一种汽车列车的轮速测量和传输系统的制作方法

本实用新型涉及汽车列车制动系统，尤其是一种汽车列车的轮速测量和传输系统。

背景技术：

汽车列车的轮速采集是整个轮速采集和传输系统的重要部分，采集装置将车轮的转速转变为脉冲信号输出，单片机通过对输出的脉冲信号进行采集计算从而得到轮速。目前汽车列车的轮速测量主要通过磁电式传感器。磁电式传感器通常固定在车轮上，由于汽车列车在行进程中震动的因素使与车轮一同转动的磁电式传感器的齿圈与磁线圈之间的间隙不断变化，极大的影响了测量精度。当车轮的转速不同时采用相同的处理方法会产生很大的测量误差，因此需要根据轮速的不同进行测量方法的改变。并且对数据仅能进行有线的传输会因为数据线的磨损而造成数据的丢失。

技术实现要素：

实用新型目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型旨在提供一种汽车列车的轮速测量和传输系统。

技术方案：一种汽车列车的轮速测量和传输系统，包括：

光电编码器，用于将车轮的转速以轮速脉冲信号的形式输出至单片机；

单片机，用于对光电编码器输出的轮速脉冲信号进行实时采集和解算；

无线通讯模块，用于通过无线方式将单片机采集和解算的轮速值传输至上位机；

CAN总线接口，用于通过物理线路将单片机采集和解算的轮速值传输至上位机。

进一步的，所述光电编码器连接有一个用于采集轮速的传感器。

进一步的，所述光电编码器选用1024线编码器。

进一步的，所述光电编码器与单片机之间还连接有信号调理电路，用于将光电编码器输出的脉冲波形进行整形，包括电容、发光二极管和施密特触发器。

进一步的，所述发光二极管为1N4148二极管，所述施密特触发器为74LS14。

进一步的，所述无线通讯模块为ZIGBEE无线通讯模块。

进一步的，所述ZIGBEE无线通讯模块采用SZ05-STD芯片。

进一步的，所述无线通讯模块包括RS232串口。

进一步的，所述单片机为C8051F040。

有益效果：本实用新型包括轮速的采集和处理，并具有CAN总线和无线两种传输方式，为汽车列车的制动协调性提供检测依据，不仅可以精确测量轮速，还能同步的将轮速传送到上位机，方便、实用，且有较强的抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是相对式光电编码器输出波形图；

图3是信号调理电路的结构图；

图4是无线通信模块的结构图；

图5是CAN总线接口电路图的结构图；

图6(a)、图6(b)是电源电路图的结构图；

图7是主程序流程图。

具体实施方式

下面通过一个最佳实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种汽车列车的轮速测量和传输系统，包括光电编码器、单片机、无线通讯模块和CAN总线接口，光电编码器用于将车轮的转速以轮速脉冲信号的形式输出至单片机；单片机用于对光电编码器输出的轮速脉冲信号进行实时采集和解算，单片机为C8051F040；无线通讯模块用于通过无线方式将单片机采集和解算的轮速值传输至上位机；CAN总线接口用于通过物理线路将单片机采集和解算的轮速值传输至上位机。

图2是相对式光电编码器的波形输出，由三相构成：转动时输出相差90°的两相正交信号A相、B相，编码器每旋转一周时输出的波形Z相。A相和B相的信号频率正比于车轮的轮速，测得其信号频率通过转换即可知车轮转速。为了精确测量轮速，本系统选用分辨率较高的1024线编码器，既车轮每旋转一周，A相和B相输出1024个方波，可以推出车轮轮速与A相和B相信号频率的关系常用的轮速采集方法有2种：测频法和测周期法，测频法是通过测量给定时间内的轮速脉冲信号的个数来计算轮速，其计算公式为：

上式中R为车轮半径，n为脉冲个数，△t为测量时间间隔。

测周期法是通过测量编码器一个脉冲长度取得轮速的方法，其计算公式为

上式中R为车轮半径，t为计数器时基，m为时基个数。

对于两种测量方法当车轮的转速较快时采用采用测频法得到的测量数据较为精确，当车轮的转速较低时采用测周期法的到的轮速值较为精确。因此轮速采集模块工作时两种测量方法应联合使用保证结果的准确性。

图3中，光电编码器连接有一个用于采集轮速的传感器，即为轮速采集模块，汽车列车在进行测速过程中，轮速采集模块随车轮一起高速转动，并且由于温度、震动的原因输出波形发生抖动和畸变。因此设计信号调理电路对波形进行整形。信号调理电路由电容、1N4148二极管和74LS14(施密特触发器)组成。1N4148二极管与电容并联，1N4148二极管起到稳压的作用，电容使稳压效果更加平滑。输出方波信号两次通过74LS14对信号进行整形去除方波边缘的毛刺畸变和方波的抖动，使方波信号更光滑。两次通过反向器使得经过整形电路输出的信号与原来相位同。由Y6输出的信号经过发光二极管与地相接，使得当有信号输出时发光二极管点亮起到提示作用。

图4中，无线通讯模块为ZIGBEE无线通讯模块，采用顺舟科技的SZ05-STD作为无线通信芯片，本领域技术人员也可根据需要选用其他无线通讯模块，图中电路主要是为SZ05-STD设计相应的外围电路，包括电源电路、指示灯以及与C8051F040通信用的RS232串口，指示灯在数据进行传输时点亮。单片机中经过解算的数据通过P0.1口送入SZ05-STD的TX1进行传送，SZ05-STD接收到的数据通过TX2传送到单片机的P0.1口。D8LED亮时表示无线通信模块运行正常，D9LED亮时表示模块网络正常，D10LED亮时表示传输模块出现问题。

图5中，本实用型为了方便将来系统功能的扩展和版本升级，设计了CAN总线接口。CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线通过CAN收发器接口芯片的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，CAN总线收发器采用SN65HVD230芯片。SN65HVD230芯片有三种工作方式，当VRs≥0.75Vcc时处于等待模式，VRs≤1V时处于高速模式，当外接电阻在10kΩ到 100kΩ时处于斜率控制模式。可以通过有单片机P4.2输出的信号以及外加电阻来调节VRS的电压使之工作在不同的模式。

图6(a)、图6(b)是本实用新型系统的电源部分原理图，图6(a)中+5V电压由外部的蓄电池供应，蓄电池的正极接到U1可输出+5V的电压为无线发射模块和信号调理电路供电。图6(b)中由图6(a)输出的+5V电压作为输入输出+3.3V的电压为C8051F040型单片机供电。图6(a)中的Header2中的+9V用于光电耦合器的供电。因为光耦电路的电源必须隔离，虽然增加了接口电路的复杂性，但却提高了节点的稳定性和安全性。

图7中，为本系统的程序流程图，采用C语言开发，该程序不属于本实用新型的保护范围，本领域技术人员可根据本实用新型所实现的功能自行开发程序，本实施例中的程序功能包括两部分：一部分是轮速信号的采集和存储，另一方面是将存储的轮速信号通过无线方式发送到主机。主程序首先完成串口、中断等的初始化，接着根据接收的标志位flag判断开始采集还是停止采集。如果是开始采集信号，则开定时器，PCA中断，开始采集轮速数据，并且根据轮速的大小选择测频法或侧周期法进行轮速采集，将采集好的轮速值进行储存；如果是停止采集信号，则关定时器，PCA中断，停止轮速数据采集，然后判断是否收到发送标志位，如果收到发送标志位，就将存储的数据读出来，通过无线的方式发送到主控机，如果没有收到发送标志位，则程序停止。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。