信号传输系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种信号传输系统，所述系统包括：悬浮传感器和悬浮控制器；其中：所述悬浮传感器中设置有第一RS485收发器；所述悬浮控制器中设置有相互连接的第二RS485收发器和脉冲变压器；所述第一RS485收发器与所述脉冲变压器相连。脉冲变压器利用的是铁芯的磁饱和性能，前级和后级各不成回路，能对其输入和输出起到隔离作用。同时，脉冲变压器输入侧仅有两线输入端和地端，输出侧也是两线输出端和地端，与RS485收发器差分信号输入输出端匹配，直接与两个RS485收发器相连即可，无需其他外围电路设计就能解决降低共模干扰的问题，易于实现，设计难度低。
【专利说明】信号传输系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及信号通信【技术领域】，更具体地说，涉及一种信号传输系统。
【背景技术】
[0002] 间隙和加速度信号是磁悬浮列车悬浮控制系统的主要信号反馈，间隙和加速度信 号的准确及时与否直接决定了悬浮的稳定性。悬浮控制系统中一般利用两个RS485收发器 实现间隙和加速度信号的传输，但由于悬浮控制系统周围电磁环境的干扰，两个RS485收 发器之间通常存在较大的地电位差，由此形成的共模干扰往往会造成信号传输不准确或硬 件损坏。
[0003] 当前磁悬浮列车中的信号传输系统利用隔离电源来降低间隙和加速度信号传输 过程中的高频共模干扰，隔离电源与悬浮控制器中的RS485收发器相连，使其电源与系统 电源完全隔离，从而降低了共模电压。
[0004] 发明人经过研究发现隔离电源电路结构复杂，电源信号非直接接入，需要设计与 之匹配的阻容电路，设计难度高；而且隔离电源价格昂贵，生产成本也比较高。 实用新型内容
[0005] 有鉴于此，本实用新型提供一种信号传输系统。在有效降低高频共模干扰的基础 上，简化了电路设计，降低了磁浮列车间隙和加速度信号传输系统的生产成本和设计难度。
[0006] 本实用新型提供的信号传输系统，包括：悬浮传感器和悬浮控制器；其中：所述悬 浮传感器中设置有第一 RS485收发器；所述悬浮控制器中设置有相互连接的第二RS485收 发器和脉冲变压器；所述第一 RS485收发器与所述脉冲变压器相连。
[0007] 优选地，所述悬浮传感器中还设置有光耦隔离器，所述光耦隔离器与第一 RS485 收发器相连。
[0008] 优选地，所述悬浮传感器和悬浮控制器中均设置有现场可编程门阵列FPGA ;其 中：所述悬浮传感器中的FPGA与所述第一 RS485收发器相连；所述悬浮控制器中的FPGA与 所述第二RS485收发器相连。
[0009] 从上述的技术方案可以看出，本实用新型公开的信号传输系统，在第一 RS485收 发器和第二RS485收发器中间接入了脉冲变压器，脉冲变压器利用的是铁芯的磁饱和性 能，前级和后级各不成回路，能对其输入和输出起到隔离作用。同时，脉冲变压器输入侧仅 有两线输入端和地端，输出侧也仅有两线输出端和地端，与RS485收发器差分信号输入输 出端匹配，直接与两个RS485收发器相连即可，无需其他外围电路设计就能解决降低共模 干扰的问题，易于实现，设计难度低。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，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的附图。
[0011] 图1为本实用新型实施例公开的一种信号传输系统结构框图；
[0012] 图2为本实用新型实施例公开的一种信号传输系统电路结构图；
[0013] 图3为本实用新型实施例公开的另一种信号传输系统结构框图；
[0014] 图4为本实用新型实施例公开的另一种信号传输系统电路结构图。
【具体实施方式】
[0015] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0016] 本实用新型为一种信号传输系统，本系统应用于磁悬浮列车悬浮控制系统中，用 于传输悬浮列车车厢之间的间隙信号和列车的加速度信号。本实用新型公开的信号传输系 统用价格低廉、电路设计简单的脉冲变压器替代了价格相对昂贵、电路设计难度大的隔离 电源，在同样能消除来自周围环境的电磁干扰、降低高频共模干扰的基础上，降低了设计难 度，节约了生产成本。
[0017] 下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
[0018] 如图1所示，本实用新型中的信号传输系统包括悬浮传感器100和悬浮控制器 200,悬浮传感器100中设置有第一 RS485收发器101，悬浮控制器200中设置有互相连接的 第二RS485收发器201和脉冲变压器202,且第一 RS485收发器101与脉冲变压器202相 连。也就是说，悬浮控制器200中的脉冲变压器202直接接在第一 RS485收发器101和第二 RS485收发器201中间，对两个RS485收发器进行了电气隔离，防止第二RS485收发器201 因共模电压过高导致的传输异常或损坏。
[0019] 悬浮传感器100中检测到的间隙和加速度信号在第一 RS485收发器101和第二 RS485收发器201之间传输。RS485收发器采用差分传输方式传输数据信号，是一种相对经 济、具有相当高噪声抑制、相对高传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。但高电 磁干扰环境下较远距离数据连接通常存在较大的地电位差，由此形成的共模干扰过大时， 往往造成误码或硬件损坏，影响信号通信的稳定可靠，尤其是对起到接收作用的第二RS485 收发器具有很大冲击。本实施例中在悬浮控制器中设置了脉冲变压器202,第一 RS485收发 器101将接收到的间隙和加速度信号转换成差分信号，所述差分信号经脉冲变压器202至 第二RS485收发器201。脉冲变压器202利用的是铁芯的磁饱和性能，前级和后级各不成 回路，实现了对两个RS485收发器的电气隔离。脉冲变压器202内部的瞬变电压抑制二极 管反向箝位于5. 0V，用于保护与其相连的第二RS485收发器；正向箝位于0. 7V，用于维持1 电平时及总线空闲时RS485收发器A、B间所需的弱正偏电压，并吸收脉冲变压器振铃。同 时，从图2所示的与本实施例对应的电路结构图即可看到，脉冲变压器输入侧仅有两线输 入端和地端，输出侧也是两线输出端和地端，与RS485收发器差分信号输入输出端匹配，直 接与两个RS485收发器相连即可，脉冲变压器的地端经电容接地，吸收干扰，将高频噪声入 地，无需其他匹配电路设计，结构简单，易于实现。
[0020] 另外，如图3所示，优选地，在上述实施例的基础上，悬浮传感器100中还可以设置 一个光耦隔离器102,与第一 RS485收发器101相连。悬浮传感器100中检测到的间隙和加 速度信号先经光耦隔离器102隔离后再发给第一 RS485收发器101。如与本实施例对应的 电路结构图4所示，输入到光耦隔离器的信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被 光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出，完成了电光电的转换，对输入到光 耦隔离器的信号和光耦隔离器输出给第一 RS485收发器的信号起到了隔离作用，降低了间 隙和加速度信号上的干扰，增加了第一 RS485收发器工作的可靠性。其他连接过程与实施 例1相同，此处不再赘述。
[0021] 另外，上述实施例中悬浮传感器100和悬浮控制器200中均设置有现场可编程门 阵列FPGA，其他实施例中可以选择其他可编程逻辑器件，不限于现场可编程门阵列FPGA。 悬浮传感器100中现场可编程门阵列FPGA与第一 RS485收发器101相连，用于将悬浮传感 器100检测的间隙和加速度信号发送至第一 RS485收发器。悬浮控制器200中的现场可编 程门阵列FPGA与第二RS485收发器201相连，第二RS485收发器201最终将信号转换为现 场可编程门阵列FPGA可接收的高低电平信号，此时，间隙和加速度信号传输过程完成，然 后现场可编程门阵列FPGA实现后续逻辑功能。
[0022] 为了进一步确保准确传输，减少传输异常的发生，并且降低开发难度，本实用新型 用自定义的适用性更强的通信协议替换了原有的标准RS485通信协议。自定义的通信协议 每一帧由同步位和信号数据位组成，传输的差分信号是具有特定占空比的矩形脉冲信号。
[0023] 具体实施例中，通信协议每一帧由25位组成，前13位为同步位，后12位为数据 位，信号〇和信号1为矩形脉冲信号。
[0024] 这种通信协议不需要像采用标准RS485通信协议那样，按照串行数据帧格式填写 每帧的1位起始位、8位数据位、1位校验位、1位停止位，编程更简单。
[0025] 而且标准RS485这种通信协议，也就是通常的串口协议，是以计数方式控制信号 传输过程，由于数据帧延迟时间过短以及随时变化的占空比，计数容易有偏差。而脉冲变压 器对脉冲宽度、波形过渡时间以及顶降都有要求，这使得使用通常的串口协议通信时更易 出现传输异常。自定义的通信协议中，信号〇和信号1是具有特定占空比的矩形脉冲信号， 以固定占空比方式控制信号传输过程，不易出错。
[0026] 综上所述，本实用新型有如下优点：
[0027] 1)利用了脉冲变压器的信号传输系统，具有简单实用、无需电源、无需考虑数据流 向、易于理解和便于掌控等特点。
[0028] 2)利用了脉冲变压器的信号传输系统，较好地解决了磁浮列车控制系统间隙和加 速度信号传输时RS485收发器隔离电路设计复杂的技术难题。
[0029] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作 之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体 意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括 那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并 不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0030] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0031] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新 型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定 义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因 此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理 和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1. 信号传输系统，其特征在于，所述系统包括： 悬浮传感器和悬浮控制器； 其中： 所述悬浮传感器中设置有第一 RS485收发器； 所述悬浮控制器中设置有相互连接的第二RS485收发器和脉冲变压器； 所述第一 RS485收发器与所述脉冲变压器相连。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述悬浮传感器中还设置有光耦隔离器， 所述光耦隔离器与第一 RS485收发器相连。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述悬浮传感器和悬浮控制器中均设置 有现场可编程门阵列FPGA ; 其中： 所述悬浮传感器中的FPGA与所述第一 RS485收发器相连； 所述悬浮控制器中的FPGA与所述第二RS485收发器相连。
【文档编号】G05B19/04GK203894562SQ201420167223
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】陈启发, 佟来生, 彭奇彪, 罗京, 姜宏伟, 赖重平, 朱跃欧 申请人:南车株洲电力机车有限公司