动态轨道衡快速多通道板卡系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种动态轨道衡快速多通道板卡系统，它由电源模块、放大滤波模块、Ａ／Ｄ转换模块及多通道扩展模块组成；多通道扩展模块由ＩＳＡ地址线信号输出模块、译码信号选择电路模块和ＩＳＡ数据线信号输入模块构成；各模块通过ＩＳＡ总线相连接。本实用新型专利技术主要实现了模拟信号的放大滤波、模数转换、多通道扩展，并通过ＩＳＡ总线的进行数据传输，不仅提高了转换精度，加快了转换和传输速率，还大大增加了集成度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种动态轨道衡系统，尤其涉及一种动态轨道衡快速多通道板卡 系统。
技术介绍
最早的动态轨道衡是有基坑形式的，这种结构形式的轨道衡对火车机车的通过速 度有限制，通道的采样速率要求也相对较低，一般只能满足通过时速为20km以下的机车。 每路称重传感器输出的模拟信号经过放大、滤波电路后，接入单独的A/D (模/数)转换器， 由单片机对多个A/D转换进行控制，并通过RS485串行总线方式将批量数字信号传输至上 位机。单片机是分时对A/D转换器进行控制的，需要的通道数量越多，系统转换速率越慢； A/D转换器是串行传输方式，这种转换方式虽然精度较高，但是本身的转换速率就比较慢； 单片机通过串行RS485方式将数据批量传输至上位机，再次局限了传输速率。现今随着无基坑不断轨轨道衡的成功研发，铁路列车通过动态轨道衡的速度有了 明显提升，这也要求通道要有更快的转换速度和传输速度。每路称重传感器输出的模拟信 号经过多路放大、滤波电路后，直接接入采用模拟多路选择器方式的A/D采样卡，将数据并 行传输至上位机。现有的系统结构示意图如附图说明图1所示。这种方式解决了转换速度和传输速 度的问题，但是却出现了精度问题。A/D采样卡采用模拟多路选择器方式，相邻通道的数据 容易受到干扰，转换精度和转换稳定度都会受到不小影响。另外，这种方式必须将放大、滤 波电路和模拟多路选择器方式的A/D采样卡分开，集成度不够高。现有的系统在技术上虽然解决了采样和传输的速率问题，但是A/D采样卡普遍存 在采用模拟式的多路选择器原理，各通道之间会相互干扰，其稳定度和精度不高，系统集成 度也不高。技术内容在保证转换和传输速率的基础上，为了解决现有系统在技术上所存在的稳定度、 精度不高及系统集成度也不高的问题，本技术提供了一种动态轨道衡快速多通道板卡 系统。本技术所采用的技术方案是一种动态轨道衡快速多通道板卡系统，它由电 源模块、放大滤波模块、A/D转换模块及多通道扩展模块组成；多通道扩展模块由ISA地址 线信号输出模块、译码信号选择电路模块和ISA数据线信号输入模块构成；各模块通过ISA 总线相连接。本技术主要实现了模拟信号的放大滤波、模数转换、多通道扩展，并通过ISA总 线的进行数据传输，不仅提高了转换精度，加快了转换和传输速率，还大大增加了集成度。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。3图1为现有的系统结构示意图。图2为本技术系统结构示意图。图3为ISA地址线信号输出示意图。图4为译码信号选择电路结构示意图。图5为译码选择电路原理图。图6为ISA数据线信号输入示意图。图7为放大滤波电路结构示意图。图8为放大滤波原理示意图。图9为ADS7821硬件布局图。具体实施方式如图2所示本技术由四个模块组成，分别是电源模块1、放大滤波模块2、A/ D (模/数)转换模块3及多通道扩展模块。一、电源模块如图2所示，电源模块1提供了本技术中称重传感器需要的直流供桥电压，放 大滤波电路和A/D转换模块需要的高精度直流，前者决定了通道板卡输入信号的稳定度， 后者直接影响了通道板卡的精度。电源模块1采用二级稳压的双电源模式对传感器和通道板卡供电。经过交流稳压 电源和UPS后，220V交流电压先通过的变压器送往整流桥；产生直流电压通过三端稳压器 LM7810与LM7910分别产生士 IOV电压；此电压通过两组可调三端稳压器LM317和LM337 分别产生士7V与士5V电压。其中，士5V为称重传感器供电电压；士7V为放大滤波供电电 压；除了 A/D芯片以外，所有集成芯片所需的+5V电压都来自ISA总线。在一级稳压电路中，整流电路将交流转变成脉动的直流。而在整流电路之后接入 一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳 定的直流电压。为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，在电源的输出端及 负载的电源输入端接入数十至数百微法的电解电容。由于大容量的电解电容具有一定的电 感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，在其两端并联了一只容量为0. 001-0. IpF的 校正电容，以滤除高频及脉冲干扰。另外，在低频信号的传递与放大过程中，为了防止前后 两级电路的静态工作点相互影响，采用大容量的电解电容进行藕合。二、多通道扩展模块多通道扩展模块是本技术实现多路信号处理的关键点，由ISA地址线信号输 出模块、译码信号选择电路模块和ISA数据线信号输入模块构成。1、ISA地址线信号输出ISA 总线(Industrial Standard Architecture，工业标准结构总线)分为四类， 数据线与地址线决定了数据传输的宽度和直接寻址的范围；控制线、时序线与中断信号线 决定了总线功能的强弱以及适应性的好坏；电源线和地线决定了电源的种类及地线的分布 和用法；备用线是厂家和用户作为性能扩充或作为特殊要求使用的信号线。该系统设计为工控机内部设备，需要有独立的地址。为了通道个数的扩展，设计 中最多可以扩展成4张卡，S卩16通道，选择的地址范围为7C0-7C8、7D0-7D8、7E0-7E8与47F0-7F8。“7”作为高位是为了与其他设备不发生冲突；“C”、“D”、“E”、“F”作为可选的中位 地址是为了通道个数的扩展；低位地址分别扫描，以形成了多路数字信号在ISA总线上的 分时传输。通道个数的扩展，需要11位ISA地址线的控制才能实现。高三位地址线(A11、A10、 A9)必需要输出高电平；中四位地址线(A8、A7、A6、A5)通过电路输出不同的地址加以扩展； 低四位地址线(A4、A3、A2、A1)通过译码芯片，分时输出所需的电平。ISA地址线信号输出 如图3所示。2、译码信号选择电路译码信号选择电路的主要作用是通过译码器与控制电路，控制每张通道板卡4路 A/D转换与4张通道板卡的扩展，并最终实现16路A/D转换。本专利通过片选器与译码器来实现译码器信号的选择。在ISA中四位地址线输出 不同的地址信号后，片选器都能够准确地触发译码器的使能端。片选器选用74LS30芯片、 74LS00芯片与短接开关。74LS30芯片是八输入与非门，所有高电平信号的输入才能保证译 码使能低电平信号的输出。74LS00芯片与短接开关附加在A5、A6、A7地址线后，以保证译 码电路不受地址分配的影响最终输出高电平。其中，ISA地址线A5、A6、A7分别接入74LS00芯片的2A2B、1A1B、4A4B，并通过短 接块来选择输出高电平；ISA的读/写线接入74LS00芯片的3A3B，以选择输出高电平。这 些高电平与All、A10、A9、A8输出的高电平又通过74LS30芯片得到有效的低电平，此电平 就是保证译码芯片能够正常工作的使能有效低电平。译码信号选择电路结构如图4所示。译码器选用74LS154芯片。74LS154是4_16译码器，两个使能端都是低电平有效， 四个信号输入电平决定了低电平信号的输出引脚。使能端有效时，ISA低四位地址线信号 Al、A2、A3、A4直接输入74LS154的信号选择端A、B、C、D，并根据电平的排列选择片选信号 的输出引脚。译码选择电路原理如图5所示。3、ISA数据线信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态轨道衡快速多通道板卡系统，其特征在于：它由电源模块、放大滤波模块、Ａ／Ｄ转换模块及多通道扩展模块组成；多通道扩展模块由ＩＳＡ地址线信号输出模块、译码信号选择电路模块和ＩＳＡ数据线信号输入模块构成；各模块通过ＩＳＡ总线相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾佳捷，
申请(专利权)人：杭州钱江称重技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]