一种轨道脉冲自动检测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种轨道脉冲自动检测仪，该检测仪包括脉冲信号检测电路、量程选择电路、脉冲信号调理电路、液晶显示接口电路以及核心处理单元电路，所述量程选择电路分别与脉冲信号检测电路以及脉冲信号调理电路相连，核心处理单元电路分别与脉冲信号调理电路、量程选择电路以及液晶显示接口电路相连，本实用新型通过核心处理单元电路与脉冲信号检测电路、量程选择电路、脉冲信号调理电路紧密配合，可以根据采样结果自动选择量程，并可以实现检测结果的自动计算，不仅简化了检测步骤，提高了检测自动化水平，而且减少了人为误差，提高了检测精度。
【专利说明】一种轨道脉冲自动检测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于铁路自动化信号控制领域，特别涉及一种轨道脉冲自动检测仪。【背景技术】
[0002]轨道电路是用来检查一定区段上是否有列车或者车辆占用的设备，其工作原理是:利用轨枕相对绝缘的两根钢轨传送信号电流，根据其是否被列车轮轴所短路来检测该区段是否被占用。随着直流和交流电气铁路的发展，对轨道电路提出了更高的要求，同时设备的现代化、自动化以及列车速度的提高和牵引重量的增加，都要求安全可靠的轨道电路。所以，轨道电路是列车运行稳定的重要因素。
[0003]目前，电气化铁路中约98%的车站运用25Hz相敏轨道电路系统来检测轨道上有无列车占用，通过轨道电路发送关于轨道是否空闲、是否完整的信息。现有检测轨道电路脉冲信号的装置主要有以下缺点:检测过程繁琐，需要多步人工测量步骤，且需要手工计算结果，自动化程度低，检测精度无法保证。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种轨道脉冲自动检测仪。
[0005]为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:
[0006]一种轨道脉冲自动检测仪，该检测仪包括脉冲信号检测电路、量程选择电路、脉冲信号调理电路、液晶显示接口电路以及核心处理单元电路，所述量程选择电路分别与脉冲信号检测电路以及脉冲信号调理电路相连，核心处理单元电路分别与脉冲信号调理电路、量程选择电路以及液晶显示接口电路相连。
[0007]所述脉冲信号检测电路包括接收探头、第一分压电路和第二分压电路，第一分压电路和第二分压电路并联，接收探头与第一分压电路和第二分压电路的公共端相连，量程选择电路分别与第一分压电路以及第二分压电路相连。
[0008]所述脉冲信号检测电路还包括桥式保护电路以及去耦电容组，第一分压电路的分压输出和第二分压电路的分压输出分别与桥式保护电路的全桥两端对应相连，所述检测仪的电源供电电路输出的±12V电压对应连接全桥的另外两端，且所述全桥的另外两端各自与相应的去耦电容组相连，保证分压输出的极限电压值不会超过土 12V，去耦电容组保证±12V电压避免受到干扰。
[0009]所述量程选择电路包括继电器，继电器分别与核心处理单元电路、脉冲信号检测电路以及脉冲信号调理电路相连。
[0010]所述脉冲信号调理电路包括程控放大电路、电压保护电路以及基准源电路，程控放大电路包括程控仪表放大器，程控仪表放大器分别与电压保护电路、基准源电路、核心处理单元电路以及量程选择电路相连。
[0011]所述核心处理单元电路包括Cortex_M3内核的STM32处理器。
[0012]所述检测仪还包括与核心处理单元电路相连的人机交互电路。[0013]所述检测仪还包括电源供电电路，电源供电电路分别与脉冲信号检测电路、量程选择电路、脉冲信号调理电路、液晶显示接口电路、人机交互电路以及核心处理单元电路相连。
[0014]所述检测仪还包括与液晶显示接口电路相连的液晶显示器。
[0015]本实用新型的有益效果体现在:本实用新型通过核心处理单元电路与脉冲信号检测电路、量程选择电路、脉冲信号调理电路紧密配合，可以根据采样结果自动选择切换量程，并可以实现检测结果的自动计算，不仅简化了检测步骤，提高了检测自动化水平，而且减少了人为误差，提高了检测精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的结构原理框图。
[0017]图2为本实用新型所述脉冲信号检测电路的示意图。
[0018]图3为本实用新型所述脉冲信号调理电路的示意图。
[0019]图4为本实用新型所述量程选择电路的示意图。
[0020]图5为本实用新型所述液晶显不接口电路的不意图。
[0021]图6为本实用新型的外部结构示意图。
[0022]图7为程序流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0024]参见图1，本发明所述轨道脉冲自动检测仪包括脉冲信号检测电路、量程选择电路、脉冲信号调理电路、液晶显示接口电路以及核心处理单元电路，所述量程选择电路分别与脉冲信号检测电路以及脉冲信号调理电路相连，核心处理单元电路分别与脉冲信号调理电路、量程选择电路以及液晶显示接口电路相连。所述检测仪还包括与核心处理单元电路相连的人机交互电路。所述检测仪还包括电源供电电路，电源供电电路分别与脉冲信号检测电路、量程选择电路、脉冲信号调理电路、液晶显示接口电路、人机交互电路以及核心处理单元电路相连。所述检测仪还包括与液晶显示接口电路相连的液晶显示器。核心处理单元电路包括Cortex-M3内核的STM32处理器，其性能更加稳定，功能更为丰富，具有高精度、高速的AD采样能力，具有75M的运行频率，处理速度更快。
[0025]参见图2，所述脉冲信号检测电路总体包括接收探头、第一分压电路、第二分压电路、桥式保护电路以及去耦电容组。具体包括第一探头连接端子J1、第二探头连接端子J2、第一采样电阻R6 (1M欧)、第二采样电阻R9 (12K欧)、第三采样电阻R7 (9M欧)、第四采样电阻RlO (15K欧)、第一电容C5 (10微法)、第二电容C6 (0.1微法)、第三电容C7 (0.1微法)、第四电容Cll (10微法)、第五电容C12 (0.1微法)、第六电容C13 (0.1微法)、型号为1N4148的第一二极管D2、型号为1N4148的第二二极管D3、型号为1N4148的第三二极管D5、型号为1N4148的第四二极管D6、型号为B14的第五二极管Dl以及磁珠L4。
[0026]第一米样电阻R6与第二米样电阻R9串联构成第一分压电路，第三米样电阻R7与第四采样电阻RlO串联构成第二分压电路，第一、二分压电路并联，第一探头连接端子Jl和第二探头连接端子J2 (即接收探头)分别与并联后的第一、二分压电路的公共端对应相连。第一二极管D2、第二二极管D3、第三二极管D5以及第四二极管D6构成桥式保护电路，桥式保护电路分别与第一、二分压电路相连，第一电容C5、第二电容C6以及第三电容C7并联成一个去耦电容组，其公共端中，一端接模拟地，另一端接桥式保护电路以及第五二极管Dl的负极，第五二极管Dl的正极接电源供电电路输出的+12V电压，第四电容C11、第五电容C12以及第六电容C13并联成另一个去耦电容组，其公共端中，一端接模拟地，另一端接桥式保护电路以及电源供电电路输出的-12V电压。磁珠L4 一端接模拟地，另一端与连接第二探头连接端子J2的分压电路公共端相连。
[0027]接收探头与轨道电路输入信号AC+、AC-直接相连接，根据欧姆定律，采集的信号与原始信号一定成比例。本电路采用了两个串联电路分压，可以选择测量量程。脉冲信号检测电路中加了隔离磁珠，将模拟地和数字地隔离。
[0028]脉冲信号检测电路工作原理:由于输入信号电压为几百伏的高压，经过两个电阻分压之后，只需要测量小电压，就可以根据两电阻的阻值比例计算输入信号电压。假设输入信号为U伏的交流电，输入信号接到第一、第二探头连接端子Jl、J2两端，根据分压定律，在点QIAQl处交流电压为=U*R9/ (R6+R9)，在QIA02处交流电压=U*R10/ (R7+R10)。该电路可以将输入信号电压成比例缩小。
[0029]参见图3，所述脉冲信号调理电路总体上包括程控放大电路、电压保护电路以及基准源电路。具体包括型号为AD8253的程控增益的仪表放大器U4、型号为LM358的运算放大器U5A、第一上拉电阻R15 (100K欧)、第二上拉电阻R16 (100K欧)、第一限流电阻R17 (IK欧)、型号为1N60P的第一肖特基二极管D8、型号为1N60P的第二肖特基二极管D9、第七电容C36 (0.1微法)、第八电容C37 (0.1微法)、第九电容C19 (0.1微法)、第十电容C20 (0.1微法)、第三限流电阻R18 (100K)、型号为LM385LP的1.25V基准源U6。
[0030]要调理的原始信号通过QIAO输入程控增益的仪表放大器的引脚10 (同相输入端IN+)，程控增益的仪表放大器的其他引脚连接如下:引脚2接模拟地，引脚3 (电源负极端-VS)接电源供电电路输出的-12V电压，引脚4 (程控端口 A0)接第二上拉电阻R16的一端，第二上拉电阻R16的另一端接电源供电电路输出的3.3V数字电源，引脚5(程控端口 Al)接第一上拉电阻R15的一端,第一上拉电阻R15的另一端接电源供电电路输出的3.3V数字电源，同时，引脚4和5分别与处理器的IO端口相连接，以便通过编程实现程控放大，引脚6 (写数据端电源供电电路输出的-12V电压，引脚7 (输出端OUT)接第一限流电阻R17的一端，第一限流电阻R17的另一端接处理器AD输入通道ADC_PULS、第一肖特基二极管D8的负极以及第二肖特基二极管D9的正极，第二肖特基二极管D9的负极接VCC (模拟电源)，第一肖特基二极管D8的正极接模拟地，引脚8 (电源正极端+VS)接电源供电电路输出的+12V电压，引脚9 (参考电压输入端REF)接基准源电路，引脚I (反相输入端IN-)接模拟地。
[0031]第七电容C36的一端与引脚8 (电源正极端+VS)连接，另一端接模拟地，第八电容C37的一端与引脚3 (电源负极端-VS)以及引脚6 (写数据端_)相连，另一端接模拟地。第九电容C19与第十电容C20并联，并联后的一个公共端接模拟地，另一个公共端VREF接运算放大器U5A的引脚I (输出端)、引脚2 (反相输入端)以及程控增益的仪表放大器的引脚9，运算放大器U5A的引脚3 (同相输入端)接第三限流电阻R18的一端以及基准源U6的引脚2 (正极)，运算放大器U5A的引脚4 (接地端)接模拟地，运算放大器U5A的引脚8 (电源端)接模拟电源。基准源U6的引脚I以及引脚3 (负极和功能极)均接模拟地，第三限流电阻R18的另一端接电源供电电路输出的+12V电压。
[0032]由于轨道电路是交流电，经过采样之后，所得到的信号也是交流信号。交流信号输入程控增益的仪表放大器U4，则输出的信号比之前的信号加1.25V，因为采样得到的交流信号的幅值小于1.25V，所以程控增益的仪表放大器U4输出的信号是大于0V，使得信号调理输出与AD转换电路的电压相匹配，以提高输入电压的测量范围，提高测量电路的电压分辨率。
[0033]参见图4，所述量程选择电路包括型号为AGQ200A4H的继电器JQ1、第二限流电阻R13 (1K欧)以及型号为S9014的三极管Q1。
[0034]三极管Ql的基极接第二限流电阻R13的一端，第二限流电阻R13的另一端接处理器的IO输出口，三极管Ql的发射极接模拟地，三极管Ql的集电极接继电器JQl的引脚I(线圈引脚)，继电器JQl的引脚2以及引脚4 (常开和常闭触点引脚)分别与第一、二分压电路对应相接，继电器JQl的引脚3 (公共端引脚)接程控增益的仪表放大器U4，继电器JQl的引脚5、6、7不连接，继电器JQl的引脚8 (线圈引脚)接电源供电电路输出的5V直流电压端，处理器控制信号由JDQ端口接入。
[0035]工作原理:测量开始时候首先将量程切换到分压比例较大的电阻组上，处理器根据AD采样的电压值判断输出信号的电压值，如果电压值过低则自动将JDQ置为高电平，继电器JQl断开，QIAOl信号与QIAO相连，切换到小量程测量档，如果采样电压值还过小，则调整程控增益的仪表放大器U4的放大 电压倍数，从而增加输入到AD输入端口的电压值；相反，当AD采样的电压饱和时，置JDQ为低电平，QIA02信号与QIAO相连。从而自动改变测量的量程，提高测量精度。量程选择电路用来扩展轨道测量电路的量程，当需要测量的信号电压过大时，根据AD转换的结果自动调整继电器的吸合和断开从而选通倍数相差较大的电阻进行分压；当轨道电路电压小时，选通阻值倍数相差较小的电阻进行分压，以此来提高测量精度。
[0036]参见图5，所述液晶显示接口电路包括，高亮度240*160的液晶屏J6、若干IOK欧上拉电阻 Rl、R14、R2、R30、R43、R46、R47、R48、R49、R50、R51、R52、R53，去耦电容 C45 (0.1微法)的一端接数字地，另一端接电源供电电路输出的3.3V数字电源，复位电阻R28 (100K欧)的一端接电源供电电路输出的3.3V数字电源，另一端接液晶的复位端LCD_RST以及上电复位电容C46 (22微法)的一端，上电复位电容C46的另一端接数字地，LCD_D0、LCD_Dl……LCD_D7为液晶输入信号接口。LCD_RST为复位接口，WRO和WRl控制数据的写入，CD是命令数据选择端口，CSl是片选信号，V_LED+为背光灯正极，采用总线驱动方法驱动液晶显示，使得液晶扫描的速度更快，可以实时动态显示输入的非对称轨道脉冲的波形。
[0037]参见图6以及图7，本实用新型所述检测仪根据输入设定选择功能，可以在25HZ高压测量电路、50HZ高压测量电路或非对称高压脉冲检测电路模式中切换。
[0038]对于任意测量电路模式，先进行AD采样，对采样的信号进行中值滤波，根据输入信号的峰值电压进行量程的自动选择切换，最后使得输入的信号调理在合适的范围内。在进行AD采样和中值滤波后，再采用FIR滤波，去除信号中存在的噪声和干扰。根据两次最大值相差时间就可以算出频率，根据最大值就可以算出最大电压，通过液晶显示器实时动态显示采集到的非对称脉冲的波形形状，或者25/50HZ高压脉冲波形的电压值。[0039]本实用新型的优点为:
[0040]1.直接显示非对称轨道脉冲信号的波形，使得测量更为直观方便，克服了传统测量装置的缺陷。
[0041]3.采用Cortex-M3核心的STM32处理器，性能稳定、处理能力强、实时性能高。
[0042]4.脉冲信号调理电路、脉冲信号检测电路设计思路新颖，稳定可靠。
[0043]5.采用量程选择电路，可以提高测量分辨率、扩展量程、提高测量精度。
[0044]6.整个系统采用电池供电，实现完全的便携式设计，产品重量轻，单人就可以完成测量，提高了测量的效率，节省了轨道测量过程中的人力成本消耗。
【权利要求】
1.一种轨道脉冲自动检测仪，其特征在于:该检测仪包括脉冲信号检测电路、量程选择电路、脉冲信号调理电路、液晶显示接口电路以及核心处理单元电路，所述量程选择电路分别与脉冲信号检测电路以及脉冲信号调理电路相连，核心处理单元电路分别与脉冲信号调理电路、量程选择电路以及液晶显示接口电路相连。
2.根据权利要求1所述一种轨道脉冲自动检测仪，其特征在于:所述脉冲信号检测电路包括接收探头、第一分压电路和第二分压电路，第一分压电路和第二分压电路并联，接收探头与第一分压电路和第二分压电路的公共端相连，量程选择电路分别与第一分压电路以及第二分压电路相连。
3.根据权利要求2所述一种轨道脉冲自动检测仪，其特征在于:所述脉冲信号检测电路还包括桥式保护电路以及去耦电容组，第一分压电路的分压输出和第二分压电路的分压输出分别与桥式保护电路的全桥两端对应相连，所述全桥的另外两端各自与相应的去耦电容组相连。
4.根据权利要求1所述一种轨道脉冲自动检测仪，其特征在于:所述量程选择电路包括继电器，继电器分别与核心处理单元电路、脉冲信号检测电路以及脉冲信号调理电路相连。
5.根据权利要求1所述一种轨道脉冲自动检测仪，其特征在于:所述脉冲信号调理电路包括程控放大电路、电压保护电路以及基准源电路，程控放大电路包括程控仪表放大器，程控仪表放大器分别与电压保护电路、基准源电路、核心处理单元电路以及量程选择电路相连。
6.根据权利要求1所述一种轨道脉冲自动检测仪，其特征在于:所述核心处理单元电路包括Cortex-M3内核的STM32处理器。
7.根据权利要求1所述一种轨道脉冲自动检测仪，其特征在于:所述检测仪还包括与核心处理单元电路相连的人机交互电路。
8.根据权利要求7所述一种轨道脉冲自动检测仪，其特征在于:所述检测仪还包括电源供电电路，电源供电电路分别与脉冲信号检测电路、量程选择电路、脉冲信号调理电路、液晶显示接口电路、人机交互电路以及核心处理单元电路相连。
9.根据权利要求1所述一种轨道脉冲自动检测仪，其特征在于:所述检测仪还包括与液晶显示接口电路相连的液晶显示器。
【文档编号】B61L1/18GK203580997SQ201320740169
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】王会峰, 柴彩萍, 何运来, 王晓艳, 关丽敏 申请人:长安大学