电压电流兼容型速度信号采集电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种速度信号采集电路，具体涉及一种电压电流兼容型速度信号采集电路，属于电子领域。
【背景技术】
[0002]列车运行监控记录装置(以下简称监控装置)是重要的机车运行保安设备，其中速度信息是监控装置控制所必须的基础信息，而速度信号采集电路是是监控装置的关键，在监控装置系统中起着至关重要的作用，其速度信号采集的准确性和可靠性直接影响到监控装置系统的性能。
[0003]过去速度信号的获得有通过光电编码器、旋转变压器或电磁编码器先得到码值，再通过处理器计算得到速度信号，也有直接通过速度传感器采集，如基于霍尔转速传感器的速度信号采集电路，但是以上速度信号的获取装置要么体积较大、结构复杂、成本较高，要么获取方式不稳定，可靠性不高，因此需要开发一种可靠性高、操作简单、成本较低的速度?目号米集电路。
【发明内容】
[0004]为了克服以上现有技术的缺点，本实用新型提供了一种电压电流兼容型速度信号采集电路，该装置电路考虑了电压或电流两种信号类型的速度传感器，可兼容电压、电流双重类型传感器，可靠性强、操作简单。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]电压电流兼容型速度信号采集电路，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RU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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]所述三极管VT4的集电极分别连接所述电阻Rl I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。
[0010]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；
[0011]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。
[0012]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；
[0013]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 ;
[0014]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；
[0015]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，信号经过所述第二 RC低通滤波电路，得到速度平均值电压信号，送到CPU的AD 口；
[0016]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。
[0017]进一步地，所述第一 RC低通滤波电路的截止频率是1KHz。
[0018]进一步地，所述速度频率信号由二极管耦合得到，其高电平电压为5V。
[0019]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。
[0020]本实用新型具有的有益效果是利用电压或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，显著提高了系统的灵活性和操作性，可靠性增强，具有较高的实用价值。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型速度信号采集电路图，其中，1-速度传感器接口，2-电源接口，
3-单片机接口 ；
[0022]图2是电压型传感器信号采样波形图；
[0023]图3是电流型传感器信号采样波形图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0025]如图1所示，速度信号采集电路包括三个接口，分别为速度传感器接口 1，电源接口 2和单片机接口 3 ;速度传感器接口 I有速度传感器供电电源的正极PWR、速度传感器供电电源的负极GND和速度传感器输入信号Sig_in，PffR与本电路共地，且电压为直流8?30V，覆盖了常见的速度传感器工作电压范围；单片机接口 3有速度频率信号Sig_Frq、速度平均值电压信号Sig_AD、电压型传感器选择信号Us和电流型传感器选择信号Is。
[0026]速度信号采样电路考虑了电压或电流两种信号类型的速度传感器，其中，Is用于控制电流型速度传感器采样回路的导通和关断，Us用于控制电压型速度传感器采样回路的导通和关断。
[0027]电阻Rl、R2、R9和三极管VTl组成电压信号的速度传感器采样回路；电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、RlO、Rl I和三极管VT2、VT3、VT4组成电流信号的速度传感器采样回路，其中，电阻R7、R8和三极管VT4是过流保护电路；电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻RlO构成速度信号的分压电路。
[0028]电压型传感器选择信号Us通过电阻R2连接NPN型三极管VTl的基极，NPN型三极管VTl的发射极连接速度传感器供电电源的负极GND，NPN型三极管VTl的集电极连接电阻Rl,电阻Rl的另一端连接速度传感器输入信号Sig_in，Sig_in分别连接电阻R3、电阻R5、电阻R9和PNP型三极管VT2的发射极，电阻R9的另一端连接后级调理电路；
[0029]电流型传感器选择信号Is通过电阻Rll连接NPN型三极管VT3的基极，NPN型三极管VT3的发射极连接速度传感器供电电源的负极GND，NPN型三极管VT3的集电极分别连接电阻R4、电阻R6、电阻RlO和PNP型三极管VT2的集电极，电阻R6的另一端分别连接PNP型三极管VT2的基极和电阻R5，电阻R5的另一端分别连接PNP型三极管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PWR，PNP型三极管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GND，电阻RlO连接后级调理电路；
[0030]I)当速度传感器为电压型时，速度传感器接口有三根线:PWR、Sig_in和GND ；Us为高电平，Is为低电平，三极管VTl处于导通状态，三极管VT2、VT3和VT4都处于截止状态；其中，电阻Rl是匹配电阻，电流信号的速度传感器采样回路被切断，电压信号经过电阻R9、R10、R7、R8分压后，送到后级调理电路。
[0031]2)当速度传感器为电流型时，速度传感器接口只有PWR和Sig_in两根线；Us为低电平，Is为高电平，三极管VTl处于截止状态，三极管VT2和VT3都处于导通状态，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。
[0032]在电流信号的速度传感器采样回路中，R4为采样电阻，若R4 = 250 Ω，以7mA/14mA电流信号(Is)为例，假设占空比为50%，则采样电压计算如下:
[0033]Vsig_in = IsXR4 (I)
[0034]当Is = 7mA 时，Vsig_in = 1.75V ；
[0035]当Is = 14mA 时，Vsig_in = 3.50V ；
[0036]占空比为50 %，故平均值为:
[0037]Sig_AD = (1.75+3.50)/2V = 2.625V (2)
[0038]过流保护电路包括电阻R7、R8和三极管VT4，三极管VT4的集电极分别连接电阻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GND，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GND。
[0039]当电流型速度传感器采样回路过流，三极管VT4基极电压达到0.7V时，VT4导通，使得三极管VT3截止，进而使得三极管VT2截止，断