一种自动频率对准及自动增益放大电路及其工作方法 |
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| 申请号 | CN202210689426.7 | 申请日 | 2022-06-17 | 公开(公告)号 | CN115051683A | 公开(公告)日 | 2022-09-13 |
| 申请人 | 神州高铁智能工业控制系统(武汉)有限公司; | 发明人 | 邢险峰; 赵泽颖; 潘桂英; 刘德鑫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于格雷 母线 系统中的 频率 自动对准领域，提供一种自动频率对准及自动增益放大 电路 及其工作方法。该电路包括 变压器 ，自动增益 放大器 ，数字电位器，谐振电容单元，数字 缓冲器 ， 解码器 的主控，EEPROM，工作状态 开关 SW1；所述主控与EEPROM相连，所述主控与工作状态开关SW1相连，所述数字缓冲器与谐振电容单元相连，所述谐振电容单元连接至变压器的输出端，自动增益放大器的输入端，所述数字缓冲器与数字电位器相连，数字电位器并联于自动增益放大器的放大 电阻 上，所述谐振电容单元包括n个固态继电器和与之匹配的电容，固态继电器的输入端与数字缓冲器相连。本发明极大的优化了出厂检验及现场安装调试时间，简单可靠，实用性高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自动频率对准及自动增益放大电路，其特征在于：包括通过解码电缆与解码器连接的变压器，自动增益放大器，数字电位器，谐振电容单元，数字缓冲器，解码器的主控，EEPROM，工作状态开关SW1；所述主控与EEPROM相连，所述主控与工作状态开关SW1相连，所述主控与数字缓冲器相连，所述数字缓冲器与谐振电容单元相连，所述谐振电容单元连接至变压器的输出端，自动增益放大器的输入端，所述数字缓冲器与数字电位器相连，数字电位器并联于自动增益放大器的放大电阻上，所述谐振电容单元包括n个固态继电器和与之匹配的电容，n个固态继电器分别与匹配的电容相连，固态继电器的输入端与数字缓冲器相连。 |
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| 说明书全文 | 一种自动频率对准及自动增益放大电路及其工作方法技术领域背景技术[0002] 在很多场合测量距离时会用到格雷母线测距技术，格雷母线技术利用最简单的单匝线圈的电磁感应原理进行信号传输，具体的说是格雷母线系统中的发射单元会将不同的地址信息进行放大，在编码线圈中产生交变电流，进而产生相应的交变磁场，而格雷母线系统中的解码单元会利用LC天线箱对此交变频率进行耦合，从而将发射单元所包含的地址信号通过电磁耦合方式传送到格雷母线的感应环线上，再通过处理后送给主控进行地址解码。具体的原理框图见图1，其中天线箱4安装在移动的车上，天线环5和谐振电容6密封在天线箱4中。 [0003] 如图1所示，天线箱4一般会安装在户外并且恶劣的环境中，必须满足防尘，防灰，防潮等要求，所以天线箱会采用完全密封的方式，这样天线箱中的天线环5和谐振电容6就按照实际实验室测试结果进行配对，解码器电路图如图2所示，包括信号变压器T1，后跟一个运放及LTC1562组成的带通滤波器。解码线缆8因各个现场不同的长度导致线缆的感应电感量也是不同的，这个电感会连同解码器7中的信号变压器T1的漏感叠加到谐振网络中，导致谐振频率产生偏差，编码信号的幅度会降低，如果单纯的通过调整运放的放大倍数去提高信号的幅度，同样也会增加噪声的放大幅度，导致编码信号的抗干扰变差。同时因为要匹配谐振频率，每个天线箱在封装之前都要进行天线环和谐振电容的精密挑选及测试，造成了耗时长，效率低，精度差的结果。 发明内容[0004] 为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供了一种用于车检的格雷母线系统的自动频率对准及自动增益放大电路及其工作方法，通过主控的控制接通不同的谐振电容组合来进行谐振匹配，同时通过信号自动放大能够将信号统一放大到需要的幅度，这样的全自动频率校准和自动增益的方式极大的优化了出厂检验及现场安装调试时间，并提高了信号的稳定度及抗干扰能力，简单可靠，实用性高。 [0005] 本发明的目的是通过以下技术措施实现的。 [0006] 本发明提供一种自动频率对准及自动增益放大电路，包括通过解码电缆与解码器连接的变压器，自动增益放大器，数字电位器，谐振电容单元，数字缓冲器，解码器的主控，EEPROM，工作状态开关SW1；所述主控与EEPROM相连，所述主控与工作状态开关SW1相连，所述主控与数字缓冲器相连，所述数字缓冲器与谐振电容单元相连，所述谐振电容单元连接至变压器的输出端，自动增益放大器的输入端，所述数字缓冲器与数字电位器相连，数字电位器并联于自动增益放大器的放大电阻上，所述谐振电容单元包括n个固态继电器和与之匹配的电容，n个固态继电器分别与匹配的电容相连，固态继电器的输入端与数字缓冲器相连。 [0007] 在上述技术方案中，所述谐振电容单元中的电容为n个，通过配置不同的电容可以n 2 种递增的电容值进行数字频率匹配。 [0008] 本发明还提供了一种上述的自动频率对准及自动增益放大电路的工作方法，包括以下步骤：（1）在正常工作之前，通过工作状态开关SW1选择进入自动频率对准和增益自动调节模式，如果没有运行自动频率对准和增益自动调节模式，解码器会处于待机状态，通过面板的指示灯来提示需要进行此操作； （2）选择自动频率对准和增益自动调节模式并进行确认后，解码器的主控通过固n 态继电器接通不同的匹配电容；通过配置不同的电容可以2 种递增的电容值进行精确的数字频率匹配，其中n为设置的电容个数； （3）主控通过逐次接通配置电容，并读入所采集的对应频率的幅值，选取信号幅值最大时记录当前的电容配置存入EEPOM中，同时提醒频率匹配成功，并进入自动增益调节的步骤； （4）如果逐次接通所有的配置电容也没有达到设定的最低电压值，那么主控会提示频率匹配故障信号，施工人员即可按照说明书进行排查故障； （5）当进入自动增益调节的步骤时，主控通过数字电位器进行放大或者减小幅度的双向操作，以达到要求的幅值，当此操作完成后主控将数字电位器的位置存入EEPROM中，并提示整体的频率对准和自动增益功能完成，此时便可正常进行标准的精准测距作业了。 [0009] 本发明用于车检的格雷母线系统的自动频率对准及自动增益放大电路及其工作方法，通过自动频率对准和自动增益功能的增持，在产品天线箱的封装上减少了电容匹配的操作步骤，节省了出厂及现场进行频率匹配的时间和人工成本，同时因为所有产品的指标一致，提高了产品的一致性及频率匹配的精度，并提高了信号的稳定度及抗干扰能力，简单可靠，实用性高。附图说明 [0010] 图1是用于车检的格雷母线系统的原理框图。 [0011] 图中：1‑发射单元，2‑编码线缆，3‑终端电阻，4‑天线箱，5‑天线环，6‑谐振电容，7‑解码器，8‑解码线缆。 [0012] 图2是格雷母线系统中解码器的电路图。 [0013] 图3是本发明自动频率对准及自动增益放大电路的原理框图。 [0014] 图4是本实施例中数字电位器的元器件连接图。 [0015] 图5是本实施例中变压器和自动增益放大器的元器件连接图。 [0016] 图6是本实施例中数字缓冲器和谐振电容单元的元器件连接图。 [0017] 图7是本实施例主控、EEPROM和工作状态开关的元器件连接图。 具体实施方式[0018] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 [0019] 如图3至7所示，本发明实施例提供一种用于车检的格雷母线系统的自动频率对准及自动增益放大电路，包括通过解码电缆与解码器连接的变压器T1，自动增益放大器IC1A，数字电位器U1，谐振电容单元，数字缓冲器U4，解码器的主控，EEPROM，工作状态开关SW1；所述主控U7与EEPROM相连，所述主控与工作状态开关SW1相连，所述主控与数字缓冲器相连，所述数字缓冲器与谐振电容单元相连，所述谐振电容单元连接至变压器的输出端，自动增益放大器的输入端，所述数字缓冲器与数字电位器相连，数字电位器并联于自动增益放大器的放大电阻上，所述谐振电容单元包括4个固态继电器U2、U3、U5、U6和与之匹配的电容，4个固态继电器分别与匹配的电容C1、C2、C3、C4相连，固态继电器的输入端与数字缓冲器U4相连。 [0020] 在上述实施例中，所述谐振电容单元中的电容为n个，通过配置不同的电容可以2n 种递增的电容值进行精确的数字频率匹配，其中n为设置的电容个数。 [0021] 在格雷母线系统中，天线箱的天线环5电感和谐振电容6阻抗相等，并与通讯电缆阻抗匹配时接收到的编码信号最佳，即ωL（天线环）=1/ωc（谐振电容）=R（电缆阻抗），谐振频率F=1/2√LC。本实施例中，在确定了天线环的电感量及谐振电容值之后，根据电感和电容值的最大误差20%考虑，将天线环及谐振电容的80%电容量的电容直接密封在天线箱内，而剩余的20%谐振电容量通过解码器进行匹配。所述谐振电容单元中的电容通过不同的组合来达到所需的电容量，最大的组合结果可以达到20%的谐振电容量。 [0022] 在上述实施例中，所述自动增益放大器型号为SA5532。 [0023] 在上述实施例中，所述数字缓冲器型号为74HCT244。 [0024] 在上述实施例中，所述主控芯片型号为EP1C3T144C8N。 [0025] 本实施例还提供一种用于车检的格雷母线系统的自动频率对准及自动增益放大电路的工作方法，包括以下步骤：（1）在正常工作之前，通过工作状态开关SW1选择进入自动频率对准和增益自动调节模式，如果没有运行自动频率对准和增益自动调节模式，解码器会处于待机状态，通过面板的指示灯来提示需要进行此操作。 [0026] （2）选择自动频率对准和增益自动调节模式并进行确认后，解码器的主控芯片U7通过固态继电器U2、U3、U5、U6接通匹配电容C1、C2、C3、C4；以50khz匹配的电容量为C1:560PF，C2:1nF，C3:2.2nF， C4:4.7nF，匹配结果见表1： 表1 n 由上表1可见，通过配置不同的电容可以2 种递增的电容值进行精确的数字频率 n 匹配，其中n为设置的电容个数。一般是以（20%谐振电容量）/2为1个最小电容单位，组合后的电容值依次递增。 [0027] （3）主控通过逐次接通配置电容，并读入所采集的对应频率的幅值，选取信号幅值最大时记录当前的开关位置存入EEPOM中，同时提醒频率匹配成功，并进入自动增益调节的步骤。 [0028] （4）如果逐次接通所有配置电容后也没有达到设定的最低电压值，那么主控会提示频率匹配故障信号，施工人员即可按照说明书进行排查故障。 [0029] （5）当进入自动增益调节的步骤时，主控通过数字电位器进行放大或者减小幅度的双向操作，以达到要求的幅值，当此操作完成后主控将数字电位器的位置存入EEPROM中，并提示整体的频率对准和自动增益功能完成，此时便可正常进行标准的精准测距作业了。 [0030] 本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。 |
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