專利名稱：電力機車雨刮自動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于PWM的電力機車雨刮自動控制器。
背景技術(shù)：
目前，機車雨刮系統(tǒng)經(jīng)歷了氣動式雨刮系統(tǒng)、電動雨刮系統(tǒng)。其中電動雨刮系統(tǒng)又分為繼電器式雨刮系統(tǒng)、永磁電機雙路雨刮系統(tǒng)、正向永磁電機PWM型雨刮系統(tǒng)發(fā)展。機車車輛向高速、重載、交流傳動發(fā)展的同時，對環(huán)境保護、舒適度、降低壽命周期成本、安全提出了很高的要求。這就對機車電氣設(shè)備的發(fā)展除了性能要求越來越高外，在向電子化(機電一體化)、多功能模塊化、密封化、免維護、智能化發(fā)展的同時，要求更注意環(huán)境保護、降低噪聲、提高可靠性、降低壽命周期成本(產(chǎn)品成本加維修成本)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于PWM的電力機車雨刮自動控制器，它可以有效地對使用有刷直流電機的電力機車雨刮裝置進行控制，實現(xiàn)電力機車雨刷的高速、低速、間歇和停止的自動控制，使機車擋風(fēng)玻璃在雨雪天氣狀況下有足夠的清晰度，保證機車安全運行。本實用新型的技術(shù)方案一種電力機車雨刮自動控制器，它包括微處理器模塊、輸入模塊、PWM驅(qū)動模塊、直流電機驅(qū)動模塊、位置檢測模塊和過載保護模塊；采用基于PWM調(diào)壓方式，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，根據(jù)不同的輸入信號分別實現(xiàn)電力機車雨刷的高速、低速、間歇和停止的控制。其微處理器模塊采用型號為STC12C5A08PWM單片機芯片，其內(nèi)集成了看門狗電路和兩路PWM產(chǎn)生電路。輸入模塊由開關(guān)和光耦隔離電路組成，它將消除干擾的輸入信號輸入微處理器模塊。PWM驅(qū)動模塊由高速光耦和集成電路UCC27321P以及電阻電容元件組成，實現(xiàn)對微處理器模塊輸出的PWM信號進行整形，驅(qū)動M0SFET。直流電機驅(qū)動模塊由MOSFET直流電機驅(qū)動電路組成，通過PWM驅(qū)動模塊的PWM信號控制MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)閉，以實現(xiàn)對直流電機的調(diào)速。位置檢測模塊由比較器和光耦隔離電路組成，其接收來自電機的位置信號并將該信號輸入微處理器模塊，使微處理器模塊能夠確定雨刮所處的位置。過載保護模塊由直流電機電流采樣電路、比較電路和光耦隔離電路組成，其中直流電機電流采樣電路采樣直流電機驅(qū)動模塊的直流電機電流，并將該采樣信號輸入至比較電路，比較電路比較輸入信號電壓和參考電壓，確定是否輸出堵轉(zhuǎn)信號，并將堵轉(zhuǎn)信號輸出至微處理器模塊。本實用新型電力機車雨刮自動控制器的微處理器采用的STC12C5A08PWM單片機芯片，它是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051， 但速度快8 12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，看門狗電路，讓雨刮系統(tǒng)能夠從異常狀態(tài)實現(xiàn)自恢復(fù)。兩路PWM，支持ISP。本實用新型根據(jù)輸入的信號實現(xiàn)電力機車雨刷系統(tǒng)的高速、低速、間歇和停止操作功能以及實現(xiàn)堵轉(zhuǎn)保護功能，能夠延長雨刷系統(tǒng)的使用壽命和保證機車的安全運行。

附圖為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實施方式
參看附圖，一種電力機車雨刮自動控制器，包括微處理器模塊1、輸入模塊2、PWM 驅(qū)動模塊3、直流電機驅(qū)動模塊4、位置檢測模塊5和過載保護模塊6，采用基于PWM調(diào)壓方式，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，根據(jù)不同的輸入信號分別實現(xiàn)電力機車雨刷的高速、低速、間歇和停止的控制。微處理器模塊1采用型號為STC12C5A08PWM單片機芯片，其內(nèi)集成了看門狗電路和兩路PWM產(chǎn)生電路。輸入模塊2由開關(guān)和光耦隔離電路組成，它將消除干擾的輸入信號輸入微處理器模塊1。PWM驅(qū)動模塊3由高速光耦和集成電路UCC27321P以及電阻電容元件組成，實現(xiàn)對微處理器模塊輸出的PWM信號進行整形，驅(qū)動M0SFET。直流電機驅(qū)動模塊4由MOSFET直流電機驅(qū)動電路組成，并通過PWM驅(qū)動模塊3的 PWM信號控制MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)閉，以實現(xiàn)對直流電機的調(diào)速。位置檢測模塊5由比較器和光耦隔離電路組成，其接收來自電機的位置信號并將該信號輸入微處理器模塊1，使微處理器模塊1能夠確定雨刮所處的位置。過載保護模塊6由直流電機電流采樣電路、比較電路和光耦隔離電路組成，其中直流電機電流采樣電路采樣直流電機驅(qū)動模塊4的直流電機電流，并將該采樣信號輸入至比較電路，比較電路比較輸入信號電壓和參考電壓，確定是否輸出堵轉(zhuǎn)信號，并將堵轉(zhuǎn)信號輸出至微處理器模塊1。輸入信號經(jīng)輸入模塊處理后，分別送入微處理器模塊的不同輸入端口，微處理器通過識別信號來自哪個端口以確定所要進行的操作，如高速、低速、間歇或停止等。微處理器模塊根據(jù)所需要的操作利用軟件進行算法處理，以決定采取所需要的輸出策略。當(dāng)輸入為高速信號時，微處理器輸出端輸出控制信號，使電機驅(qū)動模塊的MOFET導(dǎo)通，讓直流電機加上IlOV的電壓全速運行；當(dāng)輸入為低速信號時，微處理器輸出端輸出PWM控制信號，使電機驅(qū)動模塊的MOSFET按PWM控制信號的周期導(dǎo)通和截止，讓直流電機工作在低速狀態(tài)； 當(dāng)輸入為間歇信號時，微處理器輸出端輪流輸出PWM控制信號和停止工作信號，使直流電機運行一段時間(雨刷擺動一個來回)，再停止若干秒(可調(diào))，然后再運行一段時間，再停止，如此下去。當(dāng)輸入為停止信號時，微處理器輸出端輸出控制信號，使電機驅(qū)動模塊的 MOSFET截止，直流電機停止工作。直流電機每個轉(zhuǎn)動周期會發(fā)出一個脈沖信號，位置檢測模塊將該信號處理后送至微處理器的一個輸入端，微處理器根據(jù)該信號并結(jié)合軟件來判斷雨刷所處的位置，在停止狀態(tài)時，使雨刷停在起始/歸位位置。當(dāng)雨刮系統(tǒng)有機械故障或受到外力作用使直流電機負荷增加較大時，堵轉(zhuǎn)檢測模塊將堵轉(zhuǎn)信號送至微處理器的一個輸入端，微處理器根據(jù)該輸入端的信號即刻發(fā)出制動信號，讓直流電機立即停止工作。[0021]本實用新型電力機車雨刮自動控制器的微處理器采用的STC12C5A08PWM單片機芯片，它是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051， 但速度快8 12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，看門狗電路，讓雨刮系統(tǒng)能夠從異常狀態(tài)實現(xiàn)自恢復(fù)。兩路PWM，片內(nèi)有8KB FLASH ROM，U80BRAM，支持ISP?？撮T狗電路電路的應(yīng)用，使單片機可以在無人狀態(tài)下實現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是看門狗芯片和單片機的一個I/O引腳相連，該I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平 (或低電平)，這一程序語句是分散地放在單片機其他控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進入死循環(huán)狀態(tài)時，寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行，這個時候，看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號，便在它和單片機復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個復(fù)位信號，使單片機發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行，這樣便實現(xiàn)了單片機的自動復(fù)位?？撮T狗，又叫watchdog timer，是一個定時器電路， 一般有一個輸入，叫喂狗，一個輸出到MCU的RST端，MCU正常工作的時候，每隔一端時間輸出一個信號到喂狗端，給WDT清零，如果超過規(guī)定的時間不喂狗，(一般在程序跑飛時)，WDT 定時超過，就回給出一個復(fù)位信號到MCU，使MCU復(fù)位.防止MCU死機.看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。本實用新型根據(jù)輸入的信號實現(xiàn)電力機車雨刮系統(tǒng)的高速、低速、間歇和停止等操作功能，并實現(xiàn)堵轉(zhuǎn)檢測和制動功能，實現(xiàn)在堵轉(zhuǎn)情況的緊急制動，保護雨刷系統(tǒng)的機械裝置和延長直流電機的使用壽命；它調(diào)速性能好、可靠性高、使用壽命長、噪聲小、安裝方便。
權(quán)利要求1.一種電力機車雨刮自動控制器，其特征在于該自動控制器是根據(jù)不同的輸入信號分別實現(xiàn)電力機車雨刷的高速、低速、間歇和停止的控制而采用基于PWM調(diào)壓方式，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，該自動控制器包括微處理器模塊(1)、輸入模塊O)、PWM驅(qū)動模塊(3)、直流電機驅(qū)動模塊G)、位置檢測模塊( 和過載保護模塊(6)，其微處理器模塊(1)采用型號為 STC12C5A08PWM單片機芯片，其內(nèi)集成了看門狗電路和兩路PWM產(chǎn)生電路。
2.如權(quán)利要求1的一種電力機車雨刮自動控制器，其特征在于所述輸入模塊O)由用于消除干擾的輸入信號輸入微處理器模塊(1)的開關(guān)和光耦隔離電路組成。
3.如權(quán)利要求1的一種電力機車雨刮自動控制器，其特征在于所述PWM驅(qū)動模塊(3) 由實現(xiàn)對微處理器模塊輸出的PWM信號進行處理和驅(qū)動MOSFET的高速光耦和集成電路 UCC27321P以及電阻電容元件組成。
4.如權(quán)利要求1的一種電力機車雨刮自動控制器，其特征在于所述直流電機驅(qū)動模塊 (4)由MOSFET直流電機驅(qū)動電路組成，通過PWM驅(qū)動模塊(3)的PWM信號控制MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)閉，以實現(xiàn)對直流電機的調(diào)速。
5.如權(quán)利要求1的一種電力機車雨刮自動控制器，其特征在于所述位置檢測模塊(5) 由比較器和光耦隔離電路組成，其接收來自電機的位置信號并將該信號輸入微處理器模塊 (1)，使微處理器模塊(1)能夠確定雨刮所處的位置。
6.如權(quán)利要求1的一種電力機車雨刮自動控制器，其特征在于所述過載保護模塊(6) 由直流電機電流采樣電路、比較電路和光耦隔離電路組成，其中直流電機電流采樣電路采樣直流電機驅(qū)動模塊(4)的直流電機電流，并將該采樣信號輸入至比較電路，比較電路比較輸入信號電壓和參考電壓，確定是否輸出堵轉(zhuǎn)信號，并將堵轉(zhuǎn)信號輸出至微處理器模塊 ⑴。
專利摘要一種電力機車雨刮自動控制器，包括一個由單片機及其外圍元件構(gòu)成的微處理器模塊、輸入模塊、PWM驅(qū)動模塊、直流電機驅(qū)動模塊、位置檢測模塊和過載保護模塊，采用基于PWM調(diào)壓方式，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，根據(jù)不同的輸入信號分別實現(xiàn)電力機車雨刷的高速、低速、間歇和停止的控制。本實用新型電力機車雨刮自動控制器的微處理器采用的STC12C5A08PWM單片機芯片，它是高速、低功耗、超強抗干擾的單片機，能使雨刮系統(tǒng)能夠從異常狀態(tài)實現(xiàn)自恢復(fù)。兩路PWM，支持ISP。本實用新型根據(jù)輸入的信號實現(xiàn)電力機車雨刷系統(tǒng)的高速、低速、間歇和停止操作功能以及實現(xiàn)堵轉(zhuǎn)保護功能，能夠延長雨刷系統(tǒng)的使用壽命和保證機車的安全運行。
文檔編號B60S1/08GK202320213SQ20112045078
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者張爽, 李方帆, 鄧治國 申請人:株洲聯(lián)誠集團有限責(zé)任公司