CN106094630A - 一种轨道车辆调试信号自动采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆调试信号自动采集装置，包括信号调理模块、信号采集主板、触摸屏、主控器模块和无线通信模块，其特征是，所述信号调理模块根据轨道车辆信号类型选择相应功能的调理模块，所述信号采集主板分别与信号调理模块和所述主控器模块连接，信号调理模块和主控器模块通过信号采集主板进行信息交流；所述主控器模块与触摸屏连接形成人机交互系统，与无线通信模块连接实现对采集装置的远程监控。优点：本装置能够根据调试工艺每一步操作自动采集所需判定信号，并以无线方式进行上传，供上位系统进行分析判断，以自动采集测量代替了人工确认和人工测量，提高了调试效率和测量效率，消除了人工误判和人为误差的影响因素。

Description

一种轨道车辆调试信号自动采集装置

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆调试信号自动采集装置，属于轨道车辆、调试自动化、无线传输技术领域。

背景技术

轨道车辆的调试涉及到车内众多复杂信号，如司机室指令信号、各车厢电气柜继电器动作状态、指示灯状态、开关门状态、电压指示、电流指示、PWM信号、压力信号等，既有数字信号又有模拟信号。目前对轨道车辆进行调试时采用的方式为按照调试工艺文件中的调试步骤，操作一步确认一步，由于操作对应确认信号分布于整列车的各个区域，因此需要投入足够的调试人员和测试工装才能完成。操作结果的确认也多为人工查看或专用仪表（万用表、电流钳等）人工测量的方式，此种方式即费时又费力，并且效率低下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种轨道车辆调试信号自动采集装置，轨道车辆调试信号自动采集装置能够根据调试工艺每一步操作自动采集所需判定信号，并以无线方式进行上传，供上位系统进行分析判断，以自动采集测量代替了人工确认和人工测量，提高了调试效率和测量效率，消除了人工误判和人为误差的影响因素。

为解决上述技术问题，本发明提供一种轨道车辆调试信号自动采集装置，包括信号调理模块、信号采集主板、触摸屏、主控器模块和无线通信模块，其特征是，所述信号调理模块根据轨道车辆信号类型选择相应功能的调理模块，所述信号采集主板分别与信号调理模块和所述主控器模块连接，信号调理模块和主控器模块通过信号采集主板进行信息交流；所述主控器模块与触摸屏连接形成人机交互系统，与无线通信模块连接实现对采集装置的远程监控。

进一步的，所述信号调理模块根据轨道车辆信号类型可分为开关量信号调理模块、模拟量信号调理模块、网络信号调理模块、开关量信号输出模块，采用热插拔结构，并具有信号隔离功能，装置配置6~8个信号调理模块，多种模块多种组合，适应不同车辆、不同调试区域各种信号类型。

进一步的，所述开关量信号调理模块采用跳线方式改变输入电阻值，以调整不同电压等级时光耦输入端的输入电流，开关量信号调理模块可输入16路开关量信号，可适应轨道车辆上DC24V、DC110V、AC220V，AC400V等各种电压等级信号。

进一步的，所述模拟量信号调理模块针对以上4种模拟量有相应输入接口，每个接口通过不同调理电路将输入信号隔离转换为标准单片机输入信号，模拟量信号调理模块能够输入8路模拟量信号，可适应轨道车辆上各种电压电流信号，如DC110V电压信号、AC220V电压信号、AC400V电压信号、4～20mA电流信号等。

进一步的，所述网络信号调理模块为了适应轨道车辆上各种CAN、TCN、MVB、WTB等网络信号，网络信号调理模块内部集成有多种协议转换模块，每种转换模块对应一种网络信号输入，经协议转换模块统一转换为RS485信号，主控器模块通过RS485/TTL转换与列车网络进行通讯。

进一步的，所述信号采集主板提供了6~8个金手指插槽，所述信号调理模块通过该插槽的输入输出接口与主控器模块进行信号的传递。

进一步的，该装置采用拉杆式铝合金箱体结构，方便携带和使用，装置面板由2mm不锈钢主面板、各信号调理模块接口、电源及扩展功能面板、触摸屏界面、无线通讯天线接口部位组成。

进一步的，其特征是，该装置设置有24V、15V、5V电源接口和2路RS232和1路RS485通讯接口，可通过轨道车辆调试信号自动采集装置读取外接传感器及智能检测设备的数据，并进行上传，能够配合各类型传感器及智能检测设备。

本发明所达到的有益效果：

轨道车辆调试信号自动采集装置能够根据调试工艺每一步操作自动采集所需判定信号，并以无线方式进行上传，供上位系统进行分析判断，以自动采集测量代替了人工确认和人工测量，提高了调试效率和测量效率，消除了人工误判和人为误差的影响因素。

附图说明

图1为本发明装置组成原理图；

图2为本发明开关量信号调理模块示意图；

图3为本发明模拟量信号调理模块示意图；

图4为本发明网络信号转换模块示意图；

图5为本发明主控程序流程图；

图6为本发明装置面板布局图。

图中的1是信号调理模块，2是信号采集主板，3是触摸屏，4是主控器模块，5是无线通信模块，6是主面板，7是各信号调理模块接口，8是电源及扩展功能面板，9是触摸屏界面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

参见图1，图1为轨道车辆调试信号自动采集装置组成原理图，由信号调理模块1、信号采集主板2、触摸屏3、主控器模块4、无线通信模块5等部分组成，其中信号调理模块根据轨道车辆信号类型可分为开关量信号调理模块（见图2）、模拟量信号调理模块（见图3）、网络信号调理模块（见图4）等，信号调理模块全部为独立式热插拔结构，通过各信号调理模块电路板上的金手指与信号采集主板上的金手指插槽相连接。本发明装置可配置6个信号调理模块，多种模块多种组合，可适应不同调试区域各种信号类型。例如6个信号调理模块全部插入开关量信号调理模块时可采集96路开关量信号；又例如插入5个开关量信号调理模块和1个模拟量信号调理模块时可采集80路开关量信号和8路模拟量信号，等等。本发明装置信号采集主板上的插槽可悬空。

参见图2，图2为本发明开关量信号调理模块其中一路示意图，由电阻单元十一、电阻单元十二、电阻单元十三、跳线十一、跳线十二、光耦隔离模块十一组成。开关量信号调理模块总计16路输入，每一路输入电路由9只10K电阻和两组跳线、快速二极管组成，电阻单元十一为10K，电阻单元十二和电阻单元十三各为40K。当两组跳线都不短接时输入电阻为90K，可输入220V电压；当只有一组跳线短接时输入电阻为50K，可输入110V电压，两组跳线都短接时输入电阻只有10K，可输入24V电压。光耦二次侧3.3V电压经10K上拉电阻输入到单片机管脚，光耦导通时输出低电平、光耦截止时输出高电平。板卡上的信号输入由32位连接器来实现，其中有16路为独立输入，另16路为输入公共负极，所有管脚短接，输入信号的公共端可连接在此16路中的任意引脚。

参见图3，图3为本发明模拟量信号调理模块其中4路输入示意图，由DC110V信号处理单元、AC220V信号处理单元、AC400V信号处理单元、4～20mA信号处理单元组成。模拟量信号调理模块总计8路模拟量信号输入，由2个相同的4路输入模块组成。DC110V信号处理单元、AC220V信号处理单元、AC400V信号处理单元将输入信号分压、滤波、运放转换为单极性的0～2.5V电压信号；4～20mA信号处理单元将输入信号经124欧姆0.1%精密电阻转换为0.5~2.5V电压信号，线性光耦将各信号处理单元输出的信号1:1隔离放大后输入到74LV4052模拟转换开关中，最后由主控器模块单片机进行AD转换采集。74LV4052为双4选一模拟开关，具有快速的信号通道切换功能。

参见图4，图4为本发明网络信号转换模块示意图，由8种不同网络信号的调理模块组成，包括CAN转485、TCN转485、MVB转485、WTB转485等，每种转换模块对应一种网络信号输入，无论哪一种网络信号，经协议转换模块统一转换为RS485信号，再经过MAX3485芯片转换为TTL信号，MAX3485为半双工通信3.3V低功耗收发器，可以实现最高10Mbps的传输速率，主控器模块通过MAX3485芯片与列车网络进行通讯。

参见图5，图5为本发明主控程序流程图，主控器模块主芯片采用STM32系列ARM架构单片机，本例以STM32F103ZET6芯片为例，STM32F103单片机所有管脚在信号采集主板上与各输入输出接口相连，输入输出接口包括与6个信号调理模块的接口、3个通讯接口、电源接口、触摸屏驱动接口等。主程序开始后对单片机及外设模块进行初始化，STM32集成外设的初始化主要用于设置主芯片的工作频率，各集成外设的系统时钟，工作模式及初始状态。为了发挥主芯片的最大性能，其工作频率设置为最大值72MHz，其中AHB总线时钟：HCLK工作为72MHz；APBⅠ外设时钟：PCLKⅠ工作为36MHz；APBⅡ外设时钟：PCLKⅡ工作为72MHz；均为额定最大工作频率。各集成外设的初始化包括：SWD下载方式，Systick定时器，IWDG定时器，TIMⅢ ，TIMⅣ 定时器，I2C总线，USARTⅠ，Ⅱ，Ⅲ，及中断控制器NVIC的初始化设置及工作模式设置。

其次为载入FRAM存储内容及系统工作模式设置，在每次开机时STM32自动载入设备通信地址，每个采集接口的工作模式，以便根据上次记录存储的接口工作模式进行功能初始化设置。

再其次为根据上位机指令的无线通讯数据处理，无线模块载有单片射频集成电路及高性能单片处理器，通过UART与STM32进行数据交换，通信波特率为9600bps。无线通信的应用层通信协议采用标准的Modbus-RTU协议，可进行CRC数据校验，保证传输数据的正确性；每台调试信号自动采集装置均可通过此协议与上位机进行主从数据交换，从而可以实现远程数据采集。

数据采集程序主要包括开关量数据采集，模拟量数据采集，及网络通讯控制程序，根据不同的端口设置执行不同的采集控制程序。

人机交互界面采用5.6寸的触摸屏，主控制芯片为RA8875,分辨率为640*480，色彩深度为65K色，16位色彩，内建几何图形加速绘图引擎，内建DDRAM,内存容量为758KB，提供可调整大小的文字写入光标功能，支持汉字字库，内建4线式触控面板控制器，触摸屏为电阻屏，此屏通过SPI总线与STM32进行数据交换，最大通信速率为2MHz。

触摸屏检测部分程序通过读取RA8875内部的10位ADC转换寄存器值来进行计算触摸坐标值，其中通过触摸消抖程序，ADC中值滤波程序及坐标转换及判断程序最终正确的确定用户触摸点位置并做出相应的响应。

参见图6，图6为本发明装置面板布局，由2mm不锈钢主面板6、各信号调理模块接口7、电源及扩展功能面板8、触摸屏界面9等部位组成。各信号调理模块板卡可独立热插拔，方便组合；电源及扩展功能面板内设有电源输入、电源开关、电源指示及电源扩展接口，通过电源扩展接口及3个通讯接口很容易与智能传感器或智能检测设备进行衔接；天线接口通过外接大功率天线有效增加与上位机通讯时的穿透力、传输距离及抗干扰能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种轨道车辆调试信号自动采集装置，包括信号调理模块、信号采集主板、触摸屏、主控器模块和无线通信模块，其特征是，所述信号调理模块根据轨道车辆信号类型选择相应功能的调理模块，所述信号采集主板分别与信号调理模块和所述主控器模块连接，信号调理模块和主控器模块通过信号采集主板进行信息交流；所述主控器模块与触摸屏连接形成人机交互系统，与无线通信模块连接实现对采集装置的远程监控。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆调试信号自动采集装置，其特征是，所述信号调理模块根据轨道车辆信号类型可分为开关量信号调理模块、模拟量信号调理模块、网络信号调理模块、开关量信号输出模块，采用热插拔结构，并具有信号隔离功能，装置可配置6~8个信号调理模块，多种模块多种组合，适应不同车辆、不同调试区域各种信号类型。

3.根据权利要求2所述的一种轨道车辆调试信号自动采集装置，其特征是，所述开关量信号调理模块采用跳线方式改变输入电阻值，以调整不同电压等级时光耦输入端的输入电流，开关量信号调理模块可输入16路开关量信号，可适应轨道车辆上各种电压等级信号。

4.根据权利要求2所述的一种轨道车辆调试信号自动采集装置，其特征是，所述模拟量信号调理模块，每个接口通过不同调理电路将输入信号隔离转换为标准单片机输入信号，模拟量信号调理模块能够输入8路模拟量信号，可适应轨道车辆上DC110V、DC24V电压信号。

5.根据权利要求2所述的一种轨道车辆调试信号自动采集装置，其特征是，所述网络信号调理模块为了适应轨道车辆上各种网络信号，网络信号调理模块内部集成有多种协议转换模块，每种转换模块对应一种网络信号输入，经协议转换模块统一转换为RS485信号，主控器模块通过RS485/TTL转换与列车网络进行通讯。

6.根据权利要求1所述的一种轨道车辆调试信号自动采集装置，其特征是，所述信号采集主板提供了6~8个金手指插槽，所述信号调理模块通过该插槽的输入输出接口与主控器模块进行信号的传递。

7.根据权利要求1所述的一种轨道车辆调试信号自动采集装置，其特征是，该装置采用拉杆式铝合金箱体结构，方便携带和使用，装置面板由2mm不锈钢主面板、各信号调理模块接口、电源及扩展功能面板、触摸屏界面、无线通讯天线接口部位组成。

8.根据权利要求1所述的一种轨道车辆调试信号自动采集装置，其特征是，该装置设置有24V、15V、5V电源接口和2路RS232和1路RS485通讯接口，可通过轨道车辆调试信号自动采集装置读取外接传感器及智能检测设备的数据，并进行上传，能够配合各类型传感器及智能检测设备。