CN109491371A - 一种用于车载atc系统测试的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车载ATC系统领域，涉及一种用于车载ATC系统测试的装置，包括平台、功能模块和对外接口设备，本发明为车载设备的测试提供了一套灵活、便捷的测试设备环境，可模拟真实行车的场景，提供了多种接口测试，应答器预发功能可以模拟真实环境中应答器天线在监测到车辆处于特定范围的情况下就开始发送信号的功能、脉冲信号、雷达信号等前沿的车载设备通信机制的模拟仿真。使车载设备可在实验室无其他真实环境、设备的前提下完成设备上线前的调试工作。同时本发明具备通用性，也可对其他类似于车载设备的板卡、接口等进行调试。

Description

一种用于车载ATC系统测试的装置
技术领域
本发明属于车载ATC系统领域，涉及一种用于车载ATC系统测试的装置。
背景技术
车载ATC系统与外部其他设备通信通过信号脉冲、CAN口通信、422/485串口通信、232串口通信、MVB通信、以太网通信等方式。不同的通信方式对应着不同的设备功能。因此为了测试车载ATC系统各项功能需要多项设备配合完成。如：1：通过CAN卡、在工控机上安装CAN通信软件。由工控机发送CAN通信到被测对象的方式测试CAN通信。2：通过MVB盒、在工控机上安装MVB收发程序。由工控机发送MVB信息到被测对象的方式测试MVB通信。3：通过RSG设备、BTM天线、在工控机上安装RSG上位机的。由上位机触发应答器报文到RSG设备，通过BTM天线进行发送的方式测试应答器功能。4：通过脉冲发生器、专门搭建对应的电路测试IO量，速传信息。
车载ATC系统的测试往往需要多个功能同时运行测试。旧有的测试方式中CAN卡、MVB卡、脉冲发生器等各自独立互不统属且在实验室始终很难模拟动态运行等场景。导致车载ATC系统的集成测试步骤复杂。
在进行应答器功能测试的时候。旧有的测试需要搭建从工控机-RSG-BTM天线-应答器天线-车载的一套环境。环境搭建复杂且设备具有辐射需要专门操作环境及操作设备。同时应答器的测试需要模仿真实行车环境中列车由远及近接近应答器并由近及远远离应答器的情况，这就需要测试人员搬动且设备且几乎无法测试高速度等极限场景下的设备处理情况。
在进行CAN、MVB测试的时候。旧有的测试需要在工控机上安装专用的信息收发软件通过工控机的串口发送信息到专用的CAN、MVB信息发送设备再发往车载ATC设备，车载ATC设备返回信息也需要通过这一链路返回信息。旧有的测试由于是用专用上位机软件发送信息导致数据的变换与实际不符。不满足行车中数据的实时更新。不进测试步骤复杂且仅能测试通路无法测试实时性等情况。
对于IO测试。旧有的测试需要针对每个IO搭建独立的电路设备。并且需要在测试时控制多个电路来模拟行车时的驾驶台、列车信息等情况。操作复杂对测试人员要求高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：车载设备的测试调试困难重重。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于车载ATC系统测试的装置，包括平台、功能模块和对外接口设备，
一、平台由主板、功能板和IO板三种类型的板卡组成；
主板是接口平台的核心，所有的功能板和IO板均是基于此板的扩展，受此板调配。
功能板：功能板通过接插件固定在主板上，为主板扩展对外和对内通信功能，包括RS232、CAN、RS422、RS485等，目前的功能板包括：
功能板-1：单板提供对外CAN总线接口和对外RS232接口；
功能板-2：单板提供对外RS422/RS485串行总线；
功能板-MF：单板提供电压/电流环采集接口、脉冲采集接口、差分信号接口、RS232接口；
IO板：IO板包括DO、DI、PO、MVB等板，用于实现具体接口功能；
二、功能模块功能如下：
接收来自上位机的控制指令，并反馈车载设备的状态信息；
采集继电器电平信息，获取车载设备接口数据，反馈至上位机；
接收上位机的控车信息，输出继电器电平信息，模拟列车接口，发送信息至车载设备；
接收上位机给出的速度值，仿真输出速度脉冲，发送至车载设备，配合支持各项功能测试、故障测试；
采集速度脉冲，并计算出列车运行速度及累计位移，反馈上位机；
接收上位机周期给出的实时列车推进速度和加速度信息，结合内置的动力学模型，实时计算本周期内不同时间的列车速度，将计算的速度转为速度脉冲发送至车载设备；
三、对外接口设备包括列车接口、速度信号接口、BTM接口、以太网接口及CAN接口设备；通过仿真接口，接收来自仿真测试平台的列车速度、列车输入、应答器报文等信息，经过协议转换及计算后转发至车载实物设备；同时接收来自车载实物设备的车载ATP/ATO反馈命令、TMS、HMI信息，进行协议解析后发送至仿真测试平台。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
本发明为车载设备的测试提供了一套灵活、便捷的测试设备环境，可模拟真实行车的场景，提供了多种接口测试，应答器预发功能可以模拟真实环境中应答器天线在监测到车辆处于特定范围的情况下就开始发送信号的功能、脉冲信号、雷达信号等前沿的车载设备通信机制的模拟仿真。使车载设备可在实验室无其他真实环境、设备的前提下完成设备上线前的调试工作。同时本发明具备通用性，也可对其他类似于车载设备的板卡、接口等进行调试。
附图说明
图1为用于车载ATC系统测试装置的示意图。
图2为同组脉冲相位关系图。
具体实施方式
一种用于车载ATC系统测试的装置，包括平台、功能模块和对外接口设备，
一、平台由主板、功能板和IO板三种类型的板卡组成；
主板是接口平台的核心，所有的功能板和IO板均是基于此板的扩展，受此板调配。
功能板：功能板通过接插件固定在主板上，为主板扩展对外和对内通信功能，包括RS232、CAN、RS422、RS485等，目前的功能板包括：
功能板-1：单板提供对外CAN总线接口和对外RS232接口；
功能板-2：单板提供对外RS422/RS485串行总线；
功能板-MF：单板提供电压/电流环采集接口、脉冲采集接口、差分信号接口、RS232接口；
IO板：IO板包括DO、DI、PO、MVB等板，用于实现具体接口功能；
二、功能模块功能如下：
接收来自上位机的控制指令，并反馈车载设备的状态信息；
采集继电器电平信息，获取车载设备接口数据，反馈至上位机；
接收上位机的控车信息，输出继电器电平信息，模拟列车接口，发送信息至车载设备；
接收上位机给出的速度值，仿真输出速度脉冲，发送至车载设备，配合支持各项功能测试、故障测试；
采集速度脉冲，并计算出列车运行速度及累计位移，反馈上位机；
接收上位机周期给出的实时列车推进速度和加速度信息，结合内置的动力学模型，实时计算本周期内不同时间的列车速度，将计算的速度转为速度脉冲发送至车载设备；
三、对外接口设备包括列车接口、速度信号接口、BTM接口、以太网接口及CAN接口设备；通过仿真接口，接收来自仿真测试平台的列车速度、列车输入、应答器报文等信息，经过协议转换及计算后转发至车载实物设备；同时接收来自车载实物设备的车载ATP/ATO反馈命令、TMS、HMI信息，进行协议解析后发送至仿真测试平台。
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
用于车载ATC系统测试的装置的对外接口设备，包括列车接口(数字I/O、电流环、脉冲输入输出、MVB接口)，速度信号接口、BTM接口、以太网接口及CAN接口设备；通过仿真接口，接收来自仿真测试平台的列车速度、列车输入、应答器报文等信息，经过协议转换及计算后转发至车载实物设备；同时接收来自车载实物设备的车载ATP/ATO反馈命令、TMS、HMI信息，进行协议解析后发送至仿真测试平台。
1.1.硬件介绍
采用19英寸标准机箱式设计，占用空间尽量少
数字量：48路I，24/110V；48路O，40路NO，8路NC和NO可配；电气隔离
脉冲输出：8路，24V，10KHz，电气隔离
脉冲输入：2路，24V，10KHz，电气隔离
电流环采集：1路0～20mA，电气隔离
电压采集：1路0～10V，电气隔离
通信口：MVB-1路，RS422/RS485-2路，CAN-2路，RS232-1路
以太网：3路对外端口，10/100M自适应，支持TCP协议
其他：
1路，差分(485标准)或TTL(5V/20mA)可选
1路RTC时钟
多路LED指示灯
人工复位按键功能
采用DC24V宽电压输入供电
工作温度满足0℃～55℃
系统具备抗干扰功能
1.2.软件介绍
1)实现底层驱动软件功能，包括差分脉冲、TTL功能等；
2)采用以太网与上位机通信；
3)采用232串口作为系统配置口；
4)系统接收来自仿真测试系统(上位机)的控制指令，并反馈车载设备的状态信息；
5)数字I/O采集：系统采集继电器电平信息，获取车载设备接口数据，反馈至上位机；
6)数字I/O输出：系统接收上位机的控车信息，输出继电器电平信息，模拟列车接口，发送信息至车载设备；
7)速度脉冲的仿真输出：系统接收上位机给出的速度值，仿真输出速度脉冲，发送至车载设备，配合支持各项功能测试、故障测试；
8)速度脉冲的采集及计算：系统应能够采集速度脉冲，并计算出列车运行速度及累计位移，反馈至仿真测试系统(上位机)。
9)实时仿真列车速度：系统接收上位机周期给出的实时列车推进速度和加速度信息，结合内置的动力学模型，实时计算本周期内不同时间的列车速度，将计算的速度转为速度脉冲发送至车载设备。
10)实时发送应答器报文：应答器报文发送的实时性满足车载设备定位的性能需求；接收上位机发送轨道前方的多条应答器报文信息并存储，负责根据列车动力学信息计算激活应答器报文的时机，并在合适的时间向车载设备发送应答器报文；同时，接收上位机发送的应答器增加、删除、移动等控制指令，更新当前存储的应答器报文信息。
11)配置功能：系统接收上位机的配置信息(RS232调试口)，实现对软件运行参数的配置，如应用软件服务端的网络地址、端口号等。
12)监测功能：具备被上位机监控的功能，进行状态显示、功能配置和实时控制。
13)校时功能：实现与上位机时间同步。
14)LED显示功能：根据业务状态，周期性点亮/熄灭LED等。。
15)系统应能够采集并响应模拟量控车指令(电流环、电压环)。
16)系统应能够实现CAN、MVB、RS232、RS422、RS485通信功能。
17)系统应实现以太网通信功能。
1.3.性能介绍
1)系统输出多路速度脉冲的性能指标如下：
·满足车载设备对速度脉冲相位的要求。
·满足车载设备对速度脉冲断线检测的要求。
·速度脉冲的速度表示范围至少应包括(0.5～120)Km/h
·最小速度变化量应小于当前速度的2％
·速度脉冲的相对误差应小于2％
2)系统模拟列车的动力学性能的性能指标如下：
·系统采集速度脉冲计算当前列车运行速度并向仿真测试平台反馈当前速度的实时性指标如下：
·采集速度脉冲并计算速度的最长时间延迟不大于200ms。
·将当前速度反馈给仿真测试平台的最长时间延迟不大于200ms。
3)系统应答器报文仿真发送的性能指标如下：
·发送应答器报文的时间误差不大于10ms。
4)系统应能够采集并响应车载设备的IO指令与控车相关指令的实时性指标如下：
·采集并解析车载设备的IO指令与控车相关指令的时间延迟不大于200ms。
5)系统采集并响应仿真测试平台的指令的实时性指标如下：
·采集并解析仿真测试平台指令的时间延迟不大于200ms。
6)系统主处理器可满足最低10ms进程切换时间要求和最低10ms硬件事件响应时间要求。
7)系统提供协处理器的机制，用于小于10ms任务的调度及计算。
8)与上位机(仿真测试平台)之间建立仿真时钟同步机制，同步精度小于100ms，同步时钟波动范围小于6ms。
1.4.平台架构
平台由主板、功能板和IO板三种类型的板卡组成。
主板：是接口平台的核心，所有的功能板和IO板均是基于此板的扩展，受此板调配。
功能板：功能板通过接插件固定在主板上，为主板扩展对外和对内通信功能，包括RS232、CAN、RS422、RS485等，目前的功能板包括：
功能板-1：单板提供对外CAN总线接口和对外RS232接口；
功能板-2：单板提供对外RS422/RS485串行总线；
功能板-MF：单板提供电压/电流环采集接口、脉冲采集接口、差分信号接口、RS232接口；
IO板：IO板包括DO、DI、PO、MVB等板，用于实现具体接口功能。
1.5.平台供电
平台采用直流电源24V供电，配电端子位于背板，额定功率100W。
1.6.机笼设计
平台硬件采用19英寸标准6U机笼板卡式硬件结构，结构如图1所示：
所有板卡深度为220mm，原则上每块板子的前面板设计引出LED指示灯、电源开关、调试接口；每块板子的后面通过标准哈丁接插件引出功能接口。
主板承载多块功能板，在应用中视为一个独立模块，IO板承载接口功能，每块IO板视为一个独立模块，所有的主板和IO板模块均具备：
人工复位按键功能
多路LED指示灯
采用DC24V宽电压输入供电
工作温度满足0℃～55℃
具备抗干扰功能
供电电源接口通过熔丝、二极管、TVS提供防护。
1.7.主板
主板是接口平台的核心，所有的功能板和IO板均是基于此板的扩展，受此板调配。
主板提供如下功能与接口：
·主板上有4个功能板槽位，用于扩展不同的通信接口。主板的通信接口功能由其所承载的功能板类型决定。
·主板可配置多个链接槽位，用于扩展不同的IO接口板，包括DI、DO、PO、MVB子板。
·主板提供3路以太网接口，每路以太网接口均采用隔离变压器。。
·主板提供1路RTC时钟。
·主板提供8路状态指示灯，根据用户定义，用于功能调试和故障指示。
主板运行Linux操作系统，便于应用开发。
1.8.功能板-1
功能板-1提供2路CAN和2路RS232通信接口功能。
RS232使用16C554芯片逻辑，仅保留RS232驱动电路，简化功能板设计。
CAN通信逻辑功能由CAN功能子板上的CAN总线逻辑控制芯片AN82527实现CAN总线逻辑解析功能。
平台使用一块功能板-1。
CAN和RS232接口均采用隔离设计，并在接口采用了共模抑制设计机制。
1.9.功能板-2
功能板-2提供3路RS422/485通信接口。
RS422/485使用16C554芯片逻辑，仅保留RS422/485驱动电路，简化功能板设计。
平台使用一块功能板-2。
CAN和RS232接口均采用隔离设计，并在接口采用了共模抑制设计机制。
1.10.功能板-MF
功能板-MF为主板的协处理核心板，一方面提供多种接口的适配，另一方面可用于承载对实时性要求极高的处理逻辑。
功能板-MF采用接口丰富的16位单片机实现，单片机自带UART、A/D、PWM外设模块，可通过配置相应的接口芯片实现如下接口：
通过配置精密电阻，基于A/D模块实现对电流环信号的采集；
通过配置精密分压电阻，基于A/D模块实现对电压信号的采集；
通过配置光电耦合隔离电路，基于PWM外设实现脉冲采集；
通过配置RS232接口电路，基于UART实现RS232通信接口；
通过配置RS422接口电路，基于GPIO实现差分信号接口。
平台使用一块功能板-MF。
1.11.DO板
DO板实现24路数字量输出。
接口平台DO板的接口电路设计方式如下：
DO输出采用光电耦合隔离的方式对外隔离；
单路DO添加的保护措施包括小电流熔丝、二极管、TVS、电容；
DO板可通过外接继电器配置为NC和NO；
DO板支持24/110V的外接继电器。
平台使用2块DO板。
1.12.DI板
DI板实现24路数字量输入，外部输入的电压使用继电器转换为5V后，由DI板采集。
接口平台DI板的接口电路设计方式如下：
DI输入采用光电耦合隔离的方式对外隔离；
单路DI添加的保护措施包括小电流熔丝、二极管、TVS、电容；
平台使用2块DI板。
1.13.PO板
PO板的硬件电路实现16路脉冲量输出。
PO板共有16个输出，按三个一组输出，即第0、1、2一组，第3、4、5一组，其他依次类推。同组脉冲值相同，组内第2位快第0位特定相位差(默认120°)，第0位快第1位特定相位差(默认120°),组间脉冲无相位关系。同组脉冲相位关系如图2所示：
对于上图，正向设置时，脉冲输出上升沿2>1>0；当设置脉冲反向时，0>1>2，相位差(默认120°)可调。
接口平台PO板的接口电路设计方式如下：
PO输出采用光电耦合隔离的方式对外隔离；
单路PO添加的保护措施包括小电流熔丝、二极管、TVS、电容；
支持24V，最高20KHz的脉冲输出。
可灵活设置脉冲相位。
可灵活模拟断线等故障模式。
可仿真(0.5～120)Km/h的速度范围。
平台使用1块PO板。
1.14.MVB板
MVB板采用MVB电路模块适配接入接口平台，要求MVB接口采用隔离等EMC设计机制。
本发明帮助测试人员对车载ATC系统软件及硬件进行测试，提高测试效率，缩短测试周期，可模拟真实行车场景完成测试。可以仿真模拟真实场景下应答器预发送、在区域范围内发送的功能。可实时故障注入修改通信数据的功能。可以辅助扩展测试覆盖面。
车载ATC系统的测试往往需要多个功能同时运行测试。接口平台将这些功能进行了集成。与车载ATC系统通信的信息来源统一来自实验室列车。数据之间相互依存，模拟了真实行车情况。
在进行应答器功能测试的时候。车载接口平台则对次场景进行了模拟。使报文的发送具备了预发送，范围发送的机制。在实验室列车行驶到应答器有效范围内的时候可触发应答器信息的发送且速度可控制满足了测试需求。另外旧有的应答器设备报文固定，对于需要测试报文内容错误等故障的场景需要进行复杂的操作来重新写入报文。而接口平台具备实时修改发送报文内容的能力，对测试带来了极大的便利，使测试人员能够覆盖更多的场景情况。
在进行CAN、MVB测试的时候。车载接口平台集成了CAN、MVB的协议转换发送接收的功能。在实验室列车行驶过程中可实时变更数据内容且具备故障注入功能，可测试错误、特殊数据内容的情况。对于IO测试。车载接口平台将所有IO进行了集成并根据实验室列车发送的列车信息实时改变IO信息。且具备了故障注入能力，可随时改变IO状态模拟列车故障或者驾驶员误操作的场景。操作简单，使测试范围更广。

Claims (10)

1.一种用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，包括平台、功能模块和对外接口设备，
一、平台由主板、功能板和IO板三种类型的板卡组成；
主板是接口平台的核心，所有的功能板和IO板均是基于此板的扩展，受此板调配。
功能板：功能板通过接插件固定在主板上，为主板扩展对外和对内通信功能，包括RS232、CAN、RS422、RS485等，目前的功能板包括：
功能板-1：单板提供对外CAN总线接口和对外RS232接口；
功能板-2：单板提供对外RS422/RS485串行总线；
功能板-MF：单板提供电压/电流环采集接口、脉冲采集接口、差分信号接口、RS232接口；
IO板：IO板包括DO、DI、PO、MVB等板，用于实现具体接口功能；
二、功能模块功能如下：
接收来自上位机的控制指令，并反馈车载设备的状态信息；
采集继电器电平信息，获取车载设备接口数据，反馈至上位机；
接收上位机的控车信息，输出继电器电平信息，模拟列车接口，发送信息至车载设备；
接收上位机给出的速度值，仿真输出速度脉冲，发送至车载设备，配合支持各项功能测试、故障测试；
采集速度脉冲，并计算出列车运行速度及累计位移，反馈上位机；
接收上位机周期给出的实时列车推进速度和加速度信息，结合内置的动力学模型，实时计算本周期内不同时间的列车速度，将计算的速度转为速度脉冲发送至车载设备；
三、对外接口设备包括列车接口、速度信号接口、BTM接口、以太网接口及CAN接口设备；通过仿真接口，接收来自仿真测试平台的列车速度、列车输入、应答器报文等信息，经过协议转换及计算后转发至车载实物设备；同时接收来自车载实物设备的车载ATP/ATO反馈命令、TMS、HMI信息，进行协议解析后发送至仿真测试平台。
2.根据权利要求1所述用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，列车接口包括数字I/O、电流环、脉冲输入输出、MVB接口。
3.根据权利要求1所述用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，平台包括
机箱
数字量：48路I，24/110V；48路O，40路NO，8路NC和NO可配；电气隔离
脉冲输出：8路，24V，10KHz，电气隔离
脉冲输入：2路，24V，10KHz，电气隔离
电流环采集：1路0～20mA，电气隔离
电压采集：1路0～10V，电气隔离
通信口：MVB-1路，RS422/RS485-2路，CAN-2路，RS232-1路
以太网：3路对外端口，10/100M自适应，支持TCP协议。
4.根据权利要求3所述用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，平台还还包括
1路RTC时钟
多路LED指示灯
人工复位按键功能
采用DC24V宽电压输入供电
工作温度满足0℃～55℃。
5.根据权利要求1所述用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，功能模块功能还包括
实时发送应答器报文：应答器报文发送的实时性满足车载设备定位的性能需求；接收上位机发送轨道前方的多条应答器报文信息并存储，负责根据列车动力学信息计算激活应答器报文的时机，并在合适的时间向车载设备发送应答器报文；同时，接收上位机发送的应答器增加、删除、移动等控制指令，更新当前存储的应答器报文信息；
校时功能：实现与上位机时间同步；
LED显示功能：根据业务状态，周期性点亮/熄灭LED；
采集并响应模拟量控车指令；
实现CAN、MVB、RS232、RS422、RS485通信功能；
实现以太网通信功能。
6.根据权利要求1所述用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，主板提供如下功能与接口：
●主板上有4个功能板槽位，用于扩展不同的通信接口；
●主板可配置多个链接槽位，用于扩展不同的IO接口板，包括DI、DO、PO、MVB子板；
●主板提供3路以太网接口，每路以太网接口均采用隔离变压器；
●主板提供1路RTC时钟；
●主板提供8路状态指示灯，根据用户定义，用于功能调试和故障指示。
主板运行Linux操作系统，便于应用开发。
7.根据权利要求1所述用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，功能板-1提供2路CAN和2路RS232通信接口；
RS232使用16C554芯片逻辑，仅保留RS232驱动电路。
8.根据权利要求1所述用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，功能板-2提供3路RS422/485通信接口；
RS422/485使用16C554芯片逻辑，仅保留RS422/485驱动电路。
9.根据权利要求1所述用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，
功能板-MF采用接口丰富的16位单片机实现，单片机自带UART、A/D、PWM外设模块，可通过配置相应的接口芯片实现如下接口：
通过配置精密电阻，基于A/D模块实现对电流环信号的采集；
通过配置精密分压电阻，基于A/D模块实现对电压信号的采集；
通过配置光电耦合隔离电路，基于PWM外设实现脉冲采集；
通过配置RS232接口电路，基于UART实现RS232通信接口；
通过配置RS422接口电路，基于GPIO实现差分信号接口。
10.根据权利要求1所述用于车载ATC系统测试的装置，其特征在于，DO板实现24路数字量输出；
接口平台DO板的接口电路设计方式如下：
DO输出采用光电耦合隔离的方式对外隔离；
单路DO添加的保护措施包括小电流熔丝、二极管、TVS、电容；
DO板可通过外接继电器配置为NC和NO；
DO板支持24/110V的外接继电器。
平台使用2块DO板。
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