专利名称：一种电动轮汽车微机控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动轮汽车，特别是关于一种电动轮汽车微机控制系统。
背景技术：
目前国内十几家使用电动轮汽车的单位主要分布在冶金、煤炭等行业和大型水 利工程，载重量主要是百吨左右，为了追求生产效率，用户偏爱使用载重量较大的 电动轮汽车。近年来随着矿山开采规模的增加和重大水利工程的施工，大吨位电动 轮汽车的需求比例不断增加。电动轮汽车主要依赖进口，随着汽车使用年限的增加， 设备状况逐渐老化，其控制板的性能有所下降，造成汽车故障率增高；另外控制板 的价格高、采购周期长且修复难度大，尤其是最核心的中央处理器板，其结构复杂， 价格昂贵，国内根本无法修复，运行成本高，直接制约着汽车的作业率，因此电动 轮汽车国产化迫在眉睫。
截止到目前为止，国内只有一个生产电动轮汽车的厂家，虽然取得了一定的成 绩，但是其产量和吨位都比较小，而且电动轮汽车电气系统的核心部分——微机控 制系统主要还是依赖进口。国内还有一家股份公司目前正在筹备研制电动轮汽车。 国内某铁矿在2005年成功研制了 154吨电动轮汽车的微机控制系统，但是由于是 在其引进的154吨电动轮汽车微机控制系统基础上研发的，只适用于154吨电动轮 汽车这种车型，而不适合更大吨位的电动轮汽车。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单、性能高、易于修复、 成本低并且适合大吨位的电动轮汽车的控制系统。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案 一种电动轮汽车微机控制系 统，其特征在于包括 一微机控制装置和一触摸显示设备；所述微机控制装置包括 一底板和与其相连的多块插件板；所述插件板包括多块AD板、 一控制板、多块 DA板、 一频率量板、多块数字量输入板、多块数字量输出板和一电源板；其中， 所述控制板包括一数字信号处理器、 一可编程逻辑器件、多个AD转换器、至少一 个存储器、 一通信接口；所述AD板连接所述控制板的AD转换器，用于采集、调 理电动轮汽车的模拟信号，并转化为数字信号；所述AD转换器、频率量板和数字 量输入板采集的各信号通过所述可编程逻辑器件输送给所述数字信号处理器进行 运算处理，处理的结果通过所述通信接口发送至所述触摸显示设备进行显示，同时相应地输送给所述数字量输出板和所述DA板，以控制电动轮汽车。
所述数字信号处理器包括一主循环模块和一主定时器中断模块；所述主循环模 块与一 EEPROM控制子模块、 一串行通信子模块和一累积量计算子模块连接；其 中，所述EEPROM控制子模块用于所述数字信号处理器读取或存储电动轮汽车参 数信息；所述串行通信子模块用于所述数字信号处理器将电动轮汽车的当前参数信 息发送给所述触摸显示设备进行显示；所述累积量计算子模块用于所述数字信号处 理器间隔计算电动轮汽车的累积量；所述主定时器中断模块与一 AD子模块、一 I/O 子模块、 一频率量采集子模块、 一数据计算子模块、 一逻辑控制子模块、一DA子 模块、 一牵引控制子模块、 一制动控制子模块和一故障检测与处理子模块连接；所 述AD子模块用于所述AD板和AD转换器采集电动轮汽车的模拟量，并转化为数 字信号；所述I/O子模块和频率量采集子模块分别用于所述数字量输入板和频率量 板对应采集电动轮汽车的数字量和转速量；所述数据计算子模块用于所述数字信号 处理器计算所述数字信号和转速量；所述逻辑控制子模块用于所述数字信号处理器
根据所述数字量逻辑计算输出的数字量和汽车工况；所述牵引和制动控制子模块用 于所述数字信号处理器将计算出的所述数字量PI运算；所述DA子模块用于所述数 字信号处理器通过所述DA板将所述PI运算的结果转化为模拟控制信号，输送给电 动轮汽车；所述故障检测与处理子模块用于所述数字信号处理器及时判断电动轮汽 车故障。 .
所述控制板中的通信接口采用一 RS85通信接口 ，所述控制板还包括一 RS232 通信接口。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、由于本实用新型的 微机控制装置采用插件结构，便于故障排除和检修，更换单板，不必更换整套微机 控制装置，大大降低维修成本。2、由于本实用新型采用控制领域先进的处理器和 可靠的控制算法，使得系统控制精度高，同时由于处理器的运算速度快，内存的空 间大，为将来的功能扩展提供了硬件基础。3、由于本实用新型采用的可编程逻辑 器件进行外部电路设计，可编程逻辑器件将许多逻辑及时序功能集于一身，大大简 化了数字信号处理器的外围电路设计，其ISP功能提高了设计的灵活性，扩大了控 制系统的应用领域。4、由于本实用新型的EEPROM存储器采用的是铁电存储器， 因此，本实用新型可以通过铁电存储器实现连续写入并且写入后可以马上读取数 据，不同于一般EEPROM存储器需要写入等待周期，掉电情况下保证大于IO年的 数据保持时间，并且操作方便。5、由于本实用新型首次将彩色液晶触摸显示屏用 于电动轮汽车，显示汽车运行参数、累积量和故障信息，可随时对各项数据进行实时监控，便于驾驶员及时掌握设备运行情况，并可通过触摸屏进行基本的文件操作， 并且，具有方便快捷的故障排除手段，维修人员通过显示屏査看汽车历史故障记录 和故障发生时记录的汽车运行参数，可以快捷判断故障，方便设备检修。同时还便 于技术人员对故障进行统计分析，及时改进、提升汽车质量。
图1是本实用新型的结构示意图
图2是本实用新型的控制板电路示意图 图3是本实用新型数字信号处理器中主循环模块的结构框图 图4是本实用新型数字信号处理器中主定时器中断模块的结构框图 图5是本实用新型的主循环模块工作流程图 图6是本实用新型的主定时器中断模块工作流程图具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细地说明。
如图1所示，本实用新型包括一微机控制装置1和一触摸显示设备2。其中， 微机控制装置1内设置有一底板3和多块插件板，微机控制装置1采用标准3U机 箱模式。底板3是一块具有多个插槽的电路板，各插件板通过插槽与底板3连接并 输送相应的信号。插设在底板3上的各插件板包括两AD板4， 一控制板5、 一 DA板6、 一频率量板7、三数字量输入板8、三数字量输出板9和一电源板10。
AD板4连接控制板5，其将通过传感器采集的电动轮汽车的数据转换为数字 信号后输送给控制板5，控制板5将输入的信号进行运算处理，再将根据处理结果 得出的控制指令输送给DA板6。 DA板6是一 DA转换电路，其将控制板5输送的 数字信号转化为模拟信号，并输送给电动轮汽车上的发电机单相半控整流桥触发板 和磁场削弱触发板，从而控制发电机励磁单相半控整流桥晶闸管和磁场削弱处晶闸 管的触发角度。频率量板7是一采集电动轮汽车的柴油机和两牵引电机的转速频率 量的外围电路，其将采集的信号输送给控制板5进行数据处理，处理的结果通过控 制板5发送至触摸显示设备2进行显示。数字量输入板8是一采集电动轮汽车的数 字量的外围电路，其将采集的数字量输送给数字信号处理器11进行数据处理。数 字量输出板9用于隔离和放大数字量输出信号，从而驱动电动轮汽车上的负载，即 接触器、继电器、指示灯和报警蜂鸣器。电源板10是一电压转换电路，为控制系 统提供所需电源，电源板10采用隔离电源模块。
如图2所示，上述实施例中，控制板5包括一数字信号处理器(digital signal processor, DSP) 11，数字信号处理器11采用TI公司的32位高性能数字信号处理器TMS320F2812。数字信号处理器11连接一可编程逻辑器件(Complex Programable Logic Device, CPLD) 12、三AD转换器13、 一 RS485通信接口 14、 一 RS232通 信接口 15、 一RAM存储器16和一个EPROM存储器17。其中，可编程逻辑器件 12与频率量板7和数字量输入板8连接，将频率量板7、数字量输入板8输入的数 据输送给数字信号处理器11进行运算处理，可编程逻辑器件12主要完成频率量板 7对电动轮汽车频率量的采集、三数字量输入板8对开关量的采集、数字量输出板 9对开关量的输出及外部设备片选逻辑产生，可编程逻辑器件12还具有在系统可编 程(In-SystemProgramming, ISP)功能，通过该功能可以在电路板上的空白器件写 入最终的用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已编程的器件也可以用在系统 可编程方式擦除或编程。三AD转换器13连接二 AD板4，将AD板4采集的信号 转换成数字信号也输送给数字信号处理器11进行运算处理。数字信号处理器11将 处理的结果通过RS485通信接口 14发送至触摸显示设备2进行显示，同时对应输 送给数字量输出板9和DA板6进行输出，从而控制电动轮汽车。RS485通信接口 14用于微机控制装置1与触摸显示设备2之间的数据传输，RS232通信接口 15用 于扩展功能。RAM存储器16用于存储程序运行中产生的过程数据。本实施例中， RAM存储器16采用的是256Kxl6位、高速静态的、并由3.3V电源供电的芯片。 EEPROM存储器17用于存储电动轮汽车的故障履历、故障发生次数和累积量。累 积量包括柴油机运行总时间，柴油机本月运行总时间，柴油机当日运行时间，汽 车运行总里程，汽车本月运行总里程，汽车本次运行总里程。本实施例中，EEPROM 存储器17采用铁电存储器，也可以采用其它存储器，在此不限。
如图l、图2所示，上述实施例中，电源板10是一电压转换电路，为控制系统 提供所需电源，本实施例中电源板IO采用隔离电源模块。
上述实施例中，数字信号处理器11的内部程序存储器中，设置有主循环模块 18和主定时器中断模块19。如图3所示，主循环模块18可以分时调用EEPROM 控制子模块20、串行通信子模块21和累积量计算子模块22。如图4所示，主定时 器中断模块19可以分时调用AD子模块23、 DA子模块24、 I/O子模块25、频率 量采集子模块26、数据计算子模块27、逻辑控制子模块28、牵引控制子模块329、 制动控制子模块30和故障检测与处理子模块31。
如图5所示，主循环模块18调用各子模块的步骤如下
1) 系统初始化系统接通电源后，首先进行内部及外部端口初始化。
2) 参数读写与存储主循环模块18调用EEPROM控制子模块20时，数字信 号处理器11控制EEPROM存储器15对电动轮汽车的参数进行读取或存储。若当前电动轮汽车发生故障，EEPROM存储器15保存此刻电动轮汽车相关参数信息。
3) 调用串行通信子程序主循环模块18调用串行通信子模块20时，数字信 号处理器11通过RS485接口 15将汽车的当前参数信息发送给触摸显示设备2进行 显示，用户可以通过触摸显示设备2观察到电动轮汽车的当前参数信息。
4) 整车累计参数计算主循环模块18调用累积量计算子模块22时，数字信 号处理器ll每隔ls计算一次电动轮汽车的累积量，比如柴油机运行总时间、本月 运行总时间、当日运行总时间、电动轮汽车运行总里程，本月运行总里程，本次运 行总里程。
主循环模块18在工作过程中，若没有定时器中断产生时，主循环模块18就继 续循环执行以上工作。反之，则主定时器中断模块19根据定时时间分时调用AD 子模块23、 DA子模块24、 1/0子模块25、频率量采集子模块26、数据计算子模块 27、逻辑控制子模块28、牵引控制子模块29、制动控制子模块30和故障检测与处 理子模块31，主定时器中断模块19工作完毕后，若没有定时器中断发生，则主定 时器中断模块19退出，主循环模块18继续循环执行其相应工作。
如图6所示，主定时器中断模块19调用各子模块的步骤如下
1) 数据采集主定时器中断模块19分时调用AD子模块23、 I/O子模块25 和频率量采集子模块26时，AD板4和AD转换器13将模拟信号转换为数字信号， 数字量输入板8采集电动轮汽车的数字量，频率量板7采集电动轮汽车柴油机和牵 引电机l、 2的转速量。
2) 数据计算主定时器中断模块19调用数据计算子模块27时，数字信号处 理器11将AD板4和AD转换器13采集并转化后的模拟量和频率量板7采集到的 电动轮汽车柴油机和两牵引电机的转速量进行计算。
3) 逻辑运算主定时器中断模块19调用逻辑控制子模块28时，数字信号处 理器11根据数字量输入板8采集到的数字量进行逻辑计算，并计算出当前电动轮 汽车的工况及其所需输出的数字量。
4) 牵引制动控制主定时器中断模块19先调用牵引控制子模块29和制动控 制子模块30，数字信号处理器11根据步骤2)和3)中计算出的结果再进行PI运 算；然后主定时器中断模块19调用DA子模块24， DA板6将数字信号处理器11 输送的PI运算的结果转化为模拟控制信号输出给电动轮汽车，即数字信号处理器 11通过DA板6输出的控制信号调节电动轮汽车上的发电机励磁电流或弱磁电流， 分别实现对电动轮汽车的牵引或电制动控制。
5) 故障诊断主定时器中断模块19调用故障检测与处理子模块31，数字信号
8处理器11及时判断电动轮汽车故障，若发现故障严重，则控制电动轮汽车自动停 车。
上述实施例中，触摸显示设备2与微机控制装置1之间通过RS485接口 15进 行通信。用户可以通过触摸显示设备2上的触摸键，了解电动轮汽车工况，车速， 柴油机转速、水温，两牵引电机的转速和电压，故障信息，两制动电阻的电压和电 流，两整流器的电压，牵引电流，制动电流，制动励磁电流，接触器状态，两分流 器电流，发电机励磁电流，发电机功率，机油压力，举升压力，转向压力，柴油机 运行总时间，柴油机本月运行总时间，柴油机当日运行总时间，车辆运行总里程， 车辆本月运行总里程，车辆本次运行总里程。同时，还可以用触摸键修改汽车控制 参数及查看电动轮汽车的历史故障记录和故障发生时的汽车参数，便于故障排除和 故障统计分析。本实施例中，触摸显示设备2采用的是IO寸彩色液晶触摸显示屏。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不仅限于上述实施方 式，凡依据本实用新型说明书、权利要求书及附图所作的等效结构变换，均应包含 在本实用新型的专利保护范围内。
权利要求1、一种电动轮汽车微机控制系统，其特征在于包括一微机控制装置和一触摸显示设备；所述微机控制装置包括一底板和与其相连的多块插件板；所述插件板包括多块AD板、一控制板、多块DA板、一频率量板、多块数字量输入板、多块数字量输出板和一电源板；其中，所述控制板包括一数字信号处理器、一可编程逻辑器件、多个AD转换器、至少一个存储器、一通信接口；所述AD板连接所述控制板的AD转换器，用于采集、调理电动轮汽车的模拟信号，并转化为数字信号；所述AD转换器、频率量板和数字量输入板采集的各信号通过所述可编程逻辑器件输送给所述数字信号处理器进行运算处理，处理的结果通过所述通信接口发送至所述触摸显示设备进行显示，同时相应地输送给所述数字量输出板和所述DA板，以控制电动轮汽车。
2、 如权利要求1所述一种电动轮汽车微机控制系统，其特征在于所述数字 信号处理器包括一主循环模块和一主定时器中断模块；所述主循环模块与一 EEPROM控制子模块、 一串行通信子模块和一累积量计 算子模块连接；其中，所述EEPROM控制子模块用于所述数字信号处理器读取或 存储电动轮汽车参数信息；所述串行通信子模块用于所述数字信号处理器将电动轮 汽车的当前参数信息发送给所述触摸显示设备进行显示；所述累积量计算子模块用 于所述数字信号处理器间隔计算电动轮汽车的累积量；所述主定时器中断模块与一AD子模块、一I/0子模块、 一频率量采集子模块、 一数据计算子模块、 一逻辑控制子模块、一DA子模块、 一牵引控制子模块、 一制 动控制子模块和一故障检测与处理子模块连接；所述AD子模块用于所述AD板和 AD转换器采集电动轮汽车的模拟量，并转化为数字信号；所述I/0子模块和频率 量采集子模块分别用于所述数字量输入板和频率量板对应采集电动轮汽车的数字 量和转速量；所述数据计算子模块用于所述数字信号处理器计算所述数字信号和转 速量;所述逻辑控制子模块用于所述数字信号处理器根据所述数字量逻辑计算输出 的数字量和汽车工况；所述牵引和制动控制子模块用于所述数字信号处理器将计算 出的所述数字量PI运算；所述DA子模块用于所述数字信号处理器通过所述DA板将所述PI运算的结果转化为模拟控制信号，输送给电动轮汽车；所述故障检测与处 理子模块用于所述数字信号处理器及时判断电动轮汽车故障。
3、如权利要求1或2所述一种电动轮汽车微机控制系统，其特征在于所述控制板中的通信接口采用一 RS85通信接口 ，所述控制板还包括一 RS232通信接口 。
专利摘要本实用新型涉及一种电动轮汽车微机控制系统，其包括一微机控制装置和一触摸显示设备；微机控制装置包括一底板和与其相连的多块插件板；插件板包括多块AD板、一控制板、多块DA板、一频率量板、多块数字量输入板、多块数字量输出板和一电源板；控制板包括一数字信号处理器、一可编程逻辑器件、多个AD转换器、至少一个存储器、一通信接口；AD板连接控制板的AD转换器；AD转换器、频率量板和数字量输入板采集的各信号通过可编程逻辑器件输送给数字信号处理器进行运算处理，处理的结果通过通信接口发送至触摸显示设备进行显示，同时相应地输送给数字量输出板和DA板，以控制电动轮汽车。本实用新型提高了机车的使用性能，降低了生产成本，具有结构简单、修复简便的优点。
文档编号B60L15/00GK201309427SQ20082012377
公开日2009年9月16日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者刘京斗, 伟 李, 李晓群, 李祥丽, 王文胜 申请人:北京东风机车电器厂