截止，断开电流速度传感器采样回路，从而起到保护电流回路的作用。
[0040]其中，过流保护的相关计算如下:
[0041 ] 三极管VT2集电极电压:
[0042]Vc = Vbe X (R7+R8) /R8 (3)
[0043]所以，过流保护电流为:
[0044]Is(MAX) = Vc/R4 = VbeX (R7+R8) / (R8*R4) (4)
[0045]通过选取适当的R7、R8电阻值，可以设定需要的过流保护电流Is (MAX)。
[0046]此外，在图1中，后级调理电路包括第一 RC低通滤波电路、有源低通滤波器、第二RC低通滤波电路、正反馈的比较器电路；其工作原理:对于电压型速度传感器采样回路，电容Cl和电阻R9组成第一 RC低通滤波电路；对于电流型速度传感器采样回路，电容Cl和电阻RlO组成第一 RC低通滤波电路，此级滤波是为了高频干扰，轨道车辆速度传感器输出频率一般小于1KHz，因此RC滤波电路截止频率设计为1KHz。
[0047]电阻R12、电容C2和运算放大器IClB组成有源低通滤波器，电阻R12分别连接电容C2的正极、运算放大器IClB的正输入端，电容C2的正极连接运算放大器IClB的正输入端，电容C2的负极分别连接电容Cl和接地；运算放大器IClB的负输入端分别连接其输出端、电阻R13、电阻R16、二极管VD2的阳极和二极管3的阴极，因此截止频率也比较大，将速度信号滤成直流，做为后级运算放大器的输入信号，并且再经过第二 RC低通滤波器(电阻R16和电容C4构成，电阻R16分别连接电容C4的正极和二极管VD4的阳极，电容C4的负极接地)，得到它的平均值Sig_AD，送到CPU的AD 口；电阻R16和电容C4构成的RC低通滤波器，为了防止后级运算放大器电路反馈信号对Sig_AD产生干扰，因此截止频率比较大。
[0048]正反馈的比较器电路包括后级运算放大器IC1A、二极管VD2、二极管VD3、电阻R13、电阻R14和电阻R15，后级运算放大器IClA的正输入端分别连接电阻R13和电阻R14，电阻R13的另一端分别连接所述运算放大器IClB的输出端、二极管VD2的阳极、二极管VD3的阴极和电阻R16，电阻R14的另一端分别连接二极管VD2的阴极、二极管VD3的阳极和电阻R15 ;后级运算放大器IClA的负输入端分别连接电容C3、二极管VDl的阳极、电容Cl和电阻R12，电容C3的另一端连接VDl的阴极；后级运算放大器IClA的输出端分别连接电阻R15和二极管VD5的阴极，二极管VD5的阳极连接电阻R17，电阻R15的另一端分别连接二极管VD2的阴极和二极管VD3的阳极，通过正反馈的比较器，使得速度的频率信号与其平均值进行比较，输出电平由二极管耦合得到的电压为5V的速度频率信号Sig_Frq送到CPU的捕捉口。
[0049]使用Multisiml0.1软件对电压型、电流型速度采集电路的两种工作模式进行了仿真验证。
[0050]一、电压型工作模式:
[0051](I)仿真条件:
[0052]1、+5V和+15V连接相应电压的电源，Us接+5V，Is接地GND ；
[0053]2、在输入信号Sig_in和GND之间施加100Hz，50%占空比，逻辑高为15V、逻辑低为OV的电压型频率信号做为激励信号，模拟电压型速度传感器；
[0054]3、使用双踪示波器观察速度频率信号Sig_Frq和速度平均值电压信号Sig_AD的波形。
[0055](2)仿真结果:
[0056]图2是电压型传感器信号采样波形图，三角符号描点的方波信号是单片机可以识别的DC5V速度频率信号，没标记的是滤波得到的速度平均值电压信号，Sig_AD是单片机的模数转换接口可以采样的稳定的直流电压信号，达到了预期的设计效果。
[0057]二、电流型工作模式:
[0058](I)仿真条件:
[0059]1、+5V和+15V连接相应电压的电源，Us接地GND，Is接+5V ；
[0060]2、在输入信号Sig_in和GND之间施加100Hz，50%占空比，逻辑高为14mA、逻辑低为7mA的电流型频率信号做为激励信号，模拟电流型速度传感器；
[0061]3、使用双踪示波器观察速度频率信号Sig_Frq和速度平均值电压信号Sig_AD的波形。
[0062](2)仿真结果:
[0063]图3是电流型传感器信号采样波形图，三角符号描点的方波信号是单片机可以识别的DC5V速度频率信号，没标记的是滤波得到的速度平均值电压信号，Sig_AD是单片机的模数转换接口可以采样的稳定的直流电压信号，达到了预期的设计效果。
[0064]通过图2和图3可知，电压型工作模式仿真结果与电流型工作模式仿真效果类似，证明了本电路对电压型、电流型这两种接口类型的传感器兼容、适用。
【主权项】
1.电压电流兼容型速度信号采集电路，其特征在于，速度信号采集电路包括电压和电流两种信号类型的速度传感器采样回路，电压信号的速度传感器采样回路包括电阻R1、电阻R2、电阻R9和NPN型三极管VTl ;电流信号的速度传感器采样回路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻Rll和PNP型三极管VT2、NPN型三极管VT3和NPN型三极管VT4 ;所述电阻R7、电阻R8和三极管VT4组成过流保护电路；所述电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻RlO构成速度信号的分压电路； 电压型传感器选择信号Us通过电阻R2连接三极管VTl的基极，三极管VTl的发射极连接速度传感器供电电源的负极，三极管VTl的集电极连接电阻R1，电阻Rl的另一端连接速度传感器输入信号，输入信号分别连接电阻R3、电阻R5、电阻R9和三极管VT2的发射极，电阻R9的另一端连接后级调理电路； 电流型传感器选择信号Is通过电阻Rll连接三极管VT3的基极，三极管VT3的发射极连接速度传感器供电电源的负极，三极管VT3的集电极分别连接电阻R4、电阻R6、电阻RlO和三极管VT2的集电极，电阻R6的另一端分别连接三极管VT2的基极和电阻R5，电阻R5的另一端分别连接三极管VT2的发射极、电阻R3和电阻R9，电阻R3的另一端连接速度传感器供电电源的正极，三极管VT2的集电极分别连接电阻R4、电阻R6和电阻R10，电阻R4的另一端连接速度传感器供电电源的负极，电阻RlO连接后级调理电路； 所述三极管VT4的集电极分别连接所述电阻Rll和三极管VT3的基极；三极管VT4的基极分别连接电阻R7和电阻R8，电阻R8的另一端连接速度传感器供电电源的负极，电阻R7的另一端分别连接三极管VT2的集电极、电阻R4、电阻R6、三极管VT3的集电极和电阻RlO ;三极管VT4的发射极连接速度传感器供电电源的负极。2.如权利要求1所述的电压电流兼容型速度信号采集电路，其特征在于，当速度传感器为电压型时，单片机控制选择信号Us为高电平和信号Is为低电平，三极管VTl导通，三极管VT2和三极管VT3截止，电流回路被切断，此时所述速度传感器采样回路为电压型，电压信号经过所述速度信号的分压电路，送到后级调理电路； 当速度传感器为电流型时，单片机控制选择信号Us为低电平和信号Is为高电平，三极管VTl截止，三极管VT2和三极管VT3导通，此时所述速度传感器采样回路为电流型，电流信号经过三极管VT2由电阻R4采样，得到电压信号通过电阻RlO送到后级调理电路。3.如权利要求1或2所述的电压电流兼容型速度信号采集电路，其特征在于，所述后级调理电路包括第一 RC低通滤波电路、有源低通滤波器、第二 RC低通滤波电路、正反馈的比较器电路； 对于电压型速度传感器采样回路，第一 RC低通滤波电路包括电容Cl和所述电阻R9 ;对于电流型速度传感器采样回路，第一 RC低通滤波电路包括电容Cl和所述电阻RlO ; 有源低通滤波器包括电阻R12、电容C2和运算放大器IC1B，电阻R12分别连接电容C2的正极和运算放大器IClB的正输入端，电容C2的正极连接运算放大器IClB的正输入端，电容C2的负极分别连接电容Cl和接地，运算放大器IClB的负输入端分别连接其输出端、电阻R13、电阻R16、二极管VD2的阳极和二极管VD3的阴极； 第二 RC低通滤波电路包括电阻R16和电容C4，电阻R16分别连接电容C4的正极和二极管VD4的阳极，电容C4的负极接地，信号经过所述RC低通滤波器，得到速度平均值电压信号，送到CPU的AD 口； 正反馈的比较器电路包括后级运算放大器IC1A、二极管VD2、二极管VD3、电阻R13、电阻R14和电阻R15，后级运算放大器IClA的正输入端分别连接电阻R13和电阻R14，电阻R13的另一端分别连接所述运算放大器IClB的输出端、二极管VD2的阳极、二极管VD3的阴极和电阻R16，电阻R14的另一端分别连接二极管VD2的阴极、二极管VD3的阳极和电阻R15 ;后级运算放大器IClA的负输入端分别连接电容C3、二极管VDl的阳极、电容Cl和电阻R12，电容C3的另一端连接VDl的阴极；后级运算放大器IClA的输出端分别连接电阻R15和二极管VD5的阴极，二极管VD5的阳极连接电阻R17，电阻R15的另一端分别连接二极管VD2的阴极和二极管VD3的阳极，二极管VD2和二极管VD3串联，通过所述正反馈的比较器的IC1A，使得速度的频率信号与速度平均值电压信号进行比较，输出电平由速度频率信号送到CPU的捕捉口。4.如权利要求3所述的电压电流兼容型速度信号采集电路，其特征在于，所述RC滤波电路的截止频率是1KHz。5.如权利要求3所述的电压电流兼容型速度信号采集电路，其特征在于，所述速度频率信号由二极管耦合得到，其高电平电压为5V。6.如权利要求1所述的电压电流兼容型速度信号采集电路，其特征在于，所述过流保护电路中，三极管VT4基极电压达到0.7V时，三极管VT4导通，三极管VT2和三极管VT3截止。
【专利摘要】本发明提供了一种电压电流兼容型速度信号采集电路，属于电子领域。速度信号采集电路包括电压和电流两种信号类型的速度传感器采样回路，电压信号的速度传感器采样回路包括电阻R1、R2、R9和三极管VT1；电流信号的速度传感器采样回路包括电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11和三极管VT2、VT3和VT4；电阻R7、R8、R9和R10构成速度信号的分压电路；电阻R7、R8和三极管VT4构成过流保护电路。本发明利用电压和电流两种信号类型的速度传感器，提供了一种能够兼容电压型和电流型的速度信号采集电路，显著提高系统的灵活性和操作性，可靠性增强，具有较高的实用价值。
【IPC分类】G01D5/244
【公开号】CN105180975
【申请号】CN201510435557
【发明人】孙卫兵, 刘寅虎, 杨正专, 孙科, 赵飒, 王业泰
【申请人】南京浦镇海泰制动设备有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年7月22日