一种机车控制系统测频方法及装置与流程

本申请涉及机车控制技术领域，具体而言，涉及一种机车控制系统测频方法及装置。

背景技术：

在机车控制系统中，需要及时准确地测量诸如转速等信号的频率。现有的控制系统产品使用的测量技术基本可以分成两大类：一类是使用单片机的定时器功能，采用软件方法测量；另一类则是采用所谓等精度测量方法，由fpga构造测量电路。前者(定时器测频方法)可见于早期的产品中，因为该方法受到单片机运行速度、定时器中断响应速度等性能的限制，在需要同时测量多路信号的频率时，难以满足机车控制特性所要求的实时性，所以该类测量方法几乎已经淘汰。后期产品几乎都是使用fpga运用等精度原理进行测频。但是，等精度测频方法，因其原理上固有的缺陷，当待测信号频率范围跨度较大时(50～3000hz)，实时性能较差。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种机车控制系统测频方法及装置，用以实现减少机车高速运行时的测量时长，提高机车控制实时性的技术效果。

第一方面，本申请实施例提供了一种机车控制系统测频方法，包括获取待测信号和测量时间信号，根据预设的计数方式对所述待测信号的信号周期进行计数，得到对应的闸门时间；获取系统时钟信号，根据所述闸门时间对所述系统时钟信号进行计数，得到与所述信号周期相关的计数值；根据所述计数值计算所述待测信号的频率。

在上述实现过程中，第一计数器获取待测信号和测量时间信号，然后根据预设的计数方式对待测信号的信号周期进行计数，得到对应的闸门时间。然后，第二计数器根据该闸门时间对系统时钟信号进行计数，得到与所述信号周期相关的计数值。最后，频率计算单元根据该计数值计算得到对应的频率。整个过程可以根据待测信号的频率自适应调节测量时间，减少机车高速运行时的测量时长，提高了机车控制实时性。

进一步地，所述根据所述计数值计算所述待测信号的频率的步骤实现方式为：fs＝n/(cnt*tc)，其中fs表示待测信号的频率，cnt表示计数值；tc表示系统时钟周期；n表示闸门时间所包含的信号周期数。

在上述实现过程中，在获取到待测信号的计数值后，就可以根据该计数值、系统时钟周期和闸门时间所包含的信号周期数计算得到待测信号的频率。

进一步地，所述闸门时间为所述信号周期的整数倍。

在上述实现过程中，闸门时间为所述信号周期的整数倍，可以根据实际应用需求进行调整。

进一步地，所述系统时钟信号的频率为12mhz。

在上述实现过程中，因为随着测量时间减少，测量误差将随之增大，所以系统时钟信号的频率设置为12mhz，使得最大系统测量误差可以满足使用要求。

第二方面，本申请实施例提供了一种机车控制系统测频装置，包括包括第一计数器、第二计数器、频率计算单元和时钟信号发生器；所述第一计数器用于获取待测信号和测量时间信号，根据预设的计数方式对所述待测信号的信号周期进行计数，得到对应的闸门时间；所述第二计数器用于获取系统时钟信号，根据所述闸门时间对所述系统时钟信号进行计数，得到与所述信号周期相关的计数值；所述频率计算单元用于根据所述计数值计算所述待测信号的频率；所述时钟信号发生器用于产生所述系统时钟信号。

在上述实现过程中，第一计数器获取待测信号和测量时间信号，然后根据预设的计数方式对待测信号的信号周期进行计数，得到对应的闸门时间。然后，第二计数器从时钟信号发生器获取系统时钟信号并根据该闸门时间对系统时钟信号进行计数，得到与所述信号周期相关的计数值。最后，频率计算单元根据该计数值计算得到对应的频率。整个过程可以根据待测信号的频率自适应调节测量时间，减少机车高速运行时的测量时长，提高了机车控制实时性。

进一步地，所述时钟信号发生器为12mhz晶振。

在上述实现过程中，时钟信号发生器选用12mhz晶振，使得最大系统测量误差可以满足使用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种机车控制系统测频方法流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种机车控制系统测频装置拓扑结构示意图。

图标：10-机车控制系统测频装置；100-第一计数器；200-第二计数器；300-频率计算单元；400-时钟信号发生器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参看图1，图1为本申请实施例提供的机车控制系统测频方法流程示意图。

申请人在开发机车控制系统过程中发现等精度测频方法，因其原理上固有的缺陷，当待测信号频率范围跨度较大时(50～3000hz)，实时性能较差。例如当待测信号频率为50hz时，理论测量时间至少应为一个信号周期，即20ms。这个测量时间在车速较慢时(对应信号频率50hz)是允许的，但是在车辆高速行驶时(对应信号频率3000hz)，要求控制系统要有更短的反应时间，这时如果采用等精度测量方法，其要求的固定测量时间(20ms)就无法满足机车控制特性的实时性要求了。所以，常规的等精度测量方法在机车高速运行时，就会因为测量时间长，而导致控制系统反应偏慢。所以很有必要提供一种机车控制系统测频方法，以减少高速行驶时的测量时间，提高控制系统控制过程的实时性。具体内容如下所述。

步骤s101，获取待测信号和测量时间信号，根据预设的计数方式对所述待测信号的信号周期进行计数，得到对应的闸门时间。

在进行测频时，待测信号通过cp端发送给第一计数器100，同时在第一计数器100的en端提供一个测量时间信号，该测量时间信号根据所需测量频率范围中的最低频率进行设置。

第一计数器100在获取待测信号和测量时间信号后，就可以根据预设的计数方式对待测信号的信号周期进行计数，然后分析得到对应的闸门时间。

在一种实施方式中，测量时间信号等于所需测量频率范围中最低频率的待测信号的五倍信号周期。闸门时间计数方式为待测信号的五倍信号周期。

需要说明的是，具体的测量时间信号也可以根据实际需要进行调整，并不限于所需测量频率范围中最低频率的待测信号的五倍信号周期。闸门时间也并不局限于待测信号的五倍信号周期，可以根据实际需求进行调整；同时需要保证测量时间信号不小于闸门时间。

步骤s102，获取系统时钟信号，根据所述闸门时间对所述系统时钟信号进行计数，得到与所述信号周期相关的计数值。

第一计数器100进行计数得到闸门时间后就可以将该闸门时间发送给第二计数器200的en端，第二计数器200根据该闸门时间对cp端获取到的系统时钟信号进行计数，得到与信号周期相关的计数值。

因为随着测量时间减少，测量误差将随之增大，为了克服这个问题，系统时钟信号频率可以设置为12mhz。

需要说明的是，系统时钟信号频率并不局限于12mhz，可以根据实际应用情况进行相应的调整。

步骤s103，根据所述计数值计算所述待测信号的频率。

第二计数器200通过计数得到上述计数值后，就可以将该计数值发送给频率计算单元300，频率计算单元300就可以根据系统时钟周期、计数值和闸门时间所包含的信号周期数计算得到待测信号的频率。

具体地，待测信号的频率的计算可以参考公式：fs＝n/(cnt*tc)；其中fs表示待测信号的频率，cnt表示计数值；tc表示系统时钟周期；n表示闸门时间所包含的信号周期数。例如当闸门时间所包含的信号周期数为5，系统时钟信号频率为12mhz时，fs＝5/(cnt*83.33ns)≈60/cntmhz。

使用上述方法，可以对50hz-3000hz的待测信号进行测聘。闸门时间随着待测信号频率而变化，即闸门时间为5倍测量信号周期。当待测信号频率为3000hz时，对应的闸门时间约1.67ms；而当待测信号频率为50hz时，对应闸门时间为100ms。这样的测量方法，随着车速越快，待测信号频率越高，闸门时间则越短，所以能很好地满足机车控制特性的实时性要求；低速时，因为对闸门时间的要求并不高，所以也能满足应用需求。最大系统测量误差出现在最高频率3000hz时，当采用12mhz的系统时钟信号，最大系统测量误差为：2x系统时钟周期/(5x信号周期)≈0.01％，这一误差是能够满足设计要求的。

请参看图2，图2为本申请实施例提供的一种机车控制系统测频装置拓扑结构示意图。

本申请实施例还提供了一种使用上述机车控制系统测频方法的机车控制系统测频装置10，该机车控制系统测频装置10包括第一计数器100、第二计数器200、频率计算单元300和时钟信号发生器400；第一计数器100用于获取待测信号和测量时间信号，根据预设的计数方式对待测信号的信号周期进行计数，得到对应的闸门时间；第二计数器200用于获取系统时钟信号，根据闸门时间对系统时钟信号进行计数，得到与信号周期相关的计数值；频率计算单元300用于根据计数值计算待测信号的频率；时钟信号发生器400用于产生系统时钟信号。

在进行测频时，第一计数器100在获取待测信号和测量时间信号后，就可以根据预设的计数方式对待测信号的信号周期进行计数，然后分析得到对应的闸门时间。第二计数器200接收该闸门时间，同时获取系统时钟信号，然后根据该闸门时间对系统时钟信号进行计数，得到对应的计数值，并发送给频率计算单元300，频率计算单元300根据公式：fs＝n/(cnt*tc)计算得到待测信号的频率；其中fs表示待测信号的频率，cnt表示计数值；tc表示系统时钟周期；n表示闸门时间所包含的信号周期数。因为随着闸门时间减少，测量误差将随之增大，为了克服这个问题，系统时钟信号频率可以设置为12mhz；对应的时钟信号发生器400就需要选用12mhz晶振。

在一种实施方式中，频率计算单元300可以选用现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)；fpga中的晶振选用12mhz晶振，用于提供系统时钟信号。

综上所述，本申请实施例提供一种机车控制系统测频方法及装置，包括获取待测信号和测量时间信号，根据预设的计数方式对所述待测信号的信号周期进行计数，得到对应的闸门时间；获取系统时钟信号，根据所述闸门时间对所述系统时钟信号进行计数，得到与所述信号周期相关的计数值；根据所述计数值计算所述待测信号的频率；闸门时间随着待测信号频率而变化，随着车速越快，待测信号频率越高，闸门时间则越短，所以能很好地满足机车控制特性的实时性要求。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。