申请/专利权人：株洲联诚集团控股股份有限公司;湖南联诚轨道装备有限公司

申请日：2018-08-16

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN109032030B

主分类号：G05B19/042

分类号：G05B19/042;G01D21/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.01.11#实质审查的生效;2018.12.18#公开

摘要：本发明提供了一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测系统及方法，该系统包括主控芯片以及与其配合的外围电路，其中，主控芯片为ARM7处理器，其包括CAN总线收发芯片，用于接收行车电脑发出的CAN信号，分析CAN信号，读出行车信息，并将高压箱及辅助变流柜运行信息通过CAN总线上传至行车电脑。本发明的监测系统通过实时采集高压箱及辅助变流柜电压、电流、CAN讯号等，判断高压箱及辅助变流柜工作状态是否正常，并将高压箱及辅助变流柜的状态通过CAN总线上传到行车电脑。

主权项：1.一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测系统，其特征在于，包括主控芯片以及与其配合的外围电路，所述主控芯片为ARM7处理器，其包括CAN总线收发芯片，用于接收行车电脑发出的CAN信号，分析CAN信号，读出行车信息，并将高压箱及辅助变流柜运行信息通过CAN总线上传至行车电脑；所述外围电路包括：2路不同频率的CAN总线电路；所述CAN总线电路由高压隔离器件和CAN收发器及与其配合的外围电路组成，用于与行车电脑通讯；所述CAN总线电路结构如下：接收管脚CAN1-RX、发送管脚CAN1-TX分别接ARM7处理器的#70、#71号引脚，并分别通过电阻R45、电阻R44传送到收发器U24，期间分别经过电阻R17、电容C9进行上拉，或经过电阻R18、电容C10进行上拉，增强信号强度，与行车电脑进行通讯，传输数据；接收管脚CAN2-RX、发送管脚CAN2-TX接ARM7处理器的#51、#52号引脚，并分别通过电阻R42、电阻R43传送到收发器U23，期间分别经过电阻R15、电容C7进行上拉，或经过电阻R16、电容C8进行上拉，增强信号强度，与其他配合主控芯片的外围电路进行通讯，传输数据；多路传感器信号采集电路，用于采集多路电压、电流及温度信号，传送至主控芯片，对高压箱及辅助变流柜的工作状态及联接状态进行监测；多路低压继电器信号输出电路；高压电源采集处理比较电路；所述传感器信号采集电路由运算放大器TLC2261AI、采样电阻及与其配合的外围电路组成；所述低压继电器信号输出电路由驱动芯片及高压继电器组成，用于驱动保护继电器大功率用电器；所述高压电源采集处理比较电路由采样电阻、运算放大器及外围电路组成，用于监控电源电压参数；与主控芯片配合的外围电路还包括脉宽调制电路，用于控制超压信号，防止对系统过压干扰。

全文数据：一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测系统及方法技术领域[0001]本发明涉及电气监测技术领域，特别地，涉及一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测系统及方法。背景技术[0002]在国家政策的大力扶持下，新能源电动巴士发展迅猛，作为新能源超长无轨巴士的配电系统，高压箱及辅助变流柜的输出的DC24V、DC750V及三相AC380V性能直接决定了新能源超长无轨巴士的性能，高压箱及辅助变流柜是否稳定运行显得尤为关键。发明内容[0003]本发明目的在于提供一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测系统及方法，以解决高压箱及辅助变流柜运行状态的实时监测等技术问题。[0004]本发明提供了一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测系统，包括主控芯片以及与其配合的外围电路，所述主控芯片为ARM7处理器，其包括CAN总线收发芯片，用于接收行车电脑发出的CAN信号，分析CAN信号，读出行车信息，并将高压箱及辅助变流柜运行信息通过CAN总线上传至行车电脑;所述外围电路包括：[0005]2路不同频率的CAN总线电路；[0006]多路传感器信号采集电路，用于采集多路电压、电流及温度信号，传送至主控芯片，对高压箱及辅助变流柜的工作状态及联接状态进行监测；[0007]多路低压继电器信号输出电路；[0008]高压电源采集处理比较电路。[0009]优选的，所述监测系统包括多个信号采集口和输出控制口，所述主控芯片为ARM7的32位微处理器，其引脚接法如下:6#VBAT引脚作为微处理器的基准电压，外接基准电路，所述基准电路包括VDD电源和B1电源（断电数据保护电源），两者分别通过二极管D1和二极管D2并联后连接至6#VBAT引脚，在二极管D1和二极管D2与6#VBAT引脚的连接线上还设有一个支路，该支路上设有滤波电容C2;8#引脚和9#引脚接外部低频晶振U3，在微处理器低功耗和待机时工作;#12引脚和#13引脚接外部高频晶振U5;其余引脚外接信号采集口和输出控制口。[0010]优选的，所述主控芯片基于C语言编译程序。[0011]优选的，所述主控芯片还设有USB接口，以通过优盘进行程序升级及维护。[0012]优选的，所述CAN总线电路由CAN收发器及与其配合的外围电路组成，用于数据传输并与行车电脑通讯。[0013]进一步优选的，所述CAN总线电路结构如下：[0014]接收管脚CAN1-RX、发送管脚CAN1-TX分别接ARM7处理器的#7〇、#了1号引脚，并分别通过电阻R45、电阻R44传送到收发器U24,期间分别经过电阻R17、电容C9进行上拉，或经过电阻R18、电容C10进行上拉，增强信号强度，与行车电脑进行通讯，传输数据；[0015]接收管脚CAN2-RX、发送管脚CAN2-TX接ARM7处理器的#51、#52号引脚，并分别通过电阻R42、电阻R43传送到收发器U23，期间分别经过电阻R15、电容C7进行上拉，或经过电阻R16、电容C8进行上拉，增强信号强度，与其他配合主控芯片的外围电路进行通讯，传输数据。[0016]优选的，所述传感器信号采集电路由运算放大器TLC2261AI、采样电阻及与其配合的外围电路组成。[0017]进一步优选的，所述传感器信号采集电路包括若干个并联的采集模块，每个采集模块由小阻值采样电阻进行采集，然后送到运算放大器TLC2261AI进行运算处理。[0018]优选的，所述低压继电器信号输出电路由驱动芯片及高压继电器组成，用于驱动保护继电器等大功率用电器。[0019]进一步优选的，所述低压继电器信号输出电路包括两个支路，分别设有三极管Q2和二极管D7,控制信号通过电阻R65送到三极管Q2,用于控制三极管Q2通断，进而控制继电器，二极管D7为续流二极管，用于保护继电器线圈。[0020]优选的，所述高压电源采集处理比较电路由采样电阻、运算放大器及与其配合的外围电路组成，用于监控电源电压等参数。[0021]进一步优选的，所述隔离电源模块为光电耦合器。[0022]进一步优选的，所述高压电源采集处理比较电路原理如下:采样电阻群将高压信号分别传送至高压隔离模块U1和高压隔离模块U8,它们经过电阻分别传送到相应的运算放大器U6中进行运算，并将运算结果发送至监测系统的信号采集口。[0023]优选的，与主控芯片配合的外围电路还包括脉宽调制电路PWM，用于控制超压信号，防止对系统过压干扰。[0024]进一步优选的，所述脉宽调制电路由三极管BCX55和三极管2SC2412组成的0〜24V脉宽调制电路。[0025]更进一步优选的，所述脉宽调制电路原理如下:控制信号PWM2通过电阻R30传送到三极管Q2，用于控制三极管Q2通断;三极管Q2的集电极经电阻R15上拉，增强信号强度，信号经三极管Q2的集电极、电阻R23传送到三极管Q1，控制其通断实现脉宽调制的输出。[0026]上述系统对应的一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测方法，具体步骤如下：[0027]S1.高压箱及辅助变流柜通电以后，监测系统得电，开始与行车电脑进行CAN通讯“握手”，当通讯“握手”成功后，进行数据传输；[0028]S2.多路传感器信号采集电路开始采集电压、电流及温度信号，经过高压电源采集处理比较电路处理后送到主控芯片进行计算处理，将整个过程进行记录，并将所得高压箱及辅助变流柜的工作状态通过CAN总线发送到行车电脑；[0029]S3•判断高压箱及辅助变流柜的工作状态是否有异常，是则进入步骤S4，否则结束；[0030]S4.主控芯片通过多路低压继电器信号输出电路进行相应动作，保护高压箱及辅助变流柜，并将这一异常信号通过CAN总线发送到行车电脑。[0031]优选的，步骤S2中，电压、电流及温度信号经过运放处理后送到主控芯片。[0032]本发明具有以下有益效果：[0033]本发明的监测系统通过实时采集高压箱及辅助变流柜电压、电流、CAN讯号等，判断高压箱及辅助变流柜工作状态是否正常，并将高压箱及辅助变流柜的状态通过CAN总线上传到行车电脑。在现有的交流和直流共存的监测系统中，常见的监测方式只能监测交直流电压数值，不能监测电压的品质和电流大小，本系统既能监测交直流的电压品质，也能监测电流的数值是否满足控制需求，即电源谐波的品势是否满足要求，为高压箱及辅助变流柜的正常运行提供可靠保障。[0034]本发明能对高压箱及辅助变流柜的输出电源性能品质，运行状态等进行实时监控，通过CAN总线等方式，将高压箱及辅助变流柜的故障信息反馈到行车电脑，保证高压箱及辅助变流柜以最佳状态运行。本发明具有结构简单紧凑、可靠性好等优点，能保证新能源超长无轨巴士运行良好[0035]为了保障高压箱及辅助变流柜稳定运行，本设备与行车电脑进行通讯，实时监测高压箱及辅助变流柜的运行状态，包括高压箱及辅助变流柜的直流电源、交流电源及功能等，并将故障信息和运行状态上传到行车电脑。[0036]本发明采用贴片式电子元器件，功耗低，体积小，可靠性高。通过焊接设备，把电子元器件集成在PCB板上，保证功能的完整性。附图说明[0037]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：[0038]图1是本发明的主控芯片及外围电路结构框图；[0039]图2是本发明的2路不同频率CAN总线电路连接图；[0040]图3是传感器信号采集电路连接图；[0041]图4是低压继电器信号输出电路连接图；[0042]图5是高压电源采集处理比较电路连接图；[0043]图6是脉宽调制电路连接图；[0044]图7是本发明的软件程序图；[0045]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。具体实施方式[0046]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。[0047]如图1所示的一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测系统，包括主控芯片以及与其配合的外围电路，主控芯片为ARM7处理器，其包括CAN总线收发芯片，用于接收行车电脑发出的CAN信号，分析CAN信号，读出行车信息，并将高压箱及辅助变流柜运行信息通过CAN总线上传至行车电脑;外围电路包括：[0048]2路不同频率的CAN总线电路；[0049]多路传感器信号采集电路，用于采集多路电压、电流及温度信号，传送至主控芯片，对高压箱及辅助变流柜的工作状态及联接状态进行监测；[0050]多路低压继电器信号输出电路；[0051]高压电源采集处理比较电路。[0052]其中，监测系统包括多个信号采集口和输出控制口，所述主控芯片为ARM7的32位微处理器，其引脚接法如下:6#VBAT引脚作为微处理器的基准电压，外接基准电路，所述基准电路包括VDD电源和B1电源（断电数据保护电源），两者分别通过二极管D1和二极管D2并联后连接至6#VBAT引脚，在二极管D1和二极管D2与6#VBAT引脚的连接线上还设有一个支路，该支路上设有滤波电容C2;8#引脚和9#引脚接外部低频晶振U3,在微处理器低功耗和待机时工作;#12引脚和#13引脚接外部高频晶振U5;其余引脚外接信号采集口和输出控制口。[0053]主控芯片基于C语言编译程序，具体见图7。主控芯片还设有USB接口，以通过优盘进行程序升级及维护。[0054]CAN总线电路由高压隔离器件和CAN收发器及与其配合的外围电路组成，用于与行车电脑通讯。CAN总线电路结构图2如下：[0055]接收管脚CAN1-RX、发送管脚CAN1-TX分别接ARM7处理器的#70、#71号引脚，并分别通过电阻R45、电阻R44传送到收发器U24，期间分别经过电阻R17、电容C9进行上拉，或经过电阻R18、电容C10进行上拉，增强信号强度，与行车电脑进行通讯，传输数据；[0056]接收管脚CAN2-RX、发送管脚CAN2-TX接ARM7处理器的#51、#52号引脚，并分别通过电阻R42、电阻R43传送到收发器U23,期间分别经过电阻R15、电容C7进行上拉，或经过电阻R16、电容C8进行上拉，增强信号强度，与其他配合主控芯片的外围电路进行通讯，传输数据。[0057]传感器信号采集电路由运算放大器TLC2261AI、采样电阻及与其配合的外围电路组成图3，传感器信号采集电路包括若干个并联的采集模块，每个采集模块由小阻值采样电阻进行采集，然后送到运算放大器TLC2261AI进行运算处理。[0058]低压继电器信号输出电路由驱动芯片及高压继电器组成，用于驱动保护继电器等大功率用电器图4，低压继电器信号输出电路包括两个支路，分别设有三极管Q2和二极管D7，控制信号通过电阻R65送到三极管Q2，用于控制三极管Q2通断，进而控制继电器，二极管D7为续流二极管，用于保护继电器线圈。[0059]高压电源采集处理比较电路由采样电阻、运算放大器、三极管及与其配合的外围电路组成，用于监控电源电压等参数。隔离电源模块为光电耦合器图5，高压电源采集处理比较电路原理如下:采样电阻群将高压信号分别传送至高压隔离模块U1和高压隔离模块U8,它们经过电阻分别传送到相应的运算放大器U6中进行运算，并将运算结果发送至监测系统的信号采集口。[0060]与主控芯片配合的外围电路还包括脉宽调制电路PWM，用于控制超压信号，防止对系统过压干扰。脉宽调制电路由三极管BCX55和三极管2412组成的0〜24V脉宽调制电路图6，脉宽调制电路原理如下:控制信号PWM2通过电阻R3〇传送到三极管Q2,用于控制三极管Q2通断;三极管Q2的集电极经电阻R15上拉，增强信号强度，信号经三极管Q2的集电极、电阻R23传送到三极管Q1，控制其通断实现脉宽调制的输出。[0061]上述系统对应的一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测方法，具体步骤如下：[0062]S1.高压箱及辅助变流柜通电以后，监测系统得电，开始与行车电脑进行CAN通讯“握手”，当通讯“握手”成功后，进行数据传输；[0063]S2•多路传感器信号采集电路开始采集电压、电流及温度信号，经过高压电源采集处理比较电路处理后送到主控芯片进行计算处理，将整个过程进行记录，并将所得高压箱及辅助变流柜的工作状态通过CAN总线发送到行车电脑；[0064]S3•判断高压箱及辅助变流柜的工作状态是否有异常，是则进入步骤S4,否则结束；[0065]S4.主控芯片通过多路低压继电器信号输出电路进行相应动作，保护高压箱及辅助变流柜，并将这一异常信号通过CAN总线发送到行车电脑。[0066]步骤S2中，电压、电流及温度信号经过运放处理后送到主控芯片。[0067]本发明可利用C语言编译程序（图7，控制各个电子元器件工作，对高压箱及辅助变流柜工作状态及联接状态进行采集并通过CAN总线上传到行车电脑。[0068]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测系统，其特征在于，包括主控芯片以及与其配合的外围电路，所述主控芯片为ARM7处理器，其包括CAN总线收发芯片，用于接收行车电脑发出的CAN信号，分析CAN信号，读出行车信息，并将高压箱及辅助变流柜运行信息通过CAN总线上传至行车电脑;所述外围电路包括：2路不同频率的CAN总线电路；多路传感器信号采集电路，用于采集多路电压、电流及温度信号，传送至主控芯片，对高压箱及辅助变流柜的工作状态及联接状态进行监测；多路低压继电器信号输出电路；高压电源采集处理比较电路。2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述CAN总线电路由高压隔离器件和CAN收发器及与其配合的外围电路组成，用于与行车电脑通讯。3.根据权利要求2所述的监测系统，其特征在于，所述CAN总线电路结构如下：接收管脚CAN1-RX、发送管脚CAN1-TX分别接ARM7处理器的#70、#71号引脚，并分别通过电阻R45、电阻R44传送到收发器U24,期间分别经过电阻R17、电容C9进行上拉，或经过电阻R18、电容CIO进行上拉，增强信号强度，与行车电脑进行通讯，传输数据；接收管脚CAN2-RX、发送管脚CAN2-TX接ARM7处理器的#51、#52号引脚，并分别通过电阻R42、电阻R43传送到收发器U23,期间分别经过电阻R15、电容C7进行上拉，或经过电阻R16、电容C8进行上拉，增强信号强度，与其他配合主控芯片的外围电路进行通讯，传输数据。4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述传感器信号采集电路由运算放大器TLC2261AI、采样电阻及与其配合的外围电路组成。5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述低压继电器信号输出电路由驱动芯片及高压继电器组成，用于驱动保护继电器等大功率用电器。6.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述高压电源采集处理比较电路由采样电阻、运算放大器及外围电路组成，用于监控电源电压等参数。7.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，与主控芯片配合的外围电路还包括脉宽调制电路，用于控制超压信号，防止对系统过压干扰。8.权利要求1〜7中任一项所述系统对应的一种超长无轨巴士高压箱及辅助变流柜监测方法，其特征在于，具体步骤如下：51.高压箱及辅助变流柜通电以后，监测系统得电，开始与行车电脑进行CAN通讯“握手”，当通讯“握手”成功后，进行数据传输；52.多路传感器信号采集电路开始采集电压、电流及温度信号，经过高压电源采集处理比较电路处理后送到主控芯片进行计算处理，将整个过程进行记录，并将所得高压箱及辅助变流柜的工作状态通过CAN总线发送到行车电脑；53.判断高压箱及辅助变流柜的工作状态是否有异常，是则进入步骤S4,否则结束；54.主控芯片通过多路低压继电器信号输出电路进行相应动作，保护高压箱及辅助变流柜，并将这一异常信号通过CAN总线发送到行车电脑。9.根据权利要求8所述的监测方法，其特征在于，步骤S2中，电压、电流及温度信号经过运放处理后送到主控芯片。

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