[發(fā)明專利]基于FPGA的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)采集裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710890433.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107702934A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐志雄;蔡俊濤;袁敏正;張?zhí)?/a>;胡錦添
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院;廣州地鐵集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00;G01D21/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 黃磊,陳宏升

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及道岔狀態(tài)感知系統(tǒng)的信號(hào)采集領(lǐng)域，特別涉及基于FPGA的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)采集裝置及方法。

背景技術(shù)

目前，城市軌道交通中的城軌及鐵路軌道上運(yùn)行的客運(yùn)列車都搭載著大量的人員，運(yùn)營(yíng)線上的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中如出現(xiàn)故障，輕則延誤整個(gè)軌道運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，重則嚴(yán)重威脅廣大人民群眾的人身安全。我國(guó)鐵道部門(mén)及各城市的城軌部門(mén)，都制定有相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)安全措施，其中就包括日常的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)維護(hù)檢修來(lái)防止其發(fā)生故障。道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)，由于其設(shè)計(jì)上就留有較大的余量，使其在出現(xiàn)了一些輕微的故障時(shí)也能完成抄岔作業(yè)。

因而，在已經(jīng)開(kāi)始有故障到故障發(fā)展為對(duì)抄岔作業(yè)有明顯影響的這一段時(shí)期內(nèi)，就要依賴于維護(hù)人員的專業(yè)素養(yǎng)是否過(guò)硬及其是否具有較高的敬業(yè)度來(lái)發(fā)現(xiàn)這一故障并進(jìn)行對(duì)應(yīng)維護(hù)維修了。

目前，一般的是靠具有長(zhǎng)期工作經(jīng)歷且經(jīng)驗(yàn)豐富的維護(hù)技術(shù)人員，根據(jù)目測(cè)及部分不標(biāo)準(zhǔn)的儀器測(cè)量方式，憑經(jīng)驗(yàn)去判斷維護(hù)檢修，判斷標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、無(wú)預(yù)測(cè)性、漏判幾率高，具有極高的安全隱患。

建立一種基于定性趨勢(shì)分析的道岔狀態(tài)感知系統(tǒng)，是解決這一安全隱患的最好方法。其中，基于FPGA的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)工作狀態(tài)關(guān)鍵參數(shù)采集裝置，就是基于定性趨勢(shì)分析的道岔狀態(tài)感知系統(tǒng)的“眼睛”。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供基于FPGA的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)采集裝置，該裝置解決了上述的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)維護(hù)只靠維護(hù)技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)且無(wú)法對(duì)各種故障發(fā)生的幾率提前預(yù)判的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，為搭建一種基于定性趨勢(shì)分析的道岔狀態(tài)感知系統(tǒng)提供了必要的條件。

本發(fā)明的另一目的在于提供基于FPGA的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)采集方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于FPGA的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)采集裝置，包括嵌入式主機(jī)、狀態(tài)傳感器、裝置電源模塊，其中狀態(tài)傳感器采集道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的工作狀態(tài)信號(hào)并傳輸至嵌入式主機(jī)，嵌入式主機(jī)對(duì)接收的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的工作狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行處理，最終完成信號(hào)的采集以及數(shù)據(jù)傳輸；裝置電源模塊分別為嵌入式主機(jī)、狀態(tài)傳感器供電；所述嵌入式主機(jī)是基于FPGA設(shè)計(jì)的，采用條件觸發(fā)的方式采集道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)整個(gè)抄岔過(guò)程的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

所述嵌入式主機(jī)，包括嵌入式主機(jī)電源接口、嵌入式主機(jī)電源模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA核心模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、存儲(chǔ)器模塊；其中

信號(hào)調(diào)理模塊用于完成狀態(tài)傳感器電流輸出信號(hào)電流-電壓轉(zhuǎn)換、幅值適配，其輸入端連接到狀態(tài)傳感器輸出端，輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換模塊；

A/D轉(zhuǎn)換模塊用于完成信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換，其輸入端信號(hào)接入部分連接到信號(hào)調(diào)理模塊，輸出端連接到FPGA核心模塊；

FPGA核心模塊用于完成信號(hào)采集及數(shù)據(jù)傳輸，F(xiàn)PGA核心模塊配置為并行工作的雙軟核架構(gòu)，分別連接A/D轉(zhuǎn)換模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、存儲(chǔ)器模塊；

網(wǎng)絡(luò)通訊模塊用于與外界通信；

嵌入式主機(jī)電源接口的輸入端連接裝置電源模塊，輸出端連接嵌入式主機(jī)電源模塊的輸入端；

嵌入式主機(jī)電源模塊用于完成電源適配供應(yīng)，其輸入端與嵌入式主機(jī)電源接口連接，輸出端分別與信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA核心模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、存儲(chǔ)器模塊連接，提供對(duì)應(yīng)的適配電源。

所述A/D轉(zhuǎn)換模塊包括兩片A/D芯片；所述嵌入式主機(jī)采用同時(shí)并行讀取兩片A/D芯片的A/D數(shù)據(jù)的方式；同時(shí)兩片A/D芯片均為18位精度的同步采集A/D芯片。嵌入式主機(jī)采用同時(shí)并行讀取兩片A/D芯片的A/D數(shù)據(jù)的方式能夠提高裝置的采集帶寬，采樣帶寬達(dá)到20KHZ；可進(jìn)行高精度同步16通道采集。

所述A/D轉(zhuǎn)換模塊包括兩片A/D芯片；且將兩片A/D芯片的16位數(shù)據(jù)輸出總線合并為32位總線。這樣能夠提高與FPGA芯片內(nèi)32位軟核數(shù)據(jù)交互的速率。

所述狀態(tài)傳感器包括電壓傳感器陣列、電流傳感器陣列、液壓傳感器陣列、電源端子；其中

電壓傳感器陣列用于完成道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的電壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)，其輸入端連接道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的各個(gè)電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，輸出端連接嵌入式主機(jī)的輸入端；即其輸出端連接嵌入式主機(jī)的信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端；

電流傳感器陣列用于完成道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的電流狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的各個(gè)電流監(jiān)測(cè)回路上的電磁信號(hào)為輸入，其輸出端連接嵌入式主機(jī)的輸入端；即其輸出端連接嵌入式主機(jī)的信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端；