專利名稱：基于pwm信號輸出控制技術(shù)的新型鐵路機車司機控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鐵路機車司機控制器，尤其涉及一種基于PWM控制技術(shù)的電 力機車、電動車組或內(nèi)燃機車的司機控制器。
背景技術(shù)：
目前，在電力機車或內(nèi)燃機車上都采用司機控制器對機車實施控制。所述司機控 制器主要包括兩個手柄，分別是“方向選擇手柄”和“速度調(diào)節(jié)手柄”，在傳統(tǒng)控制器中都為 觸電式開關(guān)；“方向選擇手柄”是一個三位置開關(guān)，分別為向前位、零位、向后位；“速度調(diào) 節(jié)手柄”是一個牽引、制動選擇開關(guān)，分別為牽引多級(一般為10級)和制動多級(一般 為10級)，控制級通過電位器輸出模擬量來實現(xiàn)。機車司機在控制機車運行時，通過操縱司 機控制器1送出機車向前或向后、速度級位的相應(yīng)接點信號，該信號通過導(dǎo)線傳遞給機車 中央控制單元，并通過中央控制單元2監(jiān)測機車各種電器設(shè)備的運行狀態(tài)，來滿足司機的 控制要求。由于司機控制器送出的是有接點信號，一個司機控制器的出線多達20根以上，再 加上為滿足機車的各種復(fù)雜的運行要求，司機控制器工作十分頻繁，因而故障率很高，主要 表現(xiàn)為接點燒損嚴重、司機控制器出線斷裂造成控制信號中斷等，傳統(tǒng)的傳輸方式存在著 導(dǎo)線多、接口復(fù)雜、易損壞、出錯率高等缺陷。所以，急需一種新的信號輸出控制技術(shù)來彌補現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的，在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，研制一種新型鐵路機車司機控制 器。旨在滿足現(xiàn)有司機控制方式和習(xí)慣的基礎(chǔ)上，將接觸式的有接點信號改為非接觸式光 電信號；二是配置一套冗余的PWM轉(zhuǎn)換電路將光電信號轉(zhuǎn)換成可以長距離傳輸，抗干擾能 力好的PWM電氣接口，將司機控制指令傳遞給機車的中央控制單元。其技術(shù)實現(xiàn)手段如下—種基于PWM信號輸出控制技術(shù)的新型機車司機控制器，包括換向手柄和調(diào)速手 柄，其特征在于還包括發(fā)光元件、光學(xué)透鏡、光學(xué)感應(yīng)器、圖象分析芯片和解碼器；所述發(fā)光 元件安裝在換向手柄和調(diào)速手柄上發(fā)出光線，通過光學(xué)透鏡在光學(xué)感應(yīng)器上成像，光學(xué)感 應(yīng)器將光信號轉(zhuǎn)變成為電信號，形成矩陣形式的數(shù)字信號傳入圖象分析芯片中進行降噪放 大處理，并判斷位移方向和移動距離將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號，該脈沖信號傳入解碼器中 進行數(shù)據(jù)處理，將換向手柄的位置信號、調(diào)速手柄的位置信號和檔位信號處理成數(shù)字信號， 將其送到網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換板中轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)傳輸信號，最終傳送到中央控制單元中進行處理，并發(fā) 出控制指令。所述光學(xué)感應(yīng)器為C0MS光學(xué)感應(yīng)器，通過互補效應(yīng)原理產(chǎn)生電流從而將光信號 轉(zhuǎn)變成為電信號。采用光電原理，當(dāng)司機控制器發(fā)出指令時，送出無觸點的數(shù)字化信號，大大地減少了由于觸點的磨損引起的故障和壽命降低。換向手柄和調(diào)速手柄移動時，移動軌跡被記錄并通過圖象分析芯片對移動軌跡的 圖像進行分析處理，判斷手柄的移動方向和移動距離，從而完成對手柄的定位。所述換向手柄和調(diào)速手柄的聯(lián)鎖功能可以通過中央控制單元實現(xiàn)。PWM轉(zhuǎn)換板與中央控制單元連接可以采用一套或兩套冗余的方式進行連接。PWM 轉(zhuǎn)換電路為目前現(xiàn)有成熟的控制技術(shù)。本實用新型采用了 PWM控制技術(shù)，PWM技術(shù)的特點是將電信號轉(zhuǎn)換成一種通過調(diào) 節(jié)脈寬和占空比來實現(xiàn)變化的技術(shù)，其優(yōu)點是傳輸不受干擾，不受距離限制。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的優(yōu)點是顯而易見的，主要表現(xiàn)在它的兼容 性、可靠性和無維護性，在滿足目前司機控制器的外觀和操縱習(xí)慣的基礎(chǔ)上，將有觸點信號 輸出，變換成無觸點的數(shù)字信號輸出，還增加了 PWM轉(zhuǎn)換板，使輸出的信號具有長距離傳輸 無損失、抗干擾等優(yōu)點，同時采用了冗余設(shè)計，增加了司機控制器指令的可靠性，也減少了 事故隱患。

本實用新型有附圖4幅，其中圖1是現(xiàn)有機車司機控制器基本電路原理示意圖；圖2是現(xiàn)有機車控制電路的基本電路原理示意圖；圖3是本實用新型提供的司機控制器基本電路原理示意圖；圖4是本實用新型提供的機車控制電路的基本電路原理示意圖；圖4為本實用新型的說明書摘要附圖。圖中1、司機控制器，101、發(fā)光元件，102、光學(xué)透鏡，103、光學(xué)感應(yīng)器，104、圖象分 析芯片，105、解碼器，106、PWM轉(zhuǎn)換板，2、總控單元，3、傳輸信號導(dǎo)線，4、傳輸信號冗余導(dǎo)線， 5、換向手柄，6、調(diào)速手柄。
具體實施方式
如圖3、圖4所示，該新型機車司機控制器1首先將無觸點的數(shù)字信號送到集成在 司機控制器1內(nèi)部的轉(zhuǎn)換板上，它采用光電原理，將有接點信號變成無接點的光電信號，從 而有效地避免了接點燒損嚴重，再通過PWM轉(zhuǎn)換板106將數(shù)字量變換成PWM信號，送到機車 總控單元2實施機車控制功能，并且可以采用兩套冗余的控制方式，有效地確保控制信號 的不中斷。當(dāng)換向手柄5和調(diào)速手柄6移動時，手柄上發(fā)光元件101隨手柄動作，產(chǎn)生相應(yīng)位 移，通過光學(xué)透鏡102使光線投射在CMOS光學(xué)感應(yīng)器103上并在CMOS光感電路上成像，由 于CMOS光感電路上共存著帶N(帶-電)和P(帶+電)級的半導(dǎo)體，通過互補效應(yīng)產(chǎn)生 電流，從而將光信號轉(zhuǎn)變成為電信號，形成矩陣形式的數(shù)字信號，傳入圖象分析芯片DSP104 中進行降噪放大處理，完成后將此數(shù)字信號與存儲的上一采樣周期的數(shù)字信號進行比較， 計算出相對于上一采樣周期的位移方向和位移距離，發(fā)出數(shù)字脈沖信號進入專用解碼器 105中進行處理，換向手柄5需要解碼出位移方向和位移距離，用以確定換向手柄5的位置 (向前位、零位、向后位)，同樣調(diào)速手柄6解碼出來的位移方向可以確定手柄處于的位置(牽引位、零位、制動位)，而位移距離可以確定牽引和制動的檔位，兩個手柄的聯(lián)鎖功能可 以通過機車總控單元2實現(xiàn)。解碼器105可以采用市場上常見的V⑶/D⑶解碼器，PWM轉(zhuǎn)換板106可以很方便 地采用CPLD來實現(xiàn)，可以作到5% 95%連續(xù)調(diào)節(jié)。兩個手柄的位移方向和位移距離通過專用解碼器105確定之后，解碼器105輸出 代表換向手柄5的位置、調(diào)速手柄6的位置和檔位的數(shù)字信號，送到PWM轉(zhuǎn)換板106上，轉(zhuǎn) 換成為CPLDPWM信號，通過傳輸導(dǎo)線3送入機車的中央處理單元2中，由于采用冗余的方式 所以還設(shè)有冗余導(dǎo)線4，從而實現(xiàn)司機控制器1的非接觸控制。
權(quán)利要求一種基于PWM信號輸出控制技術(shù)的新型鐵路機車司機控制器，包括換向手柄(5)、調(diào)速手柄(6)和機車總控單元，所述司機控制器(1)上有發(fā)光元件(101)、光學(xué)透鏡(102)、光學(xué)感應(yīng)器COMS(103)、圖象分析芯片DSP(104)、解碼器(105)和PWM轉(zhuǎn)換板(106)，該PWM轉(zhuǎn)換板(106)通過傳輸信號導(dǎo)線(3)及傳輸冗余導(dǎo)線(4)與所述的機車總控制單元(2)電連接；所述發(fā)光元件(101)安裝在換向手柄(5)和調(diào)速手柄(6)上，換向手柄和調(diào)速手柄移動時，其上的發(fā)光元件(101)會隨之移動，光線的移動方向和距離經(jīng)光電處理后，形成矩陣形式的數(shù)字信號傳入圖象分析芯片DSP(104)中進行降噪放大處理，并判斷位移方向和移動距離將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號，該脈沖信號傳入解碼器(105)中進行數(shù)據(jù)處理，并將換向手柄(5)的位置信號、調(diào)速手柄(6)的位置信號和檔位信號處理成數(shù)字信號，送到PWM轉(zhuǎn)換板(106)中轉(zhuǎn)換成PWM信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于PWM信號輸出控制技術(shù)的新型鐵路機車司機控制器，其特 征在于所述光學(xué)感應(yīng)器(103)為C0MS光學(xué)感應(yīng)器，通過互補效應(yīng)原理產(chǎn)生電流從而將光信 號轉(zhuǎn)變成為電信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于PWM信號輸出控制技術(shù)的新型鐵路機車司機控制器，其特 征在于所述PWM轉(zhuǎn)換板(106)中采用CPLDPWM轉(zhuǎn)換電路。
專利摘要本實用新型公開了一種基于PWM控制技術(shù)的新型機車司機控制器，采用發(fā)光元件安裝在換向手柄和調(diào)速手柄上發(fā)出光線，通過光學(xué)透鏡在光學(xué)感應(yīng)器上成像，光學(xué)感應(yīng)器將光信號轉(zhuǎn)變成為電信號，形成矩陣形式的數(shù)字信號傳入圖象分析芯片中進行降噪放大處理，并判斷位移方向和移動距離將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號，該脈沖信號傳入解碼器中進行數(shù)據(jù)處理，將換向手柄的位置信號、調(diào)速手柄的位置信號和檔位信號處理成數(shù)字信號，將其送到網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換板中轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)傳輸信號，最終傳送到中央控制單元中進行處理，并發(fā)出控制指令。該機車司機控制器具較高的抗干擾能力和可靠性，將有觸點信號輸出變換成無觸點的信號輸出，適于在機車領(lǐng)域廣泛推廣。
文檔編號B61C17/00GK201597591SQ200920247748
公開日2010年10月6日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者史秀孌, 姜悅禮 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心