CN113125183B - 一种轿厢意外移动保护装置性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种轿厢意外移动保护装置性能测试装置，包括编码器、单片机、差分转集电极信号模块、D触发器U1～U3、异或门U4～U5、非门U6、与门U7～U8及计数器U9。本发明通过在编码器A相脉冲相邻两个跳变沿时刻比较B相信号电平逻辑来识别误码，在误码产生时通过A、B信号直接异或产生倍频时钟信号，滤除误码恢复正常的A相脉冲，提供可靠计数脉冲，提高了对轿厢意外移动保护装置的检测结果的可靠性。

Description

一种轿厢意外移动保护装置性能测试装置

技术领域

本发明涉及特种设备检查技术领域，尤其涉及一种轿厢意外移动保护装置性能测试装置。

背景技术

轿厢意外移动保护装置用于防止乘客及物品在进出电梯轿厢时受到轿厢意外移动造成的伤害，通过依据相关技术规范，对轿厢意外移动保护装置进行检验，可以有效的保障轿厢意外移动保护装置发挥其保护功能，有效降低电梯轿厢在平层区开门状态下突然移动导致乘客受到伤害的事故。轿厢意外移动保护装置性能测试装置主要用于实现轿厢意外移动保护装置试验过程中的位移、速度、加速度一体化同步检测、集中测量分析，使检验人员在现场对轿厢意外移动保护装置进行即时评价。

目前，性能测试装置大都采用高精度增量式编码器技术和微积分算法，通过对曳引钢丝绳的实时检测，可以同时检测电梯轿厢运行的位移、速度和加速度实时数据。实际应用中发现，编码器码盘振动或转轴不稳会引起输出误码，导致计数错误，降低了对轿厢意外移动保护装置的检测结果的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种轿厢意外移动保护装置性能测试装置，以解决传统轿厢意外移动保护装置性能测试装置的编码器输出误码而降低检测结果可靠性的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种轿厢意外移动保护装置性能测试装置，包括编码器、单片机、差分转集电极信号模块、D触发器U1～U3、异或门U4～U5、非门U6、与门U7～U8及计数器U9；

编码器的A、B相差分信号输出端分别连接差分转集电极信号模块的输入端，差分转集电极信号模块的A相输出端分别连接异或门U4的第二输入端、D触发器U1的D端、D触发器U2的CLK端、经非门U6连接D触发器U3的CLK端，差分转集电极信号模块的B相输出端分别连接异或门U4的第一输入端、D触发器U2的D端、D触发器U3的D端，差分转集电极信号模块用于将编码器输出的差分信号转换为集电极信号；

异或门U4的输出端连接D触发器U1的CLK端，D触发器U1的Q端连接计数器U9的CLK端，D触发器U2的Q端连接异或门U5的第一输入端，D触发器U3的Q端连接异或门U5的第二输入端，异或门U5的输出端分别连接与门U7的第二输入端、与门U8的第一输入端、计数器U9的使能端，D触发器U2的QN端连接与门U7的第一输入端，D触发器U3的QN端连接与门U8的第二输入端，与门U7的输出端连接计数器U9的AB端，与门U8的输出端连接计数器U9的BA端，计数器U9的DIR端、PLUS_OUT端分别连接单片机。

可选的，差分转集电极信号模块的型号为Q500或HSZ02DH。

可选的，轿厢意外移动保护装置性能测试装置还包括整流器、降压器及稳压器，交流输入依次经整流器、降压器及稳压器对各个模块供电。

可选的，降压器包括开关管K1、二极管D1～D4、电感L1～L3及电容C1～C2；

整流器的输出端正极依次经开关管K1、电感L1连接稳压器，开关管K1的输出端依次经电感L2、二极管D1的负极、二极管D1的正极连接直流母线负极，电感L2、二极管D1的公共端依次经正向二极管D4、D3、D2、电感L3连接开关管K1的输入端，二极管D3、D2的公共端经电容C1连接开关管K1的输出端，二极管D4、D3的公共端经电容C2连接开关管K1的输入端。

可选的，轿厢意外移动保护装置性能测试装置还包括电流采样电路、斜坡补偿电路、加法器、电压采样电路、带隙基准源、误差放大器、PWM比较器及PWM控制器；

电流采样电路的输入端连接降压器，电流采样电路、斜坡补偿电路的输出端分别连接加法器的输入端，加法器的输出端连接PWM比较器的同相端，电流采样电路用于采集流经电感L1的电流；

电压采样电路的输入端连接降压器，电压采样电路的输出端连接误差放大器的反相端，带隙基准源的输出端连接误差放大器的同相端，误差放大器的输出端连接PWM比较器的反相端，PWM比较器的输出端连接PWM控制器，PWM控制器的PWM输出引脚连接开关管K1的控制极。

可选的，斜坡补偿电路的斜坡补偿斜率随降压器输入电压、输出电压的变化而变化。

可选的，轿厢意外移动保护装置性能测试装置还包括软启动电路，软启动电路的输出端连接误差放大器的同相端，用于在降压器上电时控制带隙基准源的输出缓慢上升。

本发明的轿厢意外移动保护装置性能测试装置相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过在编码器A相脉冲相邻两个跳变沿时刻比较B相信号电平逻辑来识别误码，在误码产生时通过A、B信号直接异或产生倍频时钟信号，滤除误码恢复正常的A相脉冲，提供可靠计数脉冲，提高了对轿厢意外移动保护装置的检测结果的可靠性；

(2)开关管K1开通时，由于缓冲电感L2电流不能突变，抑制了开关管电流的上升速率，实现了开关管的零电流开通；开关管K1关断时，由于缓冲电容C2的电压不能突变，将开关管两端电压箝位在零，实现了开关管的零电压关断，而且缓冲元件通过能量的转移和反馈，实现了无损的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的轿厢意外移动保护装置性能测试装置的部分电路图；

图2为本发明的编码器输出误码的A、B相脉冲示意图；

图3为本发明的消除误码后的计数A相脉冲；

图4为为本发明的降压器的电路图；

图5为本发明的轿厢意外移动保护装置性能测试装置的另一部分电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的轿厢意外移动保护装置性能测试装置包括编码器、单片机、差分转集电极信号模块、D触发器U1～U3、异或门U4～U5、非门U6、与门U7～U8及计数器U9。

编码器的A、B相差分信号输出端分别连接差分转集电极信号模块的输入端，差分转集电极信号模块的A相输出端分别连接异或门U4的第二输入端、D触发器U1的D端、D触发器U2的CLK端、经非门U6连接D触发器U3的CLK端，差分转集电极信号模块的B相输出端分别连接异或门U4的第一输入端、D触发器U2的D端、D触发器U3的D端，差分转集电极信号模块用于将编码器输出的差分信号转换为集电极信号。

异或门U4的输出端连接D触发器U1的CLK端，D触发器U1的Q端连接计数器U9的CLK端，D触发器U2的Q端连接异或门U5的第一输入端，D触发器U3的Q端连接异或门U5的第二输入端，异或门U5的输出端分别连接与门U7的第二输入端、与门U8的第一输入端、计数器U9的使能端，D触发器U2的QN端连接与门U7的第一输入端，D触发器U3的QN端连接与门U8的第二输入端，与门U7的输出端连接计数器U9的AB端，与门U8的输出端连接计数器U9的BA端，计数器U9的DIR端、PLUS_OUT端分别连接单片机。

本实施例中，编码器可通过一个弹性联轴器和滚轮连接，检测时滚轮紧贴在电梯轿厢曳引绳或限速器上，轿厢发送移动时，滚轮随着钢丝绳转动，编码器产生脉冲信号并接入到单片机的AD接口，单片机将脉冲信号由模拟信号转化为数字信号，并且经过计算处理得到轿厢的位移和速度等信息。本实施例中，差分转集电极信号模块的型号可选为Q500或HSZ02DH，两者供电均为24V。编码器的输出信号是便于远距离传输的差分信号且分辨率很高。比如编码器输出为20bit脉冲信号，单片机无法直接处理这些脉冲，一般将脉冲序列经驱动器分频并转换成集电极信号后反馈给单片机处理。差分转集电极信号模块用于将编码器输出的差分信号转换为集电极信号。

一般的，如图2所示，编码器输出误码时，编码器在S1～S4处依次会出现宽度小于半个正常脉冲宽度的干扰波形。当抖动产生时，A、B相脉冲相位不再是固定的90°关系，脉冲宽度和周期随抖动的不同而不同。

本实施例中，由编码器固有结构可知，A、B相电平不能同时突变。假设以A相为计数脉冲参考，在A相脉冲相邻两个跳变沿时刻，比较B相信号电平逻辑，若B相电平不同，则认为编码器输出是正常计数脉冲信号，使能计数端对A相脉冲计数，此时B相有误码不影响脉冲计数；若B相电平相同，则认为A相出现了误码，不予计数。依据A相上升沿和下降沿时刻B相电平的高低，判断A、B相位关系，若A相上升沿处B为低电平，则A相超前B相；若A相下降沿处B相为低电平，则B相超前A相。A、B脉冲相异或产生倍频脉冲，作为触发器(上升沿触发)的时钟信号，A相脉冲经触发器输出计数A信号。如图1所示，根据以上分析，信号A+、A-和B+、B-经差分转集电极信号模块转换为A、B集电极信号，B信号经2个D触发器在A信号上升沿和下降沿处相异或，异或结果作为计数器U9的使能端并配合两个与门完成A、B相位的判断；A、B信号直接异或产生倍频时钟信号，滤除误码恢复正常的A相脉冲，提供可靠计数脉冲。计数器U9用于控制脉冲输入方向，其输出为编码器旋转方向信号和计数脉冲信号。A与B分别是A1、A2和B1、B2差分转换后的集电极信号，DIR和PUL3E_OUT为编码器旋转方向和计数脉冲输出。根据DIR可判断编码器正反转，当A超前B时，DIR为低电平；当B超前A时，DIR始终为高电平。PUL3E_OUT输出为滤除误码后的A相波形，作为计数脉冲。如图3所示，计数A滤除了A相中的误码，将其作为计数脉冲。反之，以B相为参考可得同样结果。这样本实施例通过在编码器A相脉冲相邻两个跳变沿时刻比较B相信号电平逻辑来识别误码，在误码产生时通过A、B信号直接异或产生倍频时钟信号，滤除误码恢复正常的A相脉冲，提供可靠计数脉冲，提高了对轿厢意外移动保护装置的检测结果的可靠性。

本实施例的多个模块需要外来电源供电，特别是差分转集电极信号模块需要24V供电。从而本实施例的轿厢意外移动保护装置性能测试装置还包括整流器、降压器及稳压器，交流输入依次经整流器、降压器及稳压器对各个模块供电。220交流输入依次通过整流器、降压器及稳压器可输出不同电压对各个模块供电，降压器优选为buck电路，供电电压大小由buck电路的占空比决定。具体的，如图4所示，降压器包括开关管K1、二极管D1～D4、电感L1～L3及电容C1～C2。整流器的输出端正极依次经开关管K1、电感L1连接稳压器，开关管K1的输出端依次经电感L2、二极管D1的负极、二极管D1的正极连接直流母线负极，电感L2、二极管D1的公共端依次经正向二极管D4、D3、D2、电感L3连接开关管K1的输入端，二极管D3、D2的公共端经电容C1连接开关管K1的输出端，二极管D4、D3的公共端经电容C2连接开关管K1的输入端。

本实施例中降压器的工作过程如下：t0-t1阶段，t0时刻，二极管D2导通，开关管K1开通，在开通过程中，二极管D1因为存在反向恢复电流而不能立即关断。缓冲电感L2限制了开关管电流上升的斜率di/dt，使开关管实现了零电流开通(ZCS)，并将存储的能量传送给负载。电容C1通过C1-D2-L3-K1回路放电，将存储的能量传送给电感L3，电感L3上的电流慢慢地上升。t1时刻，电感L2上的电流为0，本阶段结束。t1-t2阶段，t1时刻，二极管D1关断，二极管D4导通，电容C2通过C2-K1-L2-D4回路与电感L2进行谐振放电，将储存的能量传送给L2。电容C1继续放电，电感L3上的电流继续缓慢上升。t2时刻，电容C2电压下降为-Vs，电感L2上的电流达到反向峰值，二极管D4和D3电流分别达到第一个正向峰值，开关管电流达到第一个正向峰值，二极管D1电压达到峰值Vin+Vs，Vin为整流器的输出，即降压器的输入。t2时刻，电容C2的电压为-Vs，本阶段结束。t2-t3阶段，t2时刻，电容C2两端电压为-Vs，二极管D3导通，电感L2通过L2-D4-D3-D2-K1将存储的能量传送给电感L3，t3时刻，电感L2上的电流减小为0。电感L3上的电流继续上升。t3时刻，电感L2的电流为0，本阶段结束。t3-t4阶段，D3关断。电感L3上的电流继续缓慢上升。变换器在该阶段工作在正常的PWM开通状态。t4时刻，开关管K1关断，该阶段结束，电感L3和二极管D2上的电流达到峰值，同时开关管K1上的电流达到第二个峰值。t4-t5阶段，t4时刻，开关管K1关断，二极管D3导通，由于电容C2两端的电压为-Vs，且不能突变，所以电容C2和C1将开关管两端电压箝位为0。当电源电压Vin通过Vin-C2-D3-C1-Io回路对电容C2充电时，开关管K1两端电压才开始上升，因此开关管K1实现了零电压关断(ZVS)。t5时刻，电容C2和开关管两端电压达到峰值。t5-t6阶段，t5时刻，电容C2上升到Vin，二极管D1和D4导通，通过D1-D4-D3-D2-L3-Vin，电感L3将存储的能量反馈给电源。电流源Io对电容C1和电感L2进行充电。t5时刻，二极管D1、D4和D3上的电流达到峰值。t6时刻，电感L3上的电流为0，本阶段结束。t6-t7阶段，t6时刻，流经电感L3的电流为0，二极管D2关断。电流源Io继续对电容C1和电感L2进行充电。t7时刻，电感L2上的电流为Io，本阶段结束。t7-t8阶段，t7时刻，电感L2的电流上升为Io，二极管D4和D3关断。降压器在该阶段工作在正常的PWM关断状态。由上述过程可知，开关管K1开通时，由于缓冲电感L2电流不能突变，抑制了开关管电流的上升速率，实现了开关管的零电流开通。开关管K1关断时，由于缓冲电容C2的电压不能突变，将开关管两端电压箝位在零，实现了开关管的零电压关断，而且缓冲元件通过能量的转移和反馈，实现了无损的效果。

本实施例中，为提高降压器的控制精度和输出稳定性，如图5所示，优先轿厢意外移动保护装置性能测试装置还包括电流采样电路、斜坡补偿电路、加法器、电压采样电路、带隙基准源、误差放大器、软启动电路、PWM比较器及PWM控制器。电流采样电路的输入端连接降压器，电流采样电路、斜坡补偿电路的输出端分别连接加法器的输入端，加法器的输出端连接PWM比较器的同相端，电流采样电路用于采集流经电感L1的电流。电压采样电路的输入端连接降压器，电压采样电路的输出端连接误差放大器的反相端，带隙基准源的输出端连接误差放大器的同相端，误差放大器的输出端连接PWM比较器的反相端，PWM比较器的输出端连接PWM控制器，PWM控制器的PWM输出引脚连接开关管K1的控制极。软启动电路的输出端连接误差放大器的同相端，用于在降压器上电时控制带隙基准源的输出缓慢上升。斜坡补偿电路的斜坡补偿斜率随降压器输入电压、输出电压的变化而变化。

电流采样电路对电感电流以一定的比例进行采样得到电流采样信号，通过一定的方式将电流采样信号和一个斜坡补偿信号相加后得到一个信号，将此信号传输给PWM比较器的正相端。当电感电流达到预定的电流峰值时，PWM比较器将会切换工作状态来关断主开关管直至下一个周期。电感电流包含了输入电压的信息，因此当输入电压突然变大或者变小时，会使得电感电流的上升斜率变大或者变小，从而使得开关管提前或者延迟关闭。当降压器的占空比D>50％之后，电感电流的扰动会随着时间的增加而增大，造成开关电源系统的次谐波振荡，斜坡补偿电路用于输出斜坡电压叠加到电感电流波形上，使得系统在D>50％的时候保持稳定。恒定斜率的斜坡补偿电路中，补偿斜率一般是电感电流下降斜率的一半，这是在最大占空比D＝1的情况下时系统需要的补偿斜率。然而，这种恒定的大斜率补偿斜坡并不适合于所有的工作状态，在某些小占空比的工作状态，如果加入了一个过大的补偿斜坡，会导致系统产生过补偿现象，降低芯片的带载能力以及减慢系统的瞬态响应。本实施例优选斜坡补偿电路的斜坡补偿斜率随降压器输入电压、输出电压的变化而变化，能够产生一个随着输入电压变化的动态斜坡补偿电压用于斜坡补偿，在保证系统稳定的基础上还能够在一定程度上避免系统的过补偿。

一般情况下，降压器在上电初期，带隙基准源很快建立并输出精确的基准电压给误差放大器的正相端，而此时输出电压还没有完全建立，因此输出电压分压给误差放大器反相端的反馈电压非常小，导致误差放大器端输出的误差电压非常大。误差电压通过一系列的控制电路，会使开关管一直处于导通状态。本实施例中，软启动电路在降压器上电时控制带隙基准源的输出缓慢上升，可避免上电初期误差放大器端输出的误差电压过大，避免开关管一直处于导通状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轿厢意外移动保护装置性能测试装置，包括编码器、单片机，其特征在于，还包括差分转集电极信号模块、D触发器U1～U3、异或门U4～U5、非门U6、与门U7～U8及计数器U9；

编码器的A、B相差分信号输出端分别连接差分转集电极信号模块的输入端，差分转集电极信号模块的A相输出端分别连接异或门U4的第二输入端、D触发器U1的D端、D触发器U2的CLK端、经非门U6连接D触发器U3的CLK端，差分转集电极信号模块的B相输出端分别连接异或门U4的第一输入端、D触发器U2的D端、D触发器U3的D端，差分转集电极信号模块用于将编码器输出的差分信号转换为集电极信号；

异或门U4的输出端连接D触发器U1的CLK端，D触发器U1的Q端连接计数器U9的CLK端，D触发器U2的Q端连接异或门U5的第一输入端，D触发器U3的Q端连接异或门U5的第二输入端，异或门U5的输出端分别连接与门U7的第二输入端、与门U8的第一输入端、计数器U9的使能端，D触发器U2的QN端连接与门U7的第一输入端，D触发器U3的QN端连接与门U8的第二输入端，与门U7的输出端连接计数器U9的AB端，与门U8的输出端连接计数器U9的BA端，计数器U9的DIR端、PLUS_OUT端分别连接单片机。

2.如权利要求1所述的轿厢意外移动保护装置性能测试装置，其特征在于，差分转集电极信号模块的型号为Q500或HSZ02DH。

3.如权利要求1所述的轿厢意外移动保护装置性能测试装置，其特征在于，还包括整流器、降压器及稳压器，交流输入依次经整流器、降压器及稳压器对各个模块供电。

4.如权利要求3所述的轿厢意外移动保护装置性能测试装置，其特征在于，降压器包括开关管K1、二极管D1～D4、电感L1～L3及电容C1～C2；

整流器的输出端正极依次经开关管K1、电感L1连接稳压器，开关管K1的输出端依次经电感L2、二极管D1的负极、二极管D1的正极连接直流母线负极，电感L2、二极管D1的公共端依次经正向二极管D4、D3、D2、电感L3连接开关管K1的输入端，二极管D3、D2的公共端经电容C1连接开关管K1的输出端，二极管D4、D3的公共端经电容C2连接开关管K1的输入端。

5.如权利要求4所述的轿厢意外移动保护装置性能测试装置，其特征在于，还包括电流采样电路、斜坡补偿电路、加法器、电压采样电路、带隙基准源、误差放大器、PWM比较器及PWM控制器；

电流采样电路的输入端连接降压器，电流采样电路、斜坡补偿电路的输出端分别连接加法器的输入端，加法器的输出端连接PWM比较器的同相端，电流采样电路用于采集流经电感L1的电流；

电压采样电路的输入端连接降压器，电压采样电路的输出端连接误差放大器的反相端，带隙基准源的输出端连接误差放大器的同相端，误差放大器的输出端连接PWM比较器的反相端，PWM比较器的输出端连接PWM控制器，PWM控制器的PWM输出引脚连接开关管K1的控制极。

6.如权利要求5所述的轿厢意外移动保护装置性能测试装置，其特征在于，斜坡补偿电路的斜坡补偿斜率随降压器输入电压、输出电压的变化而变化。

7.如权利要求5所述的轿厢意外移动保护装置性能测试装置，其特征在于，还包括软启动电路，软启动电路的输出端连接误差放大器的同相端，用于在降压器上电时控制带隙基准源的输出缓慢上升。

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