一种计轴器电磁兼容的数据采集存储系统的制作方法

1.本发明涉及一种计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，属于轨道交通技术领域。


背景技术：

2.计轴器是用来检测列车轮轴是否占用轨道区段的一种安全装置，与轨道电路相比，具有不受轨道路线状况影响，不需切割轨道、加装轨道绝缘，适用于长大轨道区段等一系列优点，因此受到各国铁路运输部门的青睐。但随着计轴器在轨道地面信号系统的普及推广以及电气化车辆高电压大功率和高开关频率的发展趋势，两者之间的电磁兼性问题日益严峻，欧洲的euremco项目研究并发布了en 50238-3、en 50617、en 50592等标准针对车辆对计轴器磁场干扰规定了相关测试方法和具体限值要求。
3.通过参考en 50592可知，计轴器电磁兼容性测试主要有三部分，计轴器天线，采集系统，分析系统，如下图1所示。计轴器电磁兼容的测试采集系统要求采集速率应满足3msp/s，并可以进行长时间的数据持续存储。如果选用示波器进行数据采集，由于仪器本身设计的限制（内存大小限制），无法进行长时间数据存储。故只能选用数据采集存储系统这种具有长时间数据储存功能的仪器。但在市场上面，在合适的价位，又很难找到可以满足计轴器电磁兼容测试条件的仪器，本发明针对计轴器电磁兼容测试，专门开发了一套数据采集存储系统，它的性能参数能够满足计轴器电磁兼容测试的所需要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，本数据采集存储系统成本低，体积小，功耗低，便于现场携带，并且满足计轴器电磁兼容测试的需求。
5.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：本发明提供了一种计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，包括主控制器电路、通讯传输电路和模拟采集电路；所述主控制器电路和所述通讯传输电路和模拟采集电路连接；所述通讯传输电路，用于将上机位发出的控制信号传递至所述主控制器电路和将所述主控制器电路采集到的模拟信号传递至上机位；所述模拟采集电路，用于对采集到的天线磁场的模拟信号进行衰减程控及转换得到带模拟信息的数字信号；所述主控制器电路，用于根据控制信号对主控制器电路内的采样速率、量程及通道进行设置后，接收所述模拟采集电路的数字信号并储存。
6.进一步的，所述模拟采集电路包括衰减程控电路和模数转换芯片；所述衰减程控电路，用于对接收天线磁场的模拟信号，进行衰减程控；所述模数转换芯片，用于将衰减程控后的模拟信号转换成数字信号。
7.进一步的，所述主控制器电路包括fpga数字控制芯片；所述fpga数字控制芯片内
设有第一模块；所述第一模块匹配模数转换芯片的数据读取协议，用于驱动模数转换芯片将采集到的模拟信号转换为数字信号。
8.进一步的，所述主控制器电路包括fifo存储芯片；所述fpga数字控制芯片包括第二模块；所述第二模块，用于将数字信号缓存至所述fifo存储芯片内，并按照以太网udp协议组包为udp数据包，同时控制模数转换芯片的转换速率。
9.进一步的，所述fpga数字控制芯片内包括第三模块；所述第三模块，用于把udp数据包通过通讯传输电路传输至上机位。
10.进一步的，所述fpga数字控制芯片内包括第四模块；所述第四模块，用于对上机位发出的udp数据包进行接收和解压，并提取解压的数据。
11.进一步的，所述fpga数字控制芯片内包括第五模块；所述第五模块，用于将udp数据包解压得到的数据进行缓存，并存储到指定的随机存取存储器中。
12.进一步的，所述fpga数字控制芯片内包括第六模块；所述第六模块，用于读取指定的随机存取存储器内的数据、控制模拟采集电路实施开始或停止采集动作及对主控制器电路的采样速率设置。
13.进一步的，所述采样速率包括500ks/s、1ms/s、3.125ms/s、5ms/s四个档位。
14.进一步的，所述模数转换芯片的转换位数为10位。
15.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明提供的一种计轴器电磁兼容的数据采集存储系统包括主控制器电路、通讯传输电路和模拟采集电路；模拟采集电路将接收的磁场信号经过衰减程控、转换得到数字信号；主控制器电路由通讯传输电路接收到控制信号，设置主控制器内的采样速率、量程和通道后，接收模拟采集电路的数字信号并存储；使用本数据采集存储系统能够实时接收控制信号、发送和存储数字信号，根据实际需求实时控制主控制器的采用速率、量程及通道；本计轴器电磁兼容的数据采集存储系统与计算机分开装置；该数据采集存储系统成本低，体积小，功耗低，便于现场携带，并且满足计轴器电磁兼容测试的需求。
附图说明
16.图1为现有计轴器车辆电磁兼容测试框架图；图2为计轴器电磁兼容的数据采集存储系统使用框图；图3为发明提供的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统的控制原理图；图4为计轴器电磁兼容的数据采集存储系统的传输原理图；图5为图3的通信传输电路框图；图6为图3的主控制器电路框图；图7为模拟采集电路框图；图8为计轴器电磁兼容的数据采集存储系统的的内部连接关系图；图9为本发明计轴器电磁兼容的数据采集存储系统的供电关系图。
实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.参阅图1至图9所示，本实施例提供了一种计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，包括主控制器电路、通讯传输电路和模拟采集电路。主控制器电路与通讯传输电路连接，模拟采集电路与主控制器电路连接。主控制器电路可由fpga以及fpga的外围基本电路组成，实现了本数据采集存储系统的控制以及信息交互，fpga的型号为xc7a35t-fgg484。通讯传输电路采用千兆以太网的协议，实现本数据采集存储系统于pc端上位机的控制交互以及模拟信号采集，主要使用rtl8211fd芯片来实现千兆以太网传输。
19.结合图3至图6所示，通讯传输电路，一方面是将上机位发出的控制信号传输到主控制器电路；另一方面，是将主控制器电路采集到的模拟信号发送至上机位。探头采集天线磁场的磁场信号传输到模拟采集电路，模拟采集电路对磁场信号进行衰减程控，得到模拟信号，并经过模拟采集电路的模数转换得到带有模拟信息的数字信号。
20.主控制器电路根据上机位通过通讯传输电路发送的控制信号，对主控制器电路内的采样速率、量程和通道进行设置；设置完成后，通过该设置接收模拟采集电路的数字信号，并进行存储。
21.具体的，如图7所示，模拟采集电路包括衰减程控电路和模数转换芯片。衰减程控电路和探头连接。探头将天线磁场的磁场信号传输至衰减程控电路，衰减程控电路通过衰减程控将磁场信号变为模拟信号。衰减程控电路与模数转换芯片连接，将模拟信号发送至模数转换芯片。模数转换芯片将模拟信号转换成带有模拟信息的数字信号。模拟转换芯片可采用a/d转换芯片3pa1030。
22.具体的，如图6和图8所示，主控制器电路包括fpga数字控制芯片和fifo存储芯片，模数转换芯片和fpga数字控制芯片连接。fpga数字控制芯片内部设置有六个模块。
23.其中，第一模块与模数转换芯片连接，匹配模数转换芯片的数据读取协议；可驱动控制模数转换芯片将采集到的模拟信号转换为数字信号的动作。
24.第二模块与第一模块连接，将模数转换芯片转换成的数字信号缓存在fifo存储芯片内，并按照以太网udp协议组包为udp数据包；另外，第二模块控第一模块的开始或停止采集动作以及转换速率，使得通过模数转换芯片的转换速率实现本数据采集存储系统所需的采用率。
25.第三模块分别连接fpga的内部fifo和通讯传输电路，第三模块将fpga的内部fifo内的udp数据包发送到以太网传输芯片，并由以太网传输芯片再传输至上机位。
26.第四模块与以太网传输芯片连接，以太网传输芯片接收上机位发出的udp数据包，第四模块对该以太网传输芯片过来的udp数据包进行解压，读取解压后的数据。
27.第五模块分别与第四模块、指定的随机存取储存器连接。将第四模块解压udp数据包得到的数据进行缓存，并将相应的数据分别存储到指定的随机存取储存器与fpga的fifo当中。
28.第六模块分别与指定的随机存储器、第二模块连接。第六模块读取指定的随机存取储存器的数据后，根据该数据控制第二模块，然后第二模块实施开始或停止采集动作以及对模数转换芯片的采样速率设置。
29.如图9所示，本计轴器电磁兼容的数据采集存储系统内供电关系，包括jw5060t（dc/dc转换芯片）、xc6204-282mr(ldo转换芯片)、ea3059(dc/dc转换芯片)、sgm3204(电荷泵芯片)、ths2502和ths2501运放芯片。12v(常规电源适配器)输入通过jw5060t(dc/dc转换
芯片)转换为5v电源轨。
30.rtl8211（以太网通信芯片）与fpga数字控制芯片，构成以太网传输链路。fpga数字控制芯片与模数转换芯片连接，构成模拟数字转换中的数字传输通道。模数转换芯片与ths2502、ths2501（高速运放芯片）连接，构成模拟数字转换中衰减程控电路的模拟传输通道。
31.一方面，5v电源轨通过xc6204-282mr(ldo转换芯片)转换为2.8v电源轨，提供给sgm3204(电荷泵芯片)转换为-2.8v的电源轨提供给ths2502和ths2501运放芯片。
32.另一方面，5v电源轨通过ea3059(dc/dc转换芯片)转换为3.3v、1.8v、1.05v电源轨；正常工作下，转换的3.3v电源轨提供给模数转换芯片、fpga数字控制芯片和通讯传输电路中的rtl8211的以太网芯片。转换的1.8v电源轨提供给fpga数字控制芯片。转换的1.05v电源轨提供给fpga数字控制芯片和通讯传输电路中的rtl8211的以太网芯片。
33.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
34.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
35.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
36.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
37.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，包括主控制器电路、通讯传输电路和模拟采集电路；所述主控制器电路分别与所述通讯传输电路、模拟采集电路连接；所述通讯传输电路，用于将上机位发出的控制信号传递至所述主控制器电路和将所述主控制器电路采集到的模拟信号传递至上机位；所述模拟采集电路，用于对采集到的天线磁场的磁场信号进行衰减程控及转换得到带模拟信息的数字信号；所述主控制器电路，用于根据控制信号对主控制器电路内的采样速率、量程及通道进行设置后，接收所述模拟采集电路的数字信号并储存。2.根据权利要求1所述的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，所述模拟采集电路包括衰减程控电路和模数转换芯片；所述衰减程控电路，用于对接收天线磁场的磁场信号，进行衰减程控得到模拟信号；所述模数转换芯片，用于将衰减程控后的模拟信号转换成数字信号。3.根据权利要求2所述的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，所述主控制器电路包括fpga数字控制芯片；所述fpga数字控制芯片内设有第一模块；所述第一模块匹配模数转换芯片的数据读取协议，用于驱动模数转换芯片将采集到的模拟信号转换为数字信号。4.根据权利要求3所述的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，所述主控制器电路包括fifo存储芯片；所述fpga数字控制芯片包括第二模块；所述第二模块，用于将数字信号缓存至所述fifo存储芯片内，并按照以太网udp协议组包为udp数据包，同时控制模数转换芯片的转换速率。5.根据权利要求4所述的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，所述fpga数字控制芯片内包括第三模块；所述第三模块，用于把udp数据包通过通讯传输电路传输至上机位。6.根据权利要求5所述的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，所述fpga数字控制芯片内包括第四模块；所述第四模块，用于对上机位发出的udp数据包进行接收和解压，并提取解压的数据。7.根据权利要求6所述的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，所述fpga数字控制芯片内包括第五模块；所述第五模块，用于将udp数据包解压得到的数据进行缓存，并存储到指定的随机存取存储器中。8.根据权利要求7所述的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，所述fpga数字控制芯片内包括第六模块；所述第六模块，用于读取指定的随机存取存储器内的数据、控制模拟采集电路实施开始或停止采集动作及对主控制器电路的采样速率设置。9.根据权利要求1所述的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，所述采样速率包括500ks/s、1ms/s、3.125ms/s、5ms/s四个档位。10.根据权利要求2所述的计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，其特征在于，所述模数转换芯片的转换位数为10位。

技术总结
本发明公开了轨道交通技术领域的一种计轴器电磁兼容的数据采集存储系统，旨在解决EN50238-3-2019中的计轴器与车辆电磁兼容测试数据采集技术问题。其包括通讯传输电路，用于将上机位发出的控制信号传递至主控制器电路和将主控制器电路采集到的模拟信号传递至上机位；模拟采集电路，用于对采集到的天线磁场的磁场信号进行衰减程控及转换得到带模拟信息的数字信号；主控制器电路，用于根据控制信号对主控制器电路内的采样速率、量程及通道进行设置后，接收所述模拟采集电路的数字信号并储存，本发明能够采集计轴器低频与高频天线感应的X轴、Y轴、Z轴低电压信号从而提供数据应用于计轴器电磁兼容性标准限值评估，具有便携，低功耗等优势。低功耗等优势。低功耗等优势。


技术研发人员：刘晓晶 冯丽娜 邱玉成 陈思 李杰 刘阳 支永健 刘松林 杨天矾
受保护的技术使用者：中车南京浦镇车辆有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/5/31