统 技术、微机控制技术结合在一起,使得系统具备高效率、高 精度 、成本低、易操作的优点。该系统不仅能够让铁道工作人员对失效减速器完成检测与及时维修,而且大量数据的上传让铁路系统的科研人员获得一份丰富的数据资料。
权利要求

1.一种驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,其包括一个ARM处理器模、一个FPGA处理器模块、一个以太网模块、一个第一电源模块、一个第二电源模块、一个光电编码计数模块、一个DO模块、一个DI模块、一个PWM差分输出模块、AD采集模块、一个串口模块,以太网模块、第一电源模块、串口模块都与ARM处理器模块连接;第二电源模块、光电编码计数模块、DO模块、DI模块、PWM差分输出模块、AD采集模块与FPGA处理器模块连接;ARM处理器模块和FPGA处理器模块之间通过FSMC总线连接。
2.根据权利要求1所述的铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,所述AD数据采集模块对减速器的制动进行数据采集;PWM差分输出模块控制驱动器驱动伺服电机;光电编码器计数模块测量伺服电机转速;以太网模块用于PC上位机和控制器系统进行数据交互;DI模块实现多个开关量的实时获取;DO模块实现对外部开关量控件的控制;RS232串口模块实现对ARM处理器的程序调试与下载;两个电源模块分别为两个处理器模块及其周围相连模块进行供电。
3.根据权利要求1所述的铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,所述以太网模块包括第十二电容、第十三电容、第十四电阻、第十五电阻、第十六接口,第十二电容的一端接PHY_3V3电压,第十二电容的另一端接数字地;第十三电容与第十二电容并联连接;第十四电阻的一端接PHY_3V3电压,另一端接第十六接口的第九引脚;第十五电阻的一端接PHY_3V3电压,另一端接第十六接口的第十二引脚;第十六接口的第一、第二、第三、第六引脚分别于物理层接口芯片连接,第四、第五引脚均与PHY_3V3电压连接,第七引脚悬空,第八引脚接数字地,第十、第十二引脚均通过电阻接数字地,第十三、第十四引脚直接与数字地连接。
4.根据权利要求1所述的铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,所述第一电源模块包括第十七电容、第十八电容、第十九电压转换芯片、第二十电容,第十七电容的一端接POWER_5V电压,第十七电容的另一端接模拟地;第十八电容与第十七电容并联连接;第二十电容的一端接第十九电压转换芯片的第二引脚,另一端接第十九电压转换芯片的第一引脚;第十九电压转换芯片的第三引脚接POWER_5V电压,第一引脚接模拟地。
5.根据权利要求1所述的铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,所述第二电源模块包括第二十一电容、第二十二电容、第二十三电压转换芯片、第二十四电容、第二十五电容、第二十六电容、第二十七电容、第二十八电压转换芯片、第二十九电容、第三十电容、第三十一电容、第三十二电压转换芯片、第三十三电容,第二十一电容的一端接POWER_
5V电压,第二十一电容的另一端接模拟地;第二十二电容与第二十一电容并联连接;第二十四电容的一端接第二十三电压转换芯片的第二引脚,另一端接第二十三电压转换芯片的第一引脚;第二十三电压转换芯片的第三引脚接POWER_5V电压,第一引脚接模拟地;第二十五电容的一端接POWER_5V电压,第二十五电容的另一端接模拟地;第二十六电容、第二十七电容与第二十五电容并联连接;第二十九电容的一端接第二十八电压转换芯片的第二、第四引脚,另一端接第二十八电压转换芯片的第一引脚;第二十八电压转换芯片的第三引脚接第二十三电压转换芯片的第二引脚,第一引脚接模拟地;第三十电容的一端接POWER_5V电压,第三十电容的另一端接模拟地;第三十一电容与第三十电容并联连接;第三十三电容的一端接第三十二电压转换芯片的第二、第四引脚,另一端接第三十二电压转换芯片的第一引脚;第三十二电压转换芯片的第三引脚接POWER_5V电压,第一引脚接模拟地。
6.根据权利要求1所述的铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,所述光电编码计数模块包括第三十四电阻、第三十五高速光耦、第三十六电容、第三十七电阻、第三十八电容、第三十九电阻、第四十驱动芯片、第四十一电阻、第四十二电容、第四十三电阻、第四十四电容、第四十五高速光耦、第四十六电阻,第三十五高速光耦的第一、第四、第七引脚悬空,外界光电脉冲PINA+通过第三十四电阻一端输入,另一端接到第三十五高速光耦的第二引脚,外界光电脉冲的PINA-直接与第三十五高速光耦的第三引脚相连,第三十五高速光耦的第五引脚与数字地连接,第八引脚与POWER_5V连接,第六引脚经第三十九电阻与第四十驱动芯片引脚的第一引脚连接;第三十六电容的一端接POWER_5V另一端接数字地;第三十七电阻一端接第三十五高速光耦的第八引脚,另一端接第六引脚;第三十八电容的一端接数字地,另一端接第三十五高速光耦的第六引脚;外界光电脉冲PINB+通过第四十六电阻一端输入,另一端输出接到四十五高速光耦的第二引脚,外界光电脉冲的PINB-直接与第四十五高速光耦的第四十一引脚相连,第四十五高速光耦的第五引脚与数字地连接,第八引脚与POWER_5V连接,第六引脚经第四十一电阻与第四十驱动芯片引脚的第一引脚连接;第四十四电容的一端接POWER_5V另一端接数字地;第四十三电阻一端接第三十五高速光耦的第八引脚,另一端接第六引脚;第四十二电容的一端接数字地,另一端接第三十五高速光耦的第六引脚;第四十驱动芯片的第二引脚接数字地,第五引脚接FPGA_3V3,第六引脚输出PINA,第四引脚输出PINB。
7.根据权利要求1所述的铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,所述DO模块包括第四十七电阻、第四十八电阻、第四十九光耦、第五十电阻、第五十一电容、第五十二三极管、第五十三二极管、第五十四二极管、第五十五电阻、第五十六电阻,第四十九光耦第二引脚与开关量输入连接,第一引脚经第四十八电阻与FPGA_3V3连接,第三引脚与POWER_5V连接,第四引脚经第五十电阻接数字地;第四十七电阻一端接FPGA_3V3,另一端与第四十九光耦第二引脚连接;第五十六电阻一端接第四十九光耦第四引脚,另一端与第五十二三极管第一引脚;第五十一电容一端与第五十二三极管第一引脚连接,另一端直接接数字地;第五十五电阻一端接POWER_5V,另一端经第五十四二极管与第五十二三极管第三引脚连接;
第五十三二极管一端接POWER_5V,另一端接第五十二三极管第三引脚。
8.根据权利要求1所述的铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,所述DI模块包括第五十七电阻、第五十八光耦、第五十九电阻,第五十七光耦的第一引脚经第五十七电阻与外界开关量输入连接,第二、三引脚直接接模拟地,第四引脚经第五十九电阻接FPGA_
3V3。
9.根据权利要求1所述的铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,所述PWM差分输出模块包括第六十电阻、第七十一接入电阻、第六十一光隔、第七十光隔、第六十二电容、第六十三电容、第六十四电阻、第六十九电阻、第六十六电容、第六十八电容、第六十五差分驱动芯片、第六十七差分驱动芯片,PWM信号经第六十电阻接入第六十光隔第一引脚,第六十光隔的第六引脚与第六十二接地电容一端连接,另一端接POWER_5V,第五引脚经第六十四电阻接POWER_5V,第四引脚经第六十三电容接POWER_5V,第六十六电容并接至第六十一光隔芯片的第四、第五引脚之间,第六十五差分驱动芯片、第六十七差分驱动芯片的第一引脚均与POWER_5V相连,第六十五差分驱动芯片的第三引脚与第六十一光隔芯片的第五引脚相连,第四引脚接模拟地,第六十九电阻跨接在第七十光隔芯片的第五、第六引脚之间,第六十八电容跨接在第六十七差分驱动芯片的第三、第四引脚之间,Direction信号经第七十一电阻接至第七十芯片的第一引脚,第六十五差分驱动芯片的第五、第六引脚分别输出PULSE-、PULSE+信号,第六十七差分驱动芯片的第五、第六引脚分别输出SIGNAL-、SIGNAL+信号,其余引脚均悬空。
10.根据权利要求1所述的铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,所述AD采集模块包括第七十二串口,第七十三电阻、第七十五电阻、第七十八电阻、第八十二电阻、第八十五电阻、第八十六电阻、第八十七电阻、第九十二电阻、第九十四电阻、第七十六电容、第七十七电容、第七十九电容、第八十三电容、第八十四电容、第八十电容、第九十六电容、第八十八电容、第八十九电容、第七十四共模滤波器、第八十一滤波放大器芯片、第九十二极管、第九十一二极管、第九十三电感、第九十五电感,第七十四共模滤波器的两个输出端分别经第七十五电阻和第七十八电阻连接第七十七电容的两端,第七十七电容的一端连接接地的第七十六电容,该第七十六电容的另一端连接一个接地的第七十九电容,第七十七电容的两端信号接入一个第八十一滤波放大器芯片的第九引脚、第十引脚;该滤波放大器芯片的第六引脚经过并联连接的第九十六、第八十电容接地,同时,该引脚经过第九十四电阻接到12V;该第八十一滤波放大器芯片的第十一引脚经并联连接的第八十八电容、第八十九电容、第九十二极管接地,同时该引脚经第九十二电阻与第九十三电感串联接到-12V;第九十一极管的两端分别与第八十一滤波放大器芯片的第十一引脚、第十二引脚连接;第八十一滤波放大器芯片的第四引脚经第八十二电阻接POWER_5V,第八十三电容一端接模拟地,另一端接滤波放大器芯片的第四引脚;第八十一滤波放大器芯片的第十三引脚经第八十五电阻与FPGA_3V3相连,同时经第八十四电容接数字地;第八十一滤波放大器芯片的第十五引脚、第十六、第十七引脚与FPGA处理器模块连接,第八十一滤波放大器芯片的第三引脚直接与AD转换芯片连接,第八十一滤波放大器芯片的第一、第二引脚通过第八十七电阻、第八十六电阻与AD转换芯片连接;第七十三电阻跨接到第七十四共模滤波器的两端;第八十一滤波放大器芯片的其它引脚悬空。

说明书全文

驼峰车辆减速器性能检测系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,属于铁路交通系统自动化领域。

背景技术

[0002] 我国的减速器已诞生应用半个世纪左右。经过广大科研人员的不懈努,以及铁路工作人员的精心使用和维护,减速器已成为驼峰调速系统的一个重要组成部分,在全路驼峰调车场内广泛运用,在驼峰站场自动调速系统中发挥了不可替代的作用。然而,一些现实的问题也逐渐显现出来,其中最为突出的便是如何判断经长久使用的减速器是否还能处于正常工作范围之内,否则会给铁路车辆的位置停靠带了不便。传统的检测方式就是凭借铁路工人的传统经验,比如采取人工踩踏判别。一方面,由于工作人员能力有限,检测成功率不高,另一方面,需要耗费大量的人力物力。
[0003] 近年来,数字电路设计技术、嵌入式控制技术与微机控制技术相结合的趋势成为主流,本设计充分利用三大技术的优势,设计了一种新型减速器性能检测系统。稳定性好,检测效率高,成本低廉,易操作性的优点。此外,经以太网上传的大量实时数据,不仅能让工作人员对其性能好坏做出正确判断,而且还让科研人员掌握了第一手丰富的减速器相关数据。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其使用户可以方便的观察和记录相关信息数据,不需要很大的存储设备,而且人机交互界面好。
[0005] 根据本发明的一个方面,提供一种铁道驼峰车辆减速器性能检测系统,其特征在于,其包括一个ARM处理器模、一个FPGA处理器模块、一个以太网模块、一个第一电源模块、一个第二电源模块、一个光电编码计数模块、一个DO模块、一个DI模块、一个PWM差分输出模块、AD采集模块、一个串口模块,以太网模块、第一电源模块、串口模块都与ARM处理器模块连接;第二电源模块、光电编码计数模块、DO模块、DI模块、PWM差分输出模块、AD采集模块与FPGA处理器模块连接;ARM处理器模块和FPGA处理器模块之间通过FSMC总线连接。
[0006] 优选地,所述AD数据采集模块对减速器的制动力进行数据采集;PWM差分输出模块控制驱动器驱动伺服电机;光电编码器计数模块测量伺服电机转速;以太网模块用于PC上位机和控制器系统进行数据交互;DI模块实现多个开关量的实时获取;DO模块实现对外部开关量控件的控制;RS232串口模块实现对ARM处理器的程序调试与下载;两个电源模块分别为两个处理器模块及其周围相连模块进行供电。
[0007] 优选地,所述以太网模块包括第十二电容、第十三电容、第十四电阻、第十五电阻、第十六接口,第十二电容的一端接PHY_3V3电压,第十二电容的另一端接数字地;第十三电容与第十二电容并联连接;第十四电阻的一端接PHY_3V3电压,另一端接第十六接口的第九引脚;第十五电阻的一端接PHY_3V3电压,另一端接第十六接口的第十二引脚;第十六接口的第一、第二、第三、第六引脚分别于物理层接口芯片连接,第四、第五引脚均与PHY_3V3电压连接,第七引脚悬空,第八引脚接数字地,第十、第十二引脚均通过电阻接数字地,第十三、第十四引脚直接与数字地连接。
[0008] 优选地,所述第一电源模块包括第十七电容、第十八电容、第十九电压转换芯片、第二十电容,第十七电容的一端接POWER_5V电压,第十七电容的另一端接模拟地;第十八电容与第十七电容并联连接;第二十电容的一端接第十九电压转换芯片的第二引脚,另一端接第十九电压转换芯片的第一引脚;第十九电压转换芯片的第三引脚接POWER_5V电压,第一引脚接模拟地。
[0009] 优选地,所述第二电源模块包括第二十一电容、第二十二电容、第二十三电压转换芯片、第二十四电容、第二十五电容、第二十六电容、第二十七电容、第二十八电压转换芯片、第二十九电容、第三十电容、第三十一电容、第三十二电压转换芯片、第三十三电容,第二十一电容的一端接POWER_5V电压,第二十一电容的另一端接模拟地;第二十二电容与第二十一电容并联连接;第二十四电容的一端接第二十三电压转换芯片的第二引脚,另一端接第二十三电压转换芯片的第一引脚;第二十三电压转换芯片的第三引脚接POWER_5V电压,第一引脚接模拟地;第二十五电容的一端接POWER_5V电压,第二十五电容的另一端接模拟地;第二十六电容、第二十七电容与第二十五电容并联连接;第二十九电容的一端接第二十八电压转换芯片的第二、第四引脚,另一端接第二十八电压转换芯片的第一引脚;第二十八电压转换芯片的第三引脚接第二十三电压转换芯片的第二引脚,第一引脚接模拟地;第三十电容的一端接POWER_5V电压,第三十电容的另一端接模拟地;第三十一电容与第三十电容并联连接;第三十三电容的一端接第三十二电压转换芯片的第二、第四引脚,另一端接第三十二电压转换芯片的第一引脚;第三十二电压转换芯片的第三引脚接POWER_5V电压,第一引脚接模拟地。
[0010] 优选地,所述光电编码计数模块包括第三十四电阻、第三十五高速光耦、第三十六电容、第三十七电阻、第三十八电容、第三十九电阻、第四十驱动芯片、第四十一电阻、第四十二电容、第四十三电阻、第四十四电容、第四十五高速光耦、第四十六电阻,第三十五高速光耦的第一、第四、第七引脚悬空,外界光电脉冲PINA+通过第三十四电阻一端输入,另一端接到第三十五高速光耦的第二引脚,外界光电脉冲的PINA-直接与第三十五高速光耦的第三引脚相连,第三十五高速光耦的第五引脚与数字地连接,第八引脚与POWER_5V连接,第六引脚经第三十九电阻与第四十驱动芯片引脚的第一引脚连接;第三十六电容的一端接POWER_5V另一端接数字地;第三十七电阻一端接第三十五高速光耦的第八引脚,另一端接第六引脚;第三十八电容的一端接数字地,另一端接第三十五高速光耦的第六引脚;外界光电脉冲PINB+通过第四十六电阻一端输入,另一端输出接到四十五高速光耦的第二引脚,外界光电脉冲的PINB-直接与第四十五高速光耦的第四十一引脚相连,第四十五高速光耦的第五引脚与数字地连接,第八引脚与POWER_5V连接,第六引脚经第四十一电阻与第四十驱动芯片引脚的第一引脚连接;第四十四电容的一端接POWER_5V另一端接数字地;第四十三电阻一端接第三十五高速光耦的第八引脚,另一端接第六引脚;第四十二电容的一端接数字地,另一端接第三十五高速光耦的第六引脚;第四十驱动芯片的第二引脚接数字地,第五引脚接FPGA_3V3,第六引脚输出PINA,第四引脚输出PINB。
[0011] 优选地,所述DO模块包括第四十七电阻、第四十八电阻、第四十九光耦、第五十电阻、第五十一电容、第五十二三极管、第五十三二极管、第五十四二极管、第五十五电阻、第五十六电阻,第四十九光耦第二引脚与开关量输入连接,第一引脚经第四十八电阻与FPGA_3V3连接,第三引脚与POWER_5V连接,第四引脚经第五十电阻接数字地;第四十七电阻一端接FPGA_3V3,另一端与第四十九光耦第二引脚连接;第五十六电阻一端接第四十九光耦第四引脚,另一端与第五十二三极管第一引脚;第五十一电容一端与第五十二三极管第一引脚连接,另一端直接接数字地;第五十五电阻一端接POWER_5V,另一端经第五十四二极管与第五十二三极管第三引脚连接;第五十三二极管一端接POWER_5V,另一端接第五十二三极管第三引脚。
[0012] 优选地,所述DI模块包括第五十七电阻、第五十八光耦、第五十九电阻,第五十七光耦的第一引脚经第五十七电阻与外界开关量输入连接,第二、三引脚直接接模拟地,第四引脚经第五十九电阻接FPGA_3V3。
[0013] 优选地,所述PWM差分输出模块包括第六十电阻、第七十一接入电阻、第六十一光隔、第七十光隔、第六十二电容、第六十三电容、第六十四电阻、第六十九电阻、第六十六电容、第六十八电容、第六十五差分驱动芯片、第六十七差分驱动芯片,PWM信号经第六十电阻接入第六十光隔第一引脚,第六十光隔的第六引脚与第六十二接地电容一端连接,另一端接POWER_5V,第五引脚经第六十四电阻接POWER_5V,第四引脚经第六十三电容接POWER_5V,第六十六电容并接至第六十一光隔芯片的第四、第五引脚之间,第六十五差分驱动芯片、第六十七差分驱动芯片的第一引脚均与POWER_5V相连,第六十五差分驱动芯片的第三引脚与第六十一光隔芯片的第五引脚相连,第四引脚接模拟地,第六十九电阻跨接在第七十光隔芯片的第五、第六引脚之间,第六十八电容跨接在第六十七差分驱动芯片的第三、第四引脚之间,Direction信号经第七十一电阻接至第七十芯片的第一引脚,第六十五差分驱动芯片的第五、第六引脚分别输出PULSE-、PULSE+信号,第六十七差分驱动芯片的第五、第六引脚分别输出SIGNAL-、SIGNAL+信号,其余引脚均悬空。
[0014] 优选地,所述AD采集模块包括第七十二串口,第七十三电阻、第七十五电阻、第七十八电阻、第八十二电阻、第八十五电阻、第八十六电阻、第八十七电阻、第九十二电阻、第九十四电阻、第七十六电容、第七十七电容、第七十九电容、第八十三电容、第八十四电容、第八十电容、第九十六电容、第八十八电容、第八十九电容、第七十四共模滤波器、第八十一滤波放大器芯片、第九十二极管、第九十一二极管、第九十三电感、第九十五电感,第七十四共模滤波器的两个输出端分别经第七十五电阻和第七十八电阻连接第七十七电容的两端,第七十七电容的一端连接接地的第七十六电容,该第七十六电容的另一端连接一个接地的第七十九电容,第七十七电容的两端信号接入一个第八十一滤波放大器芯片的第九引脚、第十引脚;该滤波放大器芯片的第六引脚经过并联连接的第九十六、第八十电容接地,同时,该引脚经过第九十四电阻接到12V;该第八十一滤波放大器芯片的第十一引脚经并联连接的第八十八电容、第八十九电容、第九十二极管接地,同时该引脚经第九十二电阻与第九十三电感串联接到-12V;第九十一极管的两端分别与第八十一滤波放大器芯片的第十一引脚、第十二引脚连接;第八十一滤波放大器芯片的第四引脚经第八十二电阻接POWER_5V,第八十三电容一端接模拟地,另一端接滤波放大器芯片的第四引脚;第八十一滤波放大器芯片的第十三引脚经第八十五电阻与FPGA_3V3相连,同时经第八十四电容接数字地;第八十一滤波放大器芯片的第十五引脚、第十六、第十七引脚与FPGA处理器模块连接,第八十一滤波放大器芯片的第三引脚直接与AD转换芯片连接,第八十一滤波放大器芯片的第一、第二引脚通过第八十七电阻、第八十六电阻与AD转换芯片连接;第七十三电阻跨接到第七十四共模滤波器的两端;第八十一滤波放大器芯片的其它引脚悬空。
[0015] 本发明具有如下实质性优点:本发明是一种铁道驼峰车辆减速器性能检测系统, 与传统检测系统相比,该系统采用数字电路设计技术、微机控制技术、嵌入式系统技术三大技术,采取以太网进行数据的快速实时传输,整个系统由控制器和一台PC机组成,配备装有客户端应用程序的界面,用户可以方便的观察和记录相关信息数据,不需要很大的存储设备,而且人机交互界面好。此外,控制器具有多种模式,大大提高了检测效率。采取局域网的连接,方便工作人员进行大量控制器设备的管理工作。附图说明
[0016] 图1是铁道驼峰车辆减速器性能检测系统总体框图
[0017] 图2是本发明中以太网模块的原理框图。
[0018] 图3是本发明中电源模块的原理框图。
[0019] 图4是本发明中电源模块的原理框图。
[0020] 图5是本发明中光电编码计数模块的原理框图。
[0021] 图6是本发明中DO模块的原理框图。
[0022] 图7是本发明中DI模块的原理框图。
[0023] 图8是本发明中PWM差分输出模块的原理框图。
[0024] 图9是本发明中AD数据采集模块原理框图。
[0025] 图10是本发明中RS232串口模块的原理框图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明的优选实施作进一步详细说明:参见图1,本发明铁道驼峰车辆减速器性能检测系统包括一个ARM处理器模块1、一个FPGA处理器模块2、一个以太网模块3、一个第一电源模块4、一个第二电源模块5、一个光电编码计数模块6、一个DO模块7、一个DI模块8、一个PWM差分输出模块9、AD采集模块10、一个串口模块11,以太网模块、第一电源模块、串口模块都与ARM处理器模块连接;第二电源模块、光电编码计数模块、DO模块、DI模块、PWM差分输出模块、AD采集模块与FPGA处理器模块连接;ARM处理器模块和FPGA处理器模块之间通过FSMC总线连接。
[0027] ARM处理器模块1是由ARM控制芯片、时钟电路、复位电路、以太网模块电路、RS232串口接口电路构成,以太网模块用于将现场数据进行实时上传至上位机,串口模块为ARM处理器进行程序下载和配置调试工作,电源模块为整个ARM处理器模块1供电。电源模块主要为5V-3.3V、电源转换芯片。
[0028] FPGA处理器模块2是由FPGA控制芯片、时钟电路、复位电路、EPCS存储芯片、AS接口电路、JTAG接口电路构成,DI模块主要实现多个开关量的获取,DO 完成相应控制动作的输出,AD采集模块对减速器的制动力进行数据采集;PWM差分输出模块控制驱动器驱动伺服电机,光电编码器计数模块测量伺服电机转速,电源模块为整个控制器供电。电源模块主要为5V-3.3V、5V-1.8V、3.3V-1.2V电源转换芯片。
[0029] 参见图2,所述以太网模块包括第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六接口J16,第十二电容的一端接PHY_3V3电压,第十二电容的另一端接数字地;第十三电容与第十二电容并联连接;第十四电阻的一端接PHY_3V3电压,另一端接第十六接口的第九引脚;第十五电阻的一端接PHY_3V3电压,另一端接第十六接口的第十二引脚;第十六接口的第一、第二、第三、第六引脚分别于物理层接口芯片连接,第四、第五引脚均与PHY_3V3电压连接,第七引脚悬空,第八引脚接数字地,第十、第十二引脚均通过电阻接数字地,第十三、第十四引脚直接与数字地连接。
[0030] 参见图3,所述第一电源模块4模块包括第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电压转换芯片Z19、第二十电容C20,第十七电容的一端接POWER_5V电压,第十七电容的另一端接模拟地;第十八电容与第十七电容并联连接;第二十电容的一端接第十九电压转换芯片的第二引脚,另一端接第十九电压转换芯片的第一引脚;第十九电压转换芯片的第三引脚接POWER_5V电压,第一引脚接模拟地。
[0031] 参见图4,所述第二电源模块5模块包括第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电压转换芯片Z23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十七电容C27、第二十八电压转换芯片Z28、第二十九电容C29、第三十电容C30、第三十一电容C31、第三十二电压转换芯片Z32、第三十三电容C33,第二十一电容的一端接POWER_5V电压,第二十一电容的另一端接模拟地;第二十二电容与第二十一电容并联连接;第二十四电容的一端接第二十三电压转换芯片的第二引脚,另一端接第二十三电压转换芯片的第一引脚;第二十三电压转换芯片的第三引脚接POWER_5V电压,第一引脚接模拟地;第二十五电容的一端接POWER_5V电压,第二十五电容的另一端接模拟地;第二十六电容、第二十七电容与第二十五电容并联连接;第二十九电容的一端接第二十八电压转换芯片的第二、第四引脚,另一端接第二十八电压转换芯片的第一引脚;第二十八电压转换芯片的第三引脚接第二十三电压转换芯片的第二引脚,第一引脚接模拟地;第三十电容的一端接POWER_5V电压,电容的另一端接模拟地;第三十一电容与第三十电容并联连接;第三十三电容的一端接第三十二电压转换芯片的第二、第四引脚,另一端接第三十二电压转换芯片的第一引脚;第三十二电压转换芯片的第三引脚接POWER_5V电压,第一引脚接模拟地。
[0032] 参见图5,所述光电编码计数模块包括第三十四电阻R34、第三十五高速光耦Z35、第三十六电容C36、第三十七电阻R37、第三十八电容C38、第三十九电阻R39、第四十驱动芯片Z40、第四十一电阻R41、第四十二电容R42、第四十三电阻R43、第四十四电容C44、第四十五高速光耦C45、第四十六电阻R46,第三十五高速光耦的第一、第四、第七引脚悬空,外界光电脉冲PINA+通过第三十四电阻一端输入,另一端接到三十五高速光耦的第二引脚,外界光电脉冲的PINA-直接与第三十五高速光耦的第三引脚相连,第三十五高速光耦的第五引脚与数字地连接,第八引脚与POWER_5V连接,第六引脚经第三十九电阻与第四十驱动芯片引脚的第一引脚连接;第三十六电容的一端接POWER_5V另一端接数字地;第三十七电阻一端接第三十五高速光耦的第八引脚,另一端接第六引脚;第三十八电容的一端接数字地,另一端接第三十五高速光耦的第六引脚;外界光电脉冲PINB+通过第四十六电阻一端输入,另一端输出接到四十五高速光耦的第二引脚,外界光电脉冲的PINB-直接与第四十五高速光耦的第四十一引脚相连,第四十五高速光耦的第五引脚与数字地连接,第八引脚与POWER_5V连接,第六引脚经第四十一电阻与第四十驱动芯片引脚的第一引脚连接;第四十四电容的一端接POWER_5V另一端接数字地;第四十三电阻一端接第三十五高速光耦的第八引脚,另一端接第六引脚;第四十二电容的一端接数字地,另一端接第三十五高速光耦的第六引脚;第四十驱动芯片的第二引脚接数字地,第五引脚接FPGA_3V3,第六引脚输出PINA,第四引脚输出PINB。
[0033] 参见图6,所述DO模块包括第四十七电阻R47、第四十八电阻R48、第四十九光耦Z49、第五十电阻R50、第五十一电容C51、第五十二三极管Z52、第五十三二极管D53、第五十四二极管D54、第五十五电阻R55、第五十六电阻R56,第四十九光耦第二引脚与开关量输入连接,第一引脚经第四十八电阻与FPGA_3V3连接,第三引脚与POWER_5V连接,第四引脚经第五十电阻接数字地;第四十七电阻一端接FPGA_3V3,另一端与第四十九光耦第二引脚连接;第五十六电阻一端接第四十九光耦第四引脚,另一端与第五十二三极管第一引脚;第五十一电容一端与第五十二三极管第一引脚连接,另一端直接接数字地;第五十五电阻一端接POWER_5V,另一端经第五十四二极管与第五十二三极管第三引脚连接;第五十三二极管一端接POWER_5V,另一端接第五十二三极管第三引脚。
[0034] 参见图7,所述DI模块包括第五十七电阻R57、第五十八光耦Z58、第五十九电阻R59,第五十七光耦的第一引脚经第五十七电阻与外界开关量输入连接,第二、三引脚直接接模拟地,第四引脚经第五十九电阻接FPGA_3V3。
[0035] 参见图8,所述PWM差分输出模块包括第六十电阻R60、第七十一接入电阻R71、第六十一光隔Z61、第七十光隔Z70、第六十二电容C62、第六十三电容C63、第六十四电阻R64、第六十九电阻R69、第六十六电容C66、第六十八电容C68、第六十五差分驱动芯片Z65、第六十七差分驱动芯片Z67,PWM信号经第六十电阻接入第六十光隔第一引脚,第六十光隔的第六引脚与第六十二接地电容一端连接,另一端接POWER_5V,第五引脚经第六十四电阻接POWER_5V,第四引脚经第六十三电容接POWER_5V,第六十六电容并接至第六十一光隔芯片的第四、第五引脚之间,第六十五差分驱动芯片、第六十七差分驱动芯片的第一引脚均与POWER_5V相连,第六十五差分驱动芯片的第三引脚与第六十一光隔芯片的第五引脚相连,第四引脚接模拟地,第六十九电阻跨接在第七十光隔芯片的第五、第六引脚之间,第六十八电容跨接在第六十七差分驱动芯片的第三、第四引脚之间,Direction信号经第七十一电阻接至第七十芯片的第一引脚,第六十五差分驱动芯片的第五、第六引脚分别输出PULSE-、PULSE+信号,第六十七差分驱动芯片的第五、第六引脚分别输出SIGNAL-、SIGNAL+信号,其余引脚均悬空。
[0036] 参见图9,所述AD采集模块包括第七十二串口J72,第七十三电阻R73、第七十五电阻R75、第七十八电阻R78、第八十二电阻R82、第八十五电阻R85、第八十六电阻R86、第八十七电阻R87、第九十二电阻R92、第九十四电阻R94、第七十六电容C76、第七十七电容C77、第七十九电容C79、第八十三电容C83、第八十四电容C84、第八十电容C80、第九十六电容C96、第八十八电容C88、第八十九电容C89、第七十四共模滤波器Z74、第八十一滤波放大器芯片Z81、第九十二极管D90、第九十一二极管D91、第九十三电感L93、第九十五电感L95,第七十四共模滤波器的两个输出端分别经第七十五电阻和第七十八电阻连接第七十七电容的两端,第七十七电容的一端连接接地的第七十六电容,该第七十六电容的另一端连接一个接地的第七十九电容,第七十七电容的两端信号接入一个滤波放大器芯片的第九引脚、第十引脚;该滤波放大器芯片的第六引脚经过并联连接的第九十六、第八十电容接地,同时,该引脚经过第九十四电阻接到12V;该第八十一滤波放大器芯片的第十一引脚经并联连接的第八十八电容、第八十九电容、第九十二极管接地,同时该引脚经第九十二电阻与第九十三电感串联接到-12V;第九十一极管的两端分别与滤波放大器芯片的第十一引脚、第十二引脚连接;第八十一滤波放大器芯片的第四引脚经第八十二电阻接POWER_5V,第八十三电容一端接模拟地,另一端接第八十一滤波放大器芯片的第四引脚;第八十一滤波放大器芯片的第十三引脚经第八十五电阻与FPGA_3V3相连,同时经第八十四电容接数字地;第八十一滤波放大器芯片的第十五引脚、第十六、第十七引脚与FPGA处理器模块连接,第八十一滤波放大器芯片的第三引脚直接与AD转换芯片连接,第八十一滤波放大器芯片的第一、第二引脚通过第八十七电阻、第八十六电阻与AD转换芯片连接;第七十三电阻跨接到第七十四共模滤波器的两端,可选择性接入;第八十一滤波放大器芯片的其它引脚悬空。
[0037] 参见图10,所述串口模块包括第一百零三电平转换芯片Z103、第一百零二电容C102、第一百零一电容C101、第九十七电容C97、第九十八电容C98、第九十九电容C99、第一百串口J100。第一百零三电平转换芯片的第一引脚、第三引脚分别接第一百零二电容的两端;第一百零三电平转换芯片的第四引脚、第五引脚分别接第一百零一电容的两端;第一百零三电平转换芯片的第二引脚经过第九十九电容与第一百零三电平转换芯片的第十五引脚相连,第一百零三电平转换芯片的第十六引脚接3.3V电压;第一百零三电平转换芯片的第六引脚经过第九十八电容接地,第一百零三电平转换芯片的第八、十引脚接数字地,第一百零三电平转换芯片的第七、九引脚悬空,第一百零三电平转换芯片的第十三、十四引脚分别与第一百串口的第三、二引脚连接,第一百串口其它引脚悬空。
[0038] 本发明的工作原理是:FPGA处理器模块2通过控制指令发送信号到PWM差分输出模块,通过PWM差分输出模块输出信号控制伺服电机速度和方向,从而驱动活塞杆对减速器进行下压。减速器在被下压的过程中,通过力传感器将减速器产生的油气反力转变成电压信号,经过滤波放大后由AD采集模块进行数据采集,再传入FPGA处理器模块2。在电机转动的同时,光电编码脉冲模块采集电机的转速,将转速信号传入FPGA处理器模块2。FPGA处理器模块2将采集到的力信号和速度信号经过运算处理后,可得到不同时刻所对应的减速器下压的位移及油气反力值,并将数值传给ARM处理器模块1,然后ARM处理器模块1将接收到的数据经以太网模块上传至PC上位机,最终上位机完成数据的显示和检测结果的输出工作。
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