一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法与流程

本发明涉及车轮传感器信号处理技术领域。

背景技术：

目前车轮传感器信号处理装置在运用过程中，车轮传感器智能处理装置同时处理4路或8路磁钢输入信号，并按照选定的工作模式输出脉冲信号给后级设备。后级设备收到的脉冲信号会偶发计轴数据不一致现象，但是无法确定是磁钢的输入信号还是车轮传感器智能处理装置的输出脉冲信号出现问题。

而目前车轮传感器智能处理装置只是将各自的输入信号按照选定的工作模式产生输出信号。上述方式有以下缺陷：1)不记录磁钢输入信号和车轮传感器智能处理装置的输出脉冲信号，当出现计轴数据不一致时，无法分析系统故障原因位置；2)发生故障后，每次都需要人员现场分析并查找设备故障点，浪费时间、工作效率低。3)设备不具有实时检测及历史数据回放功能。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决现有车轮传感器信号处理装置无法分析系统故障位置，需要工作人员现场排查的问题，提出了一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法。

本发明所述一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法，该方法基于车轮传感器信号处理装置实现，该装置包括隔离电路1、信号调理电路一2、采样电路3、a组脉冲生成电路4、输出单元7、记录传输单元8、信号调理电路二9和处理器10；

隔离电路1串联在4个车轮传感器信号输出端与信号调理电路一2信号输入端和信号调理电路二9的信号输入端之间；用于进行电气隔离；所述4个车轮传感器分为两组，所述两组中的两个传感器之间的距离相等；

信号调理电路一2用于对隔离电路1输出的信号进行调幅，并将调幅后的信号输出至采样电路3；

信号调理电路二9用于对隔离电路1输出的信号进行调幅，并将调幅后的信号输出至记录传输单元8；

采样电路3用于对经过调幅后的信号进行模数转换，获得数字信号并将获得的数字信号输出至a组脉冲生成电路4；

a组脉冲生成电路4用于根据接收的数字信号生成方波信号，并对生成的方波信号进行电平转换后经输出单元7输出至记录传输单元8；

记录传输单元8用于对信号调理电路二9调幅后的模拟信号和a组脉冲生成电路4生成的方波信号进行存储、显示和传输；

输出单元7用于将接收的a组脉冲生成电路4生成的方波信号输出至处理器10；

处理器10用于接收输出单元7输出方波信号，并判断接收的方波信号是否存在错误，若存在错误，读取记录传输单元8内的信息；根据记录传输单元8内的信息进行故障位置确定；

该方法的具体步骤为：

步骤一、处理器10对机车通过时间段内输出单元7的4路信号输出端输出的方波个数分别进行累计，并对比4路信号输出端累计输出的方波的个数，若4路信号输出端累计输出的方波个数不同，则进行报警，并执行步骤三，否则执行步骤二；

步骤二、处理器10将机车通过两组传感器过程中，位于同一组的两个传感器采集到同一车轮通过信号的时刻做差，获得两组差值，再将两组差值对应做差，并取绝对值，获得n个数值，当所述n个数值中任意一个数值大于m时，进行报警；执行步骤三，当所述n个数值均小于阈值m时，返回执行步骤一；其中，m为时间；m不大于0.1秒；n为一辆机车的车轴个数；

步骤三、根据报警信号发出的时刻，搜索记录传输单元8内存储的数据，并通过数据对比判断故障位置，实现对故障位置的确定。

本发明采用对磁钢信号和数字脉冲信号进行记录，并检测机车是否存在故障，当后级的处理器发现对比信号故障时，后级的处理器通过无线网络对故障进行报警，并将故障时间发送至用户的通信设备，只需要在上位机或者云端进行数据查询进行对比，即可确定故障位置，无需专业人员到现场对设备进行逐一排查，这样既节省了时间，同时减少了人力成本，有效的实现对故障进行报警，并对故障位置进行分析确定。节约了故障排查的时间，加快了工作效率。

附图说明

图1是本发明所述方法的流程图；

图2是本发明所述车轮传感器信号处理装置的电气原理框图；

图3是隔离电路1的电路图；

图4是信号调理电路一2的电路图；

图5是采样电路3的电路图；

图6是输出单元7的电路图；

图7为stm32芯片的引脚示意图；

图8为芯片ch395q与stm32芯片的连接示意图；

图9为芯片sram与stm32芯片的连接示意图；

图10为芯片ds12cr887与stm32芯片的连接示意图；

图11为芯片arm_jtag与stm32芯片的连接示意图；

图12为sd卡与stm32芯片的连接示意图；

图13为芯片sn74alvc164245与stm32芯片的连接示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法，该方法基于车轮传感器信号处理装置实现，该装置包括隔离电路1、信号调理电路一2、采样电路3、a组脉冲生成电路4、输出单元7、记录传输单元8、信号调理电路二9和处理器10；

隔离电路1串联在4个车轮传感器信号输出端与信号调理电路一2信号输入端和信号调理电路二9的信号输入端之间；用于进行电气隔离；所述4个车轮传感器分为两组，所述两组中的两个传感器之间的距离相等；

信号调理电路一2用于对隔离电路1输出的信号进行调幅，并将调幅后的信号输出至采样电路3；

信号调理电路二9用于对隔离电路1输出的信号进行调幅，并将调幅后的信号输出至记录传输单元8；

采样电路3用于对经过调幅后的信号进行模数转换，获得数字信号并将获得的数字信号输出至a组脉冲生成电路4；

a组脉冲生成电路4用于根据接收的数字信号生成方波信号，并对生成的方波信号进行电平转换后经输出单元7输出至记录传输单元8；

记录传输单元8用于对信号调理电路二9调幅后的模拟信号和a组脉冲生成电路4生成的方波信号进行存储、显示和传输；

输出单元7用于将接收的a组脉冲生成电路4生成的方波信号输出至处理器10；

处理器10用于接收输出单元7输出方波信号，并判断接收的方波信号是否存在错误，若存在错误，读取记录传输单元8内的信息；根据记录传输单元8内的信息进行故障位置确定；

该方法的具体步骤为：

步骤一、处理器10对机车通过时间段内输出单元7的4路信号输出端输出的方波个数分别进行累计，并对比4路信号输出端累计输出的方波的个数，若4路信号输出端累计输出的方波个数不同，则进行报警，并执行步骤三，否则执行步骤二；

步骤二、处理器10将机车通过两组传感器过程中，位于同一组的两个传感器采集到同一车轮通过信号的时刻做差，获得两组差值，再将两组差值对应做差，并取绝对值，获得n个数值，当所述n个数值中任意一个数值大于m时，进行报警；执行步骤三，当所述n个数值均小于阈值m时，返回执行步骤一；其中，m为时间；m不大于0.1秒；n为一辆机车的车轴个数；

步骤三、根据报警信号发出的时刻，搜索记录传输单元8内存储的数据，并通过数据对比判断故障位置，实现对故障位置的确定。

本实施方式所述的故障位置确定方法实现了对车轮传感器以及检测装置故障进行一一排查，实现无需人工现场排查作业，通过数据即可实现对故障位置进行确定，有效的提高了故障排查的工作效率，且该方式安全可靠。

本实施方式所述的装置用于对4个车轮传感器采集的信号进行处理，所述4个车轮传感器分为两组，两组的两个传感器之间的距离相等，传感器采集到机车通过，获得模拟信号，所述模拟信号经调理、转换和方波生成后经输出单元向处理器和记录传输单元输出方波信号，所述处理器和记录传输单元获得方波的时刻即为车轮传感器采集到车轮经过的时刻，因此，处理器将每组的两个信号输出端获得方波信号的时刻做差，再将两组差值再次做差，并取绝对值，将绝对值信号与阈值m进行对比，当大于m时，说明处理装置或车轮传感器故障，也可以在机车通过两组车轮传感器的某一时间段内两组车轮传感器采集的信号的时刻做差，获得两组差值信号，所述两组差值信号一一对应做差，并取绝对值，获得多个数值，判断多个数值是否大于m，若是大于m进行报警。

本实施方式所述的车轮传感器的输入信号经过隔离电路之后分成两路；一路送给信号调理电路一，信号调理电路一将双极性的交流信号变为正极性信号，然后经过adc芯片变为12位的数字信号传送给fpga处理，fpga输出方波信号，所述方波信号的过零位置与车轮传感器的输入信号过零点位置相同，然后将方波信号发送给记录单元和pc；另一路送给信号调理电路二，信号调理电路二将双极性的交流信号变为正极性信号，然后经过stm32转换为数字信号，stm32也采集输出的脉冲信号，使stm32按照时间顺序将车轮传感器的输入信号与fpga输出的脉冲信号存入sd卡中，并将存储的数据通过网口发送给pc。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一所述的一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法作进一步说明，步骤四所述的实现对故障位置的确定的具体方法为：

步骤三一、在记录传输单元8内存储的数据中搜索无机车通过时刻车轮传感器输出的信号，若无机车通过时刻车轮传感器输出信号的幅值大于b，则车轮传感器故障，否则，执行步骤三二；其中，b为0.6v；

当故障确定时，首先确定车轮传感器是否存在故障，因此，观察无机车通过时，车轮传感器输出的信号；根据机车通过时间查找机车通过时刻的信号；

步骤三二、在记录传输单元8内存储的数据中搜索报警时刻相邻两路车轮传感器输出信号的幅值和频率，并对搜索的相邻两路车轮传感器输出信号的幅值和频率分别进行对比，若幅值和频率均相同时，执行步骤三三，若幅值或频率任意一项不同时，则确定故障位置为车轮传感器；

该步骤中，在记录传输单元8内存储的数据中搜索报警时刻相邻两路车轮传感器输出信号的幅值和频率，当相邻两路车轮传感器输出信号的幅值不同或相邻两路车轮传感器输出信号的频率不同时，或幅值和频率均不相同时，均说明故障位置为车轮传感器。

步骤三三、根据故障报警时刻输出单元的输出模式，在记录传输单元8内存储的数据中查找故障报警时刻a组脉冲生成电路4生成的方波信号和车轮传感器输出的模拟信号，进行故障位置确定：

当故障报警时刻输出单元7的输出模式为单极性输出时，判断方波信号上升沿的时刻与车轮传感器输出的模拟信号交变沿的时刻是否相同，若不同，则故障位置为a组脉冲生成电路；

当故障报警时刻输出单元7的输出模式为双极性输出时，判断a组脉冲生成电路生成的方波信号交变沿的时刻与车轮传感器输出的模拟信号交变沿的时刻是否相同，若不同，则故障位置为a组脉冲生成电路。

本实施方式所述的故障位置确定方式简单易行，根据异常数据位置和数据对比的方式，实现故障位置的确定，有效的加快了故障报警与故障维修的效率。本实施方式是在接手到报警信号后开始执行的，在对机车通过时间段的确定也可以根据接收到报警信号的时刻进行确定。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法作进一步说明，本实施方式中，该方法还包括一个故障位置判断的步骤：当车轮传感器输出的信号为0时，a组脉冲生成电路4输出不为0时，故障位置为a组脉冲生成电路4。

本实施方式所述的当车轮传感器无输出信号时，脉冲生成电路输出脉冲信号，说明脉冲生成电路出现故障，但是该故障在进行脉冲个数对比时即可发现，进行报警。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一至三所述的一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法作进一步说明，还包括b组脉冲生成电路6，所述b组脉冲生成电路6用于利用接收的数字信号生成方波信号，并对生成的方波信号进行电平转换后输出至记录传输单元8和输出单元7。

本实施方式所述的b组脉冲生成电路6与a组脉冲生成电路4并联，实现作为备用电路使用，当a组脉冲生成电路4出现问题时，及时将b组脉冲生成电路6计入电路进行工作，避免电路损坏影响设备的使用，有效的提高了设备的工作效率。

具体实施方式五：本实施方式对实施方式一至四所述的一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法作进一步说明，还包括电源电路，所述电源电路用于为信号调理电路一2、采样电路3、a组脉冲生成电路4、b组脉冲生成电路6、输出单元7、记录传输单元8和信号调理电路二9供电。

本实施方式所述的电源电路用于进行电压转换，输出不同电压，实现同时为信号调理电路一2、采样电路3、a组脉冲生成电路4、b组脉冲生成电路6、输出单元7、记录传输单元8和信号调理电路二9供电。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一至五所述的一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法作进一步说明，还包括状态指示电路5，所述状态指示电路用于对a组脉冲生成电路4、b组脉冲生成电路6和电源电路的工作状态进行指示。

本实施方式所述的状态指示电路实现直观的对电路中的a组脉冲生成电路4和b组脉冲生成电路6的工作状态进行指示，当a组脉冲生成电路4工作时，状态指示电路中的a组指示灯开启，否则关闭，当b组脉冲生成电路6工作时，状态指示电路中的b组指示灯开启，否则关闭。

具体实施方式七：本实施方式对实施方式六所述的一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法作进一步说明，状态指示电路5还用于对电源电路的输出状态进行指示。

本实施方式中，当电源电路处于关闭状态时，状态指示电路中的电源指示灯关闭，当电源电路工作时，状态指示电路中的电源指示灯开启。

具体实施方式八：结合图3至图13说明本实施方式，本实施方式对实施方式一至七所一种基于车轮传感器信号处理装置的故障处理方法作进一步说明，本实施方式中，隔离电路1包括n隔离支路，所述n路隔离支路并行，每个隔离电路的信号输入端连接车轮传感器的一个信号输出端，每个隔离支路的信号输出端均同时连接信号调理电路一2的信号输入端和信号调理电路二9的信号输入端；隔离支路采用型号为iso124u的芯片实现；其中，n为偶数。

进一步地，本实施方式中每个隔离支路的一种机构为：包括隔离放大器u1电阻r1、电解电容c1、电解电容c2、电解电容c3、电解电容c4和双向稳压管zd1；

隔离放大器u1采用型号为iso124u的芯片实现，芯片iso124u的27号引脚为隔离支路的信号输入端，所述芯片iso124u的27号引脚同时连接稳压管d1的一端和电阻r1的一端，芯片iso124u的28号引脚同时连接稳压管d1的另一端、电阻r1的另一端和电源地；

芯片iso124u的1号引脚同时连接电解电容c1的正极和电源地；芯片iso124u的2号引脚同时连接电解电容c2的负极和+15v电源；

电解电容c1的负极同时连接电解电容c2的正极和电源地；

芯片iso124u的13号引脚为隔离支路的信号输出端，芯片iso124u的14号引脚连接电源地；芯片iso124u的15号引脚同时连接电解电容c3的正极和+15v电源；

芯片iso124u的16号引脚同时连接电解电容c4的负极和+15v电源；

电解电容c3的负极同时连接电解电容c4的正极和电源地。

本实施方式使用隔离芯片将输入信号与系统隔离，一方面实现电路的阻抗匹配，另一方面保护系统免受伤害。

进一步地，信号调理电路一2和信号调理电路二结构相同，均采用型号为ca3140am的芯片实现。

本实施方式中的信号调理电路一2的一种结构为：包括n条调理支路，所述n条调理支路并行，每条调理支路包括电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9、信号调理器dp1和信号调理器dp2；所述信号调理器dp1和信号调理器dp2均采用型号为ca3140am的芯片；

电阻r2的一端为信号调理电路一2的信号输入端，电阻r2的另一端同时连接电阻r3的一端、电容c5的一端和信号调理器dp1的3号引脚；电阻r3的另一端和电容c5的另一端连接地；

信号调理器dp1的4号引脚同时连接—15v电源和电容c6的一端，电容c6的另一端连接地；

信号调理器dp1的7号引脚同时连接+15v电源和电容c7的一端，电容c7的另一端连接地；

信号调理器dp1的2号引脚同时连接信号调理器dp1的6号引脚和电阻r4的一端；电阻r4的另一端同时连接电阻r5的一端和信号调理器dp2的3号引脚；电阻r5的另一端连接+1.25v电源；

信号调理器dp2的2号引脚同时连接电阻r6的一端和电阻r7的一端；电阻r6的另一端连接地；

信号调理器dp2的4号引脚同时连接—15v电源和电容c8的一端，电容c8的另一端连接地；

信号调理器dp2的7号引脚同时连接+15v电源和电容c9的一端，电容c9的另一端连接地；

信号调理器dp2的6号引脚连接电阻r7的另一端，所述信号调理器dp2的6号引脚为该条调理支路的信号输出端。

本实施方式中，车轮传感器采集的信号经隔离后的信号为交流信号，由于adc转换芯片只能输入正极信号，因此，采用信号调理电路将交流信号变为单极性信号输入至adc转换芯片，所述信号调理电路使用恒压源和加法运算电路实现。

进一步地，采样电路3采用型号为ad9220ar芯片实现。

本实施方式所述的采样电路3的一种结构为：包括电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、电容c17和采样芯片ad1，采样芯片的型号为ad9220ar；

采样芯片ad1的23号引脚为采样电路3的信号输入端；

采样芯片ad1的24号引脚同时连接采样芯片ad1的18号引脚、电容c10的一端和电容c11的一端；电容c10的另一端和电容c11的另一端连接电源地；

采样芯片ad1的19号引脚连接电源地；

采样芯片ad1的21号引脚同时连接电容c15的一端、电容c12的一端和电容c13的一端；

采样芯片ad1的20号引脚同时连接电容c15的另一端、电容c12的另一端和电容c14的一端；

电容c14的另一端和电容c13的另一端同时连接电源地；

采样芯片ad1的15号引脚和26号引脚同时连接+15v电源；

采样芯片ad1的16号引脚和25号引脚同时连接电源地；

采样芯片ad1的28号引脚同时连接电容c16的一端和+3.3v电源；

采样芯片ad1的27号引脚同时连接电容c16的另一端和电源地；

采样芯片ad1的1至14号引脚为采样电路3的信号输出端；

采样芯片ad1的17号引脚连接+5v电源；

采样芯片ad1的22号引脚连接电容c17的一端，电容c17的另一端连接地。

本实施方式所述电路为adc转换电路，adc转换芯片将信号调理电路输出的模拟信号，转换为并行的12位数字信号，此电路转换速度快，可以满足车轮传感器的高速信号处理需求。

进一步地，输出单元7采用型号为adg636yru的芯片实现。

本实施方式所述的输出单元7的一种结构为：包括电阻r8、电阻r9、电容c18、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、电容c24、电容c25、运算放大器u1、多路选择器op1和多路选择器op2；

所述运算放大器u1采用型号为ca3140am的芯片，多路选择器op1采用型号为adg619brm的芯片，多路选择器op2采用型号为adg636yru的芯片实现；

运算放大器u1的4号引脚连接6号引脚；5号引脚连接地，11号引脚连接-5v电源，10号引脚连接+5v电源，15号引脚连接-5v电源；

运算放大器u1的1号引脚同时连接14号引脚和多路选择器op2的2号引脚；

运算放大器u1的6号引脚连接电阻r8的一端；

运算放大器u1的12号引脚连接电容c19的一端，运算放大器u1的3号引脚连接电容c18的一端，运算放大器u1的13号引脚同时连接电容c18的另一端、电容c19的另一端和地；

电阻r8的另一端同时连接电容c20一端和多路选择器op1的3号引脚，多路选择器op1的2号引脚同时连接6号引脚和多路选择器op2的8号引脚；

多路选择器op1的4号引脚同时连接电容c21的一端和—15v电源，电容c21的另一端连接地；

多路选择器op1的7号引脚同时连接电容c22的一端和+15v电源，电容c22的另一端连接地；

多路选择器op2的2号引脚为输出单元7的信号输入端；

多路选择器op2的6号引脚同时连接电容c23的一端和电阻r9的一端，电阻r9的另一端连接工作模式选择开关；

多路选择器op2的1号引脚为输出单元7的信号输出端；多路选择器op2的4号引脚连接电容c25的一端，电容c25的另一端同时连接多路选择器op2的3号引脚、电容c24的一端和稳压管zd1的一端，

多路选择器op2的7号引脚连接电容c24的另一端；稳压管zd1的另一端连接多路选择器op2的1号引脚。

本实施方式所述电路为adc转换电路，adc转换芯片将信号调理电路输出的模拟信号，转换为并行的12位数字信号，此电路转换速度快，可以满足车轮传感器的高速信号处理需求。

进一步地，a组脉冲生成电路4和b组脉冲生成电路6的结构相同，均采用fpga实现。

本实施方式所述的fpga采用的是型号为xc3s250e-tq144的芯片，该芯片的作用为脉冲生成。

进一步地，记录传输单元8采用型号为stm32的芯片实现。

本实施方式所述的传输记录单元采用sd卡实现对数据的存储，采用sn74alvc164245进行电压转换，采用ch395q进行串口转为网口，将数据传输至网络这样便于出现故障时，按照故障时间检查数据，确定故障原因与位置；图6为stm32芯片的引脚图，图8至图13中ust1均为图7中的ust1的一部分；图中引脚的连接关系由对应标号对应连接；图6为stm32芯片引脚图，图中引脚34到37连接信号调理电路二9的信号输出端；

图8为串口转网口芯片ch395q与stm32芯片引脚连接示意图stm32芯片通过芯片ch395将记录的数据发送到上位机，图中标号相同的引脚对应连接；图中，u4的型号为hx1188nl，图10为时钟模块u1型号为ds12cr887的芯片与stm32芯片引脚连接示意图，图9为sram与stm32芯片引脚连接示意图，sn74alvc164245为电平转换芯片，将5v输出信号转换为stm32芯片接收的3.3v，以便stm32记录输出信号。

图11为型号为arm_jtag的芯片与stm32芯片引脚连接示意图，图12为sd存储卡与stm32芯片引脚连接示意图，图13为芯片sn74alvc164245与stm32芯片的连接示意图。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。