本实用新型涉及有轨电车技术领域，尤其是涉及一种基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路。
背景技术：
有轨电车具有零排放无污染、成本低、事故率低，建造方便等优点，客运能力是公交车的3至5倍，在堵车严重又难以修建地铁的城市能够起到巨大的作用。
现有的有轨电车的供电方式一般为供电接触网、超级电容，电磁感应式供电以及磁吸式机械触发供电轨技术。
其中，供电接触网安装困难，极其影响城市美观，接触网的电容效应会对环境产生不利影响；超级电容供电续航短，且不运行的时候也会放电，一旦途中停车过久，则无法再次启动，电容充放电瞬间电流极大，给电网造成较大负荷，必须使用大型变压器，造成用电效率低下；电磁感应式供电电能浪费过大，维护成本高；磁吸式机械触发供电轨技术的机械结构不稳定，易受环境干扰。
技术实现要素：
本实用新型的主要目的是提供一种同时具备供电稳定、供电效应迅速、安全性高，外界干扰性低的基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路。
为实现上述的主要目的，本实用新型提供一种基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路，包括第一控制电路、第二控制电路、发送电路以及接收电路，发送电路接收车载单片机所发送的触发电平信号，发送电路发送识别电流信号至识别轨，接收电路接收识别电流信号，接收电路输出第一电平信号至第一控制电路，第一控制电路输出第二电平信号至第二控制电路，第二控制电路输出供电电流信号至供电轨；发送电路包括第一光电耦合器以及第一二极管，第一光电耦合器的第二输出端、第三输出端均与第一二极管的负极电连接；接收电路包括第二光电耦合器以及稳压集成电路，第二光电耦合器的第一输入端与稳压集成电路电连接；第二控制电路包括隔离电源芯片、第三光电耦合器以及第二MOS管，第三光电耦合器的第一输出端与第二MOS管的栅极电连接，隔离电源芯片的第一输出端与第二MOS管的源极电连接，第三光电耦合器的第一输入端连接有第一发光二极管，第一发光二极管的负极接地。
一个优选的方案是，第一光电耦合器为TLP250光耦合器。
进一步的方案是，第一光电耦合器的第一输出端与第四输出端之间连接有第一电容。
进一步的方案是，隔离电源芯片的第一输入端和第二输入端之间连接有第二电容和第三电容，第二电容与第三电容并联。
进一步的方案是，第二MOS管的漏极连接有第三二极管，第三二极管的正极接地。
进一步的方案是，第二控制电路还包括熔断器，熔断器与第二MOS管的漏极电连接。
进一步的方案是，第一控制电路包括主控芯片和稳压电路，主控芯片与稳压电路电连接。
更进一步的方案是，稳压电路包括第二发光二极管以及稳压芯片，稳压芯片的第一端与第二发光二极管电连接，稳压芯片的第二端连接有第四电容，稳压芯片的第三端连接有第五电容。
由上述方案可见，当有轨电车行驶进供电轨的有效供电范围内，通过车载单片机的输出端输出低电平至发送电路，这时第一光电耦合器导通，对外输出电流至识别轨，接收电路将接收到的电流转换成单片机串口能读取的电平信号，并通过第一控制电路输出高电平使得第三光电耦合器导通，此时，正极供电轨带电，发光二极管发光，表示有轨电车处于正常供电状态。
由于有轨电车的发送信号是连续的，而地面轨道可以分为很多小段，每一段轨道上都有独立的供电电路。所以，在对有轨电车进行供电时，可实时表明有轨电车的位置，实现了触发通电的目的，有轨电车接触的轨道上带电，有轨电车无接触的轨道上断电，以保证供电的安全。
所以，通过有轨电车与地面供电端之间数字信号的传输，用主控芯片控制电子开关的通断，代替传统机械开关，可以达到地面供电和车走电断的效果。同时，信号发送方式采用恒流源发送，输入阻抗小，需较大电流才能使主控芯片读取到信号，所以用光电耦合器和MOS场效应管控制电流通断，可以保证不受杂散小电流影响，通信安全稳定，能够有效防止外界干扰。
附图说明
图1是本实用新型基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路实施例中供电电路、识别轨以及供电轨的原理框图。
图2是本实用新型基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路实施例中发送电路的电路原理图。
图3是本实用新型基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路实施例中接收电路的电路原理图。
图4是本实用新型基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路实施例中第二控制电路的电路原理图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
参见图1与图2，图1是本实用新型基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路实施例中供电电路、识别轨60以及供电轨50的原理框图，图2是本实用新型基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路实施例中发送电路的电路原理框图。本实用新型的基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路包括第一控制电路10、发送电路20、接收电路30以及第二控制电路40，发送电路20接收车载单片机70所发送的触发电平信号，发送电路20发送识别电流信号至识别轨60，接收电路30接收识别轨60传输的识别电流信号，接收电路30输出第一电平信号至第一控制电路10，第一控制电路10输出第二电平信号至第二控制电路40，第二控制电路40输出供电电流信号至供电轨50。
其中，第一控制电路10包括主控芯片11和稳压电路(未示出)，主控芯片11与稳压电路电连接，稳压电路包括第二发光二极管以及稳压芯片，稳压芯片的第一端与第二发光二极管电连接，稳压芯片的第二端连接有第四电容，稳压芯片的第三端连接有第五电容。稳压电路用于将电源输出的24伏DC直流电源转换成5伏或3.3伏DC直流电源，可同时为各个模块或电路提供5伏和3.3伏的DC直流电源。优选地，稳压芯片可以是AMS1117芯片，第五电容可以是一个电容值至少为22uf的钽电容，在稳压芯片的输出端连接一个钽电容，可以确保稳压芯片的稳定性。
具体地，发送电路20包括光电耦合器U1以及二极管D1，光电耦合器U1的第二输出端、第三输出端均与二极管D1的负极电连接，光电耦合器U1的第一输出端与第四输出端之间连接有电容C3。当有轨电车行驶进供电轨50的有效供电范围内，车载单片机70的一个输出端通过电阻R1输出低电平来触发导通光电耦合器U1，进而使得发送电路20输出电流至识别轨60。优选地，光电耦合器U1为TLP250光耦合器。
优选地，发送电路20还可以包括MOS管Q1(未示出)，光电耦合器U1的第二输出端、第三输出端均与MOS管Q1的栅极电连接，MOS管Q1的漏极与二极管D1的负极电连接。当有轨电车行驶进供电轨50的有效供电范围内，车载单片机70的一个输出端通过电阻R1输出低电平来触发导通光电耦合器U1，进而使得MOS管Q1的栅极电压低于源极电压，MOS管Q1导通，发送电路20输出电流至识别轨60。
参见图3，图3是本实用新型基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路实施例中接收电路30的电路原理图。接收电路30包括光电耦合器U2、二极管D2，稳压集成电路80，光电耦合器U2的第一输入端与稳压集成电路80电连接，光电耦合器U2的通过熔断器FU1接收识别轨60传送的电流信号。接收电路30需要将接收到的电流信号转换为主控芯片11串口能读取的电平信号，其中，光电耦合器U2由发光源和受光器两部分组成，发光源可以是发光二极管，输入的电流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，这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。优选地，光电耦合器U2可以是高速光耦合器，例如，光电耦合器U2可以是6n137光耦合器，稳压集成电路80可以是TL431稳压电路。
此外，为了避免检测到杂散小电流，当稳压集成电路80在读取到光电耦合器U2的两个输入端之间的电压大于预设的电压值时，例如，预设的电压值可以为2.5伏，此时，稳压集成电路80导通，进而使得光电耦合器U2导通，主控芯片11的接收串口读取到低电平，这样，主控芯片11的发送串口输出低电平时有电流产生时，主控芯片11的接收串口可以读取到低电平，确保了发送信号和接收信号的一致性。
参见图4，图4是本实用新型基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路实施例中第二控制电路40的电路原理图。第二控制电路40包括隔离电源芯片U4、光电耦合器U3、熔断器FU2以及MOS管Q2，光电耦合器U3的第一输出端与MOS管Q2的栅极电连接，隔离电源芯片U4的第一输出端与MOS管Q2的源极电连接，光电耦合器U3的第一输入端连接有发光二极管D4，发光二极管D5的负极接地，隔离电源芯片U4的第一输入端和第二输入端之间连接有电容C4和电容C4，电容C4与电容C4并联，MOS管Q2的漏极连接有二极管D6，二极管D6的正极接地，熔断器FU2与MOS管Q2的漏极电连接。
具体地，主控芯片11的I/O端口输出高电平时，光电耦合器U3导通，进而使MOS管Q2导通，此时，正极供电轨带电，发光二极管D5发光，表明有轨电车处于正常供电的状态。当然，主控芯片11的I/O端口输出控制有两种方式，一种是高电平触发，另一种是低电平触发，在本实施例中，由于主控芯片11初始化时默认输出低电平，容易导致安全问题，所以，主控芯片11的I/O端口输出使用高电平触发。
另外，MOS管Q2需要控制大电流的通断，在本实施例中，MOS管Q2为N沟道MOSFET场效应管。其中，N沟道MOSFET场效应管的导通需要栅极电势高于源极电势，MOS管Q2源极已经接至电源正极，所以通过使用隔离电源芯片U4，使光电耦合器U3导通时MOS管Q2的栅极电势高于源极电势。优选地，隔离电源芯片U4可以是B0512S芯片。
优选地，设计正极或火线的供电轨分段置于轨道中央，负极或零线的供电轨置于轨道两侧，如果有轨电车与汽车在同路权下并且难以排水，亦可不设计排水装置，即使供电轨遭水泡，该结构可以使得水内部回流，形成一种类“静电屏蔽”的结构，无对外跨步电压，避免了安全隐患，并且通电时间短，因水浸造成的能量损耗小。另外，将单独的识别轨置于轨道外侧，可以有效防止雨水浸泡时的内部回流影响识别。
所以，当有轨电车行驶进供电轨的有效供电范围内，通过车载单片机70的输出端输出低电平至发送电路20，这时光电耦合器U1导通，对外输出电流至识别轨60，接收电路30将接收到的电流转换成主控芯片11串口能读取的电平信号，并通过第一控制电路10输出高电平使得光电耦合器U3导通，此时，正极供电轨带电，发光二极管D5发光，表示有轨电车处于正常供电状态。
由于有轨电车的发送信号是连续的，而地面轨道可以分为很多小段，每一段轨道上都有独立的供电电路，例如第一控制电路10、第二控制电路40、发送电路20以及接收电路30。所以，在对有轨电车进行供电时，可实时表明有轨电车的位置，实现了触发通电的目的，有轨电车接触的轨道上带电，有轨电车无接触的轨道上断电，以保证供电的安全。
此外，通过有轨电车与供电端之间数字信号的传输，数字信号通过单独识别轨60有线传输，光电耦合器和MOS场效应管控制电流通断，用主控芯片11控制电子开关的通断，代替传统机械开关，以实现信号控制供电，可以达到地面供电和车走电断的效果。优选地，信号发送方式采用恒流源发送，输入阻抗小，需较大电流才能使主控芯片11读取到信号，所以用光电耦合器和MOS场效应管控制电流通断，可以保证不受杂散小电流影响，通信安全稳定，能够有效防止外界干扰。另外，电力载波通信和无线识别通信也同样适用于本实用新型的基于数字信号识别的有轨电车地面供电电路，在本实施例中，恒流源发送为最优的信号发送方式。
最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。