一种轨道车辆的智能温度控制器的制作方法

本实用新型涉及轨道车辆技术领域，尤其是一种轨道车辆的智能温度控制器。

背景技术：

轨道车辆的运行线路往往较长，因此运行环境的变化跨度较大，尤其是轨道车辆的运行环境的温度跨度较大，在低温环境中，轨道车辆中各部分车辆组件的运行可靠性会降低，容易引起轨道车辆的运行故障，因此当轨道车辆运行至低温甚至极寒环境中时，如何便捷有效的对这些车辆组件进行温度控制是保证轨道车辆正常安全行驶的重要环节

技术实现要素：

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种轨道车辆的智能温度控制器，该智能温度控制器是铁路专用的集温度采集、温度控制和加热功率输出为一体的智能温度控制器，可以对轨道车辆中的各部分车辆组件实现便捷有效的集中温控。

本实用新型的技术方案如下：

一种轨道车辆的智能温度控制器，该智能温度控制器包括主控器、七路温控通道、阀体温度监测模块、空间温度监测模块、温度自检模块、显示屏、rs485通讯接口和供电电路；七路温控通道的结构均相同，一路温控通道对应轨道车辆的一个车辆组件，七路温控通道对应的车辆组件分别为轨道车辆的撒砂及升弓控制系统、分配阀、压力开关、供风及空簧控制系统、停放控制系统、制动器以及塞门；对于每一路温控通道，温控通道包括温度监测模块和温度控制模块，温度监测模块包括温度传感器和数据处理电路，温度传感器连接数据处理电路，数据处理电路连接主控器，温度控制模块包括场效应管，场效应管的栅极连接主控器、漏极依次连接加热板和继电器开关后连接供电电源、源极接0v，主控器控制继电器开关的状态；每一路温控通道中的温度传感器和加热板均设置在温控通道对应的车辆组件中；阀体温度监测模块、空间温度监测模块和温度自检模块分别包括温度传感器和数据处理电路，温度传感器连接数据处理电路，阀体温度监测模块、空间温度监测模块和温度自检模块中的数据处理电路分别连接主控器，阀体温度监测模块中的温度传感器设置在轨道车辆的阀体中，空间温度监测模块中的温度传感器设置在轨道车辆上，温度自检模块中的温度传感器设置在智能温度控制器上，主控器还分别连接显示屏和rs485通讯接口，供电电路的输入端连接供电电源，供电电路的输出端连接智能温度控制器中的其他各个模块进行供电。

其进一步的技术方案为，对于每一路温控通道中的温度控制模块，温度控制模块中包括至少两个加热板，每个加热板分别与一个继电器开关串联，各个串联电路并联后两端分别连接场效应管的漏极和供电电源，主控器控制各个继电器开关的状态。

其进一步的技术方案为，对于每一路温控通道中的温度控制模块，主控器与场效应管之间还包括第二光耦，第二光耦的正极连接主控器、负极接地、电源端接正工作电源、地端接负工作电源、输出端连接场效应管的栅极，场效应管的源极通过采样电阻接0v，场效应管的漏极通过采样电容接0v，温度控制模块中还包括短路故障检测电路和断路故障检测电路；短路故障检测电路包括第三光耦，场效应管与采样电阻的公共端连接运算放大器的同相输入端，运算放大器的反向输入端连接正极工作电源、输出端连接稳压二极管的负极，稳压二极管的正极连接第三光耦的正输入端，第三光耦的负输入端接0v，第三光耦的发射极输出端接地、集电极输出端作为短路故障检测端连接主控器；断路故障检测电路包括第四光耦，场效应管与采样电容的公共端连接稳压二极管的负极，稳压二极管的正极连接第四光耦的正输入端，第四光耦的负输入端接0v，第四光耦的发射极输出端接地、集电极输出端作为断路故障检测端连接主控器。

其进一步的技术方案为，每一路温控通道中的温度监测模块、阀体温度监测模块、空间温度监测模块和温度自检模块中的数据处理电路均相同，每个数据处理电路包括电桥测量电路和运算放大电路，电桥测量电路包括第十电阻和第十电容构成的串联电路以及第十三电阻和第十四电阻构成的串联电路，两个串联电路并联后一端连接2.5v电压、另一端接地，第十电阻和第十电容的公共端通过第十一电阻连接电桥测量电路的正输出端，第十电阻和第十电容的公共端还作为数据处理电路的输入端用于连接温度传感器，第十三电阻和第十四电阻的公共端通过第十二电阻连接电桥测量电路的负输出端，电桥测量电路的输入端连接稳压二极管的负极，稳压二极管的正极接地；运算放大电路中包括运算放大器，电桥测量电路的正输出端连接运算放大电路中的运算放大器的同相输入端，电桥测量电路的负输出端连接运算放大电路中的运算放大器的反相输入端，运算放大电路中的运算放大器的输出端作为数据处理电路的输出端用于连接主控器。

其进一步的技术方案为，主控器采用stm32f103vc芯片。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种轨道车辆的智能温度控制器，该智能温度控制器是铁路专用的集温度采集、温度控制和加热功率输出为一体的智能温度控制器，该智能温度控制器可以对轨道车辆中的车辆组件实现便捷有效的、超微小型集中温控，控制车辆组件的运行温度保证车辆组件的正常工作从而保证轨道车辆在低温环境下的正常可靠运行。该智能温度控制器通过多个温控通道实现对轨道车辆中各部分车辆组件的集中控制，便捷有效，每个温控通道提供加热板的冗余备份，可以保证智能温度控制器的持续工作。

附图说明

图1是本申请公开的轨道车辆的智能温度控制器的电路框图。

图2是本申请中的主控器的芯片引脚示意图。

图3是本申请中的电桥测量电路的电路图。

图4是本申请中两个电桥测量电路共用的运算放大电路的电路图。

图5是本申请中的温度控制模块的电路图。

图6是本申请中由5v电压得到2.5v基准电压的电路图。

图7是本申请的智能温度控制器中主控器与其他各个电路之间通过排插进行对应引脚连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种轨道车辆的智能温度控制器，请参考图1所示的电路框图，该智能温度控制器包括主控器、七路温控通道(分别为图1中的温控通道1～7)、阀体温度监测模块、空间温度监测模块、温度自检模块、显示屏、rs485通讯接口和供电电路，图1中未示出供电电路。本申请中的主控器采用stm32f103vc芯片，请参考图2。七路温控通道的结构均相同，一路温控通道对应轨道车辆的一个车辆组件，七路温控通道对应的车辆组件分别为轨道车辆的撒砂及升弓控制系统、分配阀、压力开关、供风及空簧控制系统、停放控制系统、制动器以及塞门，这些车辆组件都是现有轨道车辆上常规通用的车辆组件。对于每一路温控通道，该路温控通道包括温度监测模块和温度控制模块，温度监测模块包括温度传感器和数据处理电路，请结合图1，也即温控通道1包括温度传感器1、数据处理电路1和温度控制模块1，温控通道2包括温度传感器2、数据处理电路2和温度控制模块2，依次类推。对于每一路温控通道，温控通道中的温度传感器连接数据处理电路，数据处理电路连接主控器，温控通道中的温度控制模块也连接主控器，温度控制模块中至少包括加热板，温控通道中的温度传感器和加热板均设置在温控通道对应的车辆组件中。也即以温控通道7对应塞门为例，则温控通道7中的温度传感器7和温度控制模块7中的加热板均设置在塞门中，其他温控通道以此类推，则主控器可以通过温控通道采集对应的车辆组件的温度并进行温度控制，实现对轨道车辆中的上述重要车辆组件的集中温控。阀体温度监测模块、空间温度监测模块和温度自检模块的结构相同，且与每一路温控通道中的温度监测模块的结构都相同，分别包括温度传感器和数据处理电路，温度传感器连接数据处理电路，数据处理电路连接至主控器。比如在图1中，阀体温度监测模块包括温度传感器8和数据处理电路8，空间温度监测模块包括温度传感器9和数据处理电路9，温度自检模块包括温度传感器10和数据处理电路10。阀体温度监测模块中的温度传感器设置在轨道车辆的阀体中，主控器可以通过阀体温度监测模块监测轨道车辆的阀体温度，从而判断是否预热完毕达到可通车温度。空间温度监测模块中的温度传感器设置在轨道车辆上，主控器可以通过空间温度监测模块监测轨道车辆所在空间的环境温度。温度自检模块中的温度传感器设置在智能温度控制器上，主控器可以通过温度自检模块进行智能温度控制器自身温度的自检测和自诊断。

每一路温控通道中的温度监测模块、阀体温度监测模块、空间温度监测模块和温度自检模块的具体电路均相同，具体的，各个模块中的温度传感器均采用ptc100温度传感器。每一个数据处理电路均包括电桥测量电路和运算放大电路，以数据处理电路1为例，请参考图3，电桥测量电路包括第十电阻r10和第十电容c10构成的串联电路以及第十三电阻r13和第十四电阻r14构成的串联电路，两个串联电路并联后一端连接2.5v电压、另一端接地gnda，第十电阻r10和第十电容c10的公共端通过第十一电阻r11连接电桥测量电路的正输出端v1+，第十电阻r10和第十电容c10的公共端还作为数据处理电路的输入端p1+用于连接温度传感器1，第十三电阻r13和第十四电阻r14的公共端通过第十二电阻r12连接电桥测量电路的负输出端v1-，电桥测量电路的输入端连接稳压二极管d01的负极，稳压二极管d01的正极接地。运算放大电路中包括运算放大器，电桥测量电路的正输出端v1+连接运算放大电路中的运算放大器的同相输入端，电桥测量电路的负输出端v1-连接运算放大电路中的运算放大器的反相输入端，运算放大电路中的运算放大器的输出端作为数据处理电路的输出端用于连接主控器。可选的，在本申请中，运算放大电路中的运算放大器采用opa2333aid双路运算放大器，因此在本申请中两个数据处理电路可以共用同一个运算放大电路，也即两个电桥测量电路连接到同一个运算放大电路，以数据处理电路1和数据处理电路2共用同一个运算放大电路为例，数据处理电路1中的电桥测量电路如图3所示，数据处理电路2中的电桥测量电路的电路结构与图3相同，但其输入端表示为p2+用于连接温度传感器2、正输出端表示为v2+、负输出端表示为v2-。则数据处理电路1和数据处理电路2共用的运算放大电路请参考图4，opa2333aid双路运算放大器的-ina引脚作为第一反相输入端连接数据处理电路1中的电桥测量电路的负输出端v1-、+ina引脚作为第一同相输入端连接数据处理电路1中的电桥测量电路的正输出端v1+、outa引脚作为第一输出端pt1连接主控器。opa2333aid双路运算放大器的-inb引脚作为第二反相输入端连接数据处理电路2中的电桥测量电路的负输出端v2-、+inb引脚作为第二同相输入端连接数据处理电路2中的电桥测量电路的正输出端v2+、outb引脚作为第二输出端pt2连接主控器，其他外围电路请参考图4。其他各个模块中的数据处理电路同样采用上述电路结构，本申请不再一一赘述。

每一路温控通道中的温度控制模块的电路结构均相同，请参考图1所示的温度控制模块1的电路图，温度控制模块中至少包括场效应管q1，场效应管q1的栅极连接主控器、漏极依次连接加热板和继电器开关后连接供电电源、源极接0v，本申请中的供电电源为110v直流电，主控器控制继电器开关的通断，继电器开关闭合时，加热板通电，继电器开关断开时，加热板断电。在实际应用时，每一路温度控制模块中包括至少两个加热板，每个加热板分别与一个继电器开关串联，各个串联电路并联后两端分别连接场效应管q1的漏极和供电电源110v，主控器控制各个继电器开关的状态，如图1以两个加热板为例，一个加热管与继电器开关k1串联，另一个加热管与继电器开关k2串联，多个加热板的结构可以在一个加热板出现短路等故障时及时切换到其他加热板继续工作，保证工作持续性。图1示出的温度控制模块的电路结构仅是基础的，实际的温度控制模块的完整电路图请参考图5，在温度控制模块中，主控器与场效应管q1之间还包括第二光耦u2，本申请中的第二光耦u2采用tlp250，第二光耦u2的正极作为pwm端连接主控器、负极接地、电源端接正工作电源+12v、地端接负工作电源-12v、输出端连接场效应管q1的栅极，场效应管q1的源极通过采样电阻r13接0v。温度控制模块中还包括短路故障检测电路，短路故障检测电路包括第三光耦u3，第三光耦u3采用tlp281，场效应管q1与采样电阻r13的公共端连接运算放大器tlc272i的同相输入端，运算放大器tlc272i的反向输入端连接正极工作电源+12v、输出端连接稳压二极管d5的负极，稳压二极管d5的正极连接第三光耦u3的正输入端，第三光耦u3的负输入端接0v，第三光耦u3的发射极输出端接地、集电极输出端作为短路故障检测端ee连接主控器。场效应管q1的漏极通过采样电容c9接0v，温度控制模块中还包括断路故障检测电路，断路故障检测电路包括第四光耦u4，第四光耦u4采用tlp281，场效应管q1与采样电容c9的公共端连接稳压二极管d6的负极，稳压二极管d6的正极连接第四光耦u4的正输入端，第四光耦u4的负输入端接0v，第四光耦u4的发射极输出端接地、集电极输出端作为断路故障检测端ok连接主控器。主控器通过短路故障检测电路可以实现对温度控制模块的短路故障检测、通过断路故障检测电路可以实现对温度控制模块的断路故障检测，可以避免加热板出现短路和断路等情况。温度控制模块中实际还包括各种电子器件构成的外围电路，具体电路图请参考图5，本申请不详细描述电路构成。

主控器还分别连接显示屏和rs485通讯接口，显示屏用于智能温度控制器使用过程中的温度显示、温度设定和故障代码显示进行实时报警，rs485通讯接口实现智能温度控制器的信号输出，显示屏以及rs485通讯接口与主控器的具体连接引脚可以参照主控器的芯片引脚定义，本申请不详细公开。除此之外，主控器还可以连接若干路信号输出，本申请中包括4路do信号输出，每一路信号输出以干接点形式提供，因此本申请不再给出电路图，本申请中的4路do信号输出用于进行运行信号输出、预热完毕输出、报警信号输出和故障信号输出。

智能温度控制器中还包括供电电路，供电电路的输入端连接供电电源，在本申请中为dc110v供电电源。供电电路连接20a熔断器后连接5v电源模块和12v电源模块，5v电源模块用于将110v供电电源转换为5v电压输出、12v电源模块用于将110v供电电源转换为12v电压输出，供电电路为智能温度控制器中的其他各个模块提供模块工作时所需的电压。电桥测量电路所需的2.5v基准电压由5v电压生成，5v电压生成2.5v电压的电路为现有常用电路，电路图请参考图6。需要说明的是，本申请上述各模块的电路标号与主控器的引脚标号存在差异，这是因为本申请在实际应用时是各模块的电路是经过排插连接主控器的，本申请应用到的两个排插的图请参考图7，本领域技术人员可以根据图7所示的引脚标号对应关系确定各电路之间的连接关系，比如以图4所示的运算放大电路与主控器的连接为例，根据排插p1的23引脚可知，数据处理电路1和数据处理电路2共用的运算放大电路的第一输出端pt1连接主控器的pa0引脚，也即主控器的23引脚；根据排插p1的24引脚可知，数据处理电路1和数据处理电路2共用的运算放大电路的第二输出端pt2连接主控器的pa1引脚，也即主控器的24引脚。其他引脚的连接关系可以依次类推，本领域技术人员可以理解的是，按照电气控制领域的通用编号方式，图7的排插中出现的pt3和pt4可以表示数据处理电路3和数据处理电路4共用的运算放大电路的两个输出端，pt5和pt6可以表示数据处理电路5和数据处理电路6共用的运算放大电路的两个输出端，以此类推。同样的，对于图5所示的温度控制模块的电路图，温度控制模块1的pwm、ee和ok可以依次表示为1pwm、1ee和1ok，温度控制模块2的pwm、ee和ok可以依次表示为2pwm、2ee和2ok，依次类推。结合图7可知，温度控制模块1的1pwm即连接主控器的pe14引脚、1ee即连接主控器的pe5引脚、1ok即连接主控器的pe3引脚，其他温度控制模块2～7的引脚与主控器的引脚对应连接关系可以以此类推。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。