专利名称：一种电动轮汽车微机控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动轮汽车，特别是关于一种适用于170t电动轮汽车微机控制系统。
背景技术：
目前国内十几家使用电动轮汽车的单位主要分布在冶金、煤炭等行业和大型水 利工程，载重量主要是百吨左右，为了追求生产效率，用户偏爱使用载重量较大的 电动轮汽车。近年来随着矿山开采规模的增加和重大水利工程的施工，大吨位电动 轮汽车的需求比例不断增加。电动轮汽车主要依赖进口，随着汽车使用年限的增加，
设备状况逐渐老化，其控制板的性能有所下降，造成汽车故障率增高；另外控制板 的价格高、采购周期长且修复难度大，尤其是最核心的中央处理器板，其结构复杂， 价格昂贵，国内根本无法修复，运行成本高，直接制约着汽车的作业率，因此电动 轮汽车控制系统国产化迫在眉睫。截止到目前为止，国内有两家公司研制出了电动
轮汽车微机控制系统，但均仅适用于载重154t以下电动轮汽车。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、性能高、易于修复、成本 低并且适合170t电动轮汽车控制系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种电动轮汽车微机控制系统， 其特征在于包括 一微机控制装置和一显示设备；所述微机控制装置包括一底板和 与其相连的多块插件板；所述插件板包括多块AD板、 一控制板、多块DA板、一 频率量板、多块数字量输入板、多块数字量输出板和一电源板；其中，所述控制板 包括一数字信号处理器、 一可编程逻辑器件、多个AD转换器、多个存储器和一通 信接口 ；所述AD转换器将所述AD板采集并调理的电动轮汽车模拟量转换为数字量； 所述频率量板和数字量输入板采集的各信号输送给所述可编程逻辑器件；所述数字 信号处理器分别控制所述可编程逻辑器件、AD转换器、存储器和通信接口，同时接 收所述可编程逻辑器件和AD转换器输送的数据，并对输送的数据进行运算，以及 将运算的结果通过所述RS485通信接口发送至所述显示设备进行显示，同时对应输 送给所述输送数字量输出板和DA板进行输出，以控制电动轮汽车。
所述数字信号处理器包括一 EEPR0M控制子模块，读取或存储电动轮汽车参 数信息； 一串行通信子模块，将电动轮汽车的当前参数信息发送给所述显示设备进
4行显示； 一累积量计算子模块，计算电动轮汽车的累积量； 一主循环模块，依次调 用所述EEPROM控制子模块、串行通信子模块和累积量计算子模块；一AD子模块， 用于控制所述AD转换器将所述AD板采集并调理的电动轮汽车的模拟量转换为数字 量；一l/0子模块，用于控制所述数字量输入板采集电动轮汽车的数字量； 一频率 量采集子模块，用于控制所述频率量板采集电动轮汽车柴油机和牵引电机的转速频 率量； 一数据计算子模块，依据所述AD转换器输送的数字量和频率板输送的转速 频率量，计算出模拟量、电动轮汽车当前的车速和柴油机转速值； 一逻辑控制子模 块，依据所述数字量输入板输送的数字量，逻辑计算电动轮汽车当前工况及其所需 输出的数字量； 一牵引和制动控制子模块，依据逻辑控制子模块计算出的电动轮汽 车工况对所述数据计算子模块计算出的模拟量进行PI运算；一DA子模块，通过所 述DA板将所述PI运算的结果转化为模拟控制信号，控制电动轮汽车的牵引和制动； 一故障检测与处理子模块，及时检测并判断电动轮汽车故障； 一主定时器中断模块， 依次调用所述AD子模块、1/0子模块、频率量采集子模块、数据计算子模块、逻辑 控制子模块、DA子模块、牵引控制子模块、制动控制子模块和故障检测与处理子模 块。
所述控制板中的通信接口采用一 RS85通信接口，所述控制板还包括一 RS232 通信接口。
所述显示设备为显示电动轮汽车运行参数、累积量和故障信息，以及査看电动 轮汽车汽车历史故障记录和故障发生时记录的电动轮汽车运行参数用的10.4英寸
彩色液晶触摸显示屏。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、由于本发明的微机控制 装置采用插件结构，便于故障排除和检修，更换单板，不必更换整套微机控制装置， 因此大大降低了维修成本，且易于修复。2、由于本发明采用了运算速度快和内存 的空间大的处理器和各种可靠的控制模块，因此控制精度高，功能扩展空间大。3、 由于本发明采用了可编程逻辑器件进行外部电路设计，可编程逻辑器件将许多逻辑 功能集于一身，大大简化了数字信号处理器的外围电路设计。4、由于本发明的 EEPROM存储器采用的是铁电存储器，因此本发明可以通过EEPROM存储器实现连续 写入并且写入后可以马上读取数据，不同于一般EEPROM存储器需要写入等待周期， 掉电情况下保证大于10年的数据保持时间，并且操作方便。5、由于本发明釆用了 中文显示的彩色液晶触摸显示屏，其可以实时显示电动轮汽车运行参数、累积量和 故障信息，同时还可以通过触摸显示屏査看汽车历史故障记录和故障发生时记录的 汽车运行参数，因此驾驶员可以一目了然地了解、分析电动轮汽车当前的运行参数，便于及时排除故障。
图l是本发明的结构示意图
图2是本发明的控制板电路示意图 图3是本发明数字信号处理器中主循环模块的结构框图 图4是本发明数字信号处理器中主定时器中断模块的结构框图 图5是本发明的主循环模块工作流程图 图6是本发明的主定时器中断模块工作流程图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。
如图1所示，本发明包括一微机控制装置1和一显示设备2。其中，微机控制 装置1可以采用标准3U机箱模式，其包括一底板3和多块插件板。其中底板3是 一块具有多个插槽的电路板，各插件板通过插槽与底板3连接并输送相应的信号。 插设在底板3上的各插件板包括两AD板4， 一控制板5、 一DA板6、 一频率量板 7、三数字量输入板8、三数字量输出板9和一电源板10。
AD板4连接控制板5,其将电动轮汽车上的传感器采集到的电动轮汽车信号调 理后输送给控制板5，控制板5将输入的信号进行转换及运算处理，再将根据处理 结果得出的控制指令输送给DA板6。 DA板6是一DA转换电路，其将控制板5输送 的数字量转化为模拟量，并输送给电动轮汽车上的发电机单相半控整流桥触发板和 磁场削弱触发板，从而控制发电机励磁单相半控整流桥晶闸管和磁场削弱处晶闸管 的触发角度。频率量板7是一采集电动轮汽车上的柴油机和两牵引电机的转速频率 量的外围电路，其将采集到的转速频率量输送给控制板5进行数据处理。数字量输 入板8是一采集电动轮汽车数字量的外围电路，其将采集到的数字量输送给控制板 5进行数据处理。数字量输出板9用于隔离和放大数字量输出信号，驱动电动轮汽 车上的负载，比如接触器、继电器、指示灯和报警蜂鸣器。电源板10是一电压转 换电路，为本发明控制系统提供所需电源，电源板10采用一隔离电源模块。
如图2所示，上述实施例中，控制板5包括一数字信号处理器(digital signal processor, DSP) 11、 一可编程逻辑器件(Complex Programable Logic Device, CPLD) 12、三AD转换器13、 一RS485通信接口 14、 一 RS232通信接口 15、 一RAM 存储器16和一 EPR0M存储器17。其中，数字信号处理器11分别控制可编程逻辑器 件12、三AD转换器13、 RS485通信接口 14、 RS232通信接口 15、 RAM存储器16和 EPR0M存储器17，同时数字信号处理器11接收可编程逻辑器件12和AD转换器13输送的数据，并对输送的数据进行运算，以及将运算的结果通过RS485通信接口 14 发送至显示设备2进行显示，同时对应输送给数字量输出板9和DA板6进行输出， 从而控制电动轮汽车。本实施例中，数字信号处理器11可以采用TI公司的32位 高性能数字信号处理器TMS320F2812。
可编程逻辑器件12分别与频率量板7和数字量输入板8连接，可编程逻辑器 件12在数字信号处理器11控制作用下，将频率量板7和数字量输入板8输入的数 据输送给数字信号处理器11进行运算处理。可编程逻辑器件12主要完成频率量板 7对电动轮汽车频率量的采集、三数字量输入板8对开关量的采集、数字量输出板 9对开关量的输出和外部设备片选逻辑产生。可编程逻辑器件12具有在系统可编程 (In-System Programming, ISP)功倉L
三AD转换器13连接二 AD板4, AD转换器13将AD板4输出的模拟量转换为 数字量输送给数字信号处理器11进行运算处理。RS485通信接口 14用于数字信号 处理器11与显示设备2之间的数据传输，RS232通信接口 15用于扩展功能。RAM 存储器16用于存储程序运行中产生的过程数据。本实施例中，RAM存储器16可以 采用256Kxl6位、高速静态的、并由3. 3V电源供电的R細芯片。EEPR0M存储器17 用于存储电动轮汽车的故障履历、故障发生次数和累积量。累积量包括柴油机运 行总时间，柴油机本月运行总时间，柴油机当日运行时间，汽车运行总里程，汽车 本月运行总里程，汽车本次运行总里程。本实施例中，EEPROM存储器17采用铁电 存储器，也可以采用其它存储器，在此不限。
上述实施例中，数字信号处理器11中设置有主循环模块18、主定时器中断模 块19、 EEPR0M控制子模块20、串行通信子模块21、累积量计算子模块22、 AD子 模块23、 DA子模块24、 I/O子模块25、频率量采集子模块26、数据计算子模块27、 逻辑控制子模块28、牵引控制子模块29、制动控制子模块30和故障检测与处理子 模块31。如图3所示，主循环模块18可以依次调用EEPROM控制子模块20、串行 通信子模块21和累积量计算子模块22。如图4所示，主定时器中断模块19可以分 时调用AD子模块23、 DA子模块24、 I/O子模块25、频率量采集子模块26、数据 计算子模块27、逻辑控制子模块28、牵引控制子模块29、制动控制子模块30和故 障检测与处理子模块31。
如图5所示，主循环模块18调用各子模块的步骤如下
(1) 系统初始化系统接通电源后，首先进行内部及外部端口初始化。
(2) 参数读写与存储主循环模块18调用EEPR0M控制子模块20时，数字信 号处理器11控制EEPROM存储器15对电动轮汽车的参数进行读取或存储。若当前电动轮汽车发生故障，EEPROM存储器15保存当前电动轮汽车相关参数信息。
(3) 调用串行通信子模块20:主循环模块18调用串行通信子模块20时，数 字信号处理器11通过RS485通信接口 14将电动轮汽车的当前参数信息发送给显示 设备2进行显示，用户可以通过显示设备2观察到电动轮汽车的当前参数信息。
(4) 整车累计参数计算主循环模块18调用累积量计算子模块22时，数字 信号处理器ll每隔ls计算一次电动轮汽车的累积量，比如柴油机运行总时间、本 月运行总时间、当日运行总时间、电动轮汽车运行总里程，本月运行总里程，本次 运行总里程。
主循环模块18在步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的任一步骤中，若没有定 时器中断产生，主循环模块18就继续按上述步骤循环执行以上工作。反之，主定 时器中断模块19分时调用AD子模块23、 DA子模块24、 I/O子模块25、频率量采 集子模块26、数据计算子模块27、逻辑控制子模块28、牵引控制子模块29、制动 控制子模块30和故障检测与处理子模块31，主定时器中断模块19工作完毕后，若 没有定时器中断发生，则主定时器中断模块19退出，主循环模块18继续循环执行 其相应工作。
如图6所示，主定时器中断模块19调用各子模块的步骤如下
1) 数据采集主定时器中断模块19分时调用AD子模块23、 1/0子模块25和 频率量采集子模块26时，AD转换器13将AD板4采集的模拟量转换为数字量，数 字量输入板8采集电动轮汽车的数字量，频率量板7采集电动轮汽车柴油机和牵引 电机的转速频率量。
2) 数据计算主定时器中断模块19调用数据计算子模块27时，数字信号处 理器11依据AD转换器13输送的数字量和频率量板7输送的转速频率量，计算出 模拟量、电动轮汽车当前的车速和柴油机转速值，其中电动轮汽车当前的车速和柴 油机转速值均为电动轮汽车的当前参数信息。
3) 逻辑运算主定时器中断模块19调用逻辑控制子模块28时，数字信号处 理器11根据数字量输入板8采集到的数字量进行逻辑计算，并计算出当前电动轮 汽车的工况及其所需输出的数字量，输送给数字量输出板9。
4) 牵引制动控制主定时器中断模块19先调用牵引控制子模块29和制动控 制子模块30，数字信号处理器11根据步骤2)和3)中计算出的结果再进行PI运 算；然后主定时器中断模块19调用DA子模块24， DA板6将数字信号处理器11输 送的PI运算的结果转化为模拟控制信号输出给电动轮汽车，即数字信号处理器11 通过DA板6输出的控制信号调节电动轮汽车上的发电机励磁电流或弱磁电流，实
8现对电动轮汽车的牵引或电制动控制。
5)故障诊断主定时器中断模块19调用故障检测与处理子模块31，数字信号
处理器11及时判断电动轮汽车故障，若判断出故障严重，则控制电动轮汽车自动 停车。
上述实施例中，显示设备2与微机控制装置1之间通过RS485通信接口 14进 行通信。用户可以通过显示设备2， 了解电动轮汽车工况，车速，柴油机转速、水 温，两牵引电机的转速和电压，故障信息，两制动电阻的电压和电流，两整流器的 电压，牵引电流，制动电流，制动励磁电流，接触器状态，两分流器电流，发电机 励磁电流，发电机功率，机油压力，举升压力，转向压力，柴油机运行总时间，柴 油机本月运行总时间，柴油机当日运行总时间，车辆运行总里程，车辆本月运行总 里程，车辆本次运行总里程。同时，还可以査看电动轮汽车的历史故障记录和故障 发生时的电动轮汽车参数，便于故障排除和故障统计分析。本实施例中，显示设备 2可以采用10. 4英寸彩色液晶触摸显示屏。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，本发明并不仅限于上述实施方式，凡依 据本发明说明书、权利要求书及附图所作的等效结构变换，均应包含在本发明的专 利保护范围内。
权利要求
1、一种电动轮汽车微机控制系统，其特征在于包括一微机控制装置和一显示设备；所述微机控制装置包括一底板和与其相连的多块插件板；所述插件板包括多块AD板、一控制板、多块DA板、一频率量板、多块数字量输入板、多块数字量输出板和一电源板；其中，所述控制板包括一数字信号处理器、一可编程逻辑器件、多个AD转换器、多个存储器和一通信接口；所述AD转换器将所述AD板采集并调理的电动轮汽车模拟量转换为数字量；所述频率量板和数字量输入板采集的各信号输送给所述可编程逻辑器件；所述数字信号处理器分别控制所述可编程逻辑器件、AD转换器、存储器和通信接口，同时接收所述可编程逻辑器件和AD转换器输送的数据，并对输送的数据进行运算，以及将运算的结果通过所述RS485通信接口发送至所述显示设备进行显示，同时对应输送给所述输送数字量输出板和DA板进行输出，以控制电动轮汽车。
2、 如权利要求1所述一种电动轮汽车微机控制系统，其特征在于所述数字 信号处理器包括-EEPR0M控制子模块，读取或存储电动轮汽车参数信息； 一串行通信子模块，将电动轮汽车的当前参数信息发送给所述显示设备进行显示；一累积量计算子模块，计算电动轮汽车的累积量；一主循环模块，依次调用所述EEPR0M控制子模块、串行通信子模块和累积量 计算子模块；一 AD子模块，用于控制所述AD转换器将所述AD板采集并调理的电动轮汽车的模拟量转换为数字量；一 1/0子模块，用于控制所述数字量输入板釆集电动轮汽车的数字量； 一频率量采集子模块，用于控制所述频率量板釆集电动轮汽车柴油机和牵引电机的转速频率量；一数据计算子模块，依据所述AD转换器输送的数字量和频率板输送的转速频 率量，计算出模拟量、电动轮汽车当前的车速和柴油机转速值；一逻辑控制子模块，依据所述数字量输入板输送的数字量，逻辑计算电动轮汽 车当前工况及其所需输出的数字量；一牵引和制动控制子模块，依据逻辑控制子模块计算出的电动轮汽车工况对所述数据计算子模块计算出的模拟量进行PI运算；一DA子模块，通过所述DA板将所述PI运算的结果转化为模拟控制信号，控制电动轮汽车的牵引和制动；一故障检测与处理子模块，及时检测并判断电动轮汽车故障； 一主定时器中断模块，依次调用所述AD子模块、1/0子模块、频率量采集子模块、数据计算子模块、逻辑控制子模块、DA子模块、牵引控制子模块、制动控制子模块和故障检测与处理子模块。
3、 如权利要求1或2所述一种电动轮汽车微机控制系统，其特征在于所述 控制板中的通信接口采用一 RS85通信接口 ，所述控制板还包括一 RS232通信接口 。
4、 如权利要求1或2所述一种电动轮汽车微机控制系统，其特征在于所述 显示设备为显示电动轮汽车运行参数、累积量和故障信息，以及査看电动轮汽车汽 车历史故障记录和故障发生时记录的电动轮汽车运行参数用的10.4英寸彩色液晶 触摸显示屏。
全文摘要
本发明涉及一种电动轮汽车微机控制系统，它包括微机控制装置和显示设备；微机控制装置包括底板和与其相连的多块插件板；控制板包括一数字信号处理器、一可编程逻辑器件、多个AD转换器、多个存储器和一通信接口；AD转换器将电动轮汽车模拟量转换为数字量；数字信号处理器分别控制可编程逻辑器件、AD转换器、存储器和通信接口，同时接收可编程逻辑器件和AD转换器输送的数据，并对输送的数据进行运算，以及将运算的结果通过RS485通信接口发送至显示设备进行显示，同时对应输送给输送数字量输出板和DA板进行输出，以控制电动轮汽车。本发明提高了电动轮汽车的使用性能，降低了生产成本，具有结构简单、修复简便的优点。
文档编号G05B19/05GK101556470SQ200910083939
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月11日 优先权日2009年5月11日
发明者刘京斗, 伟 李, 李晓群, 李祥丽, 王文胜 申请人:北京东风机车电器厂