CN112945276A - 一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置 - Google Patents

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江国栋
李楠
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Abstract

本发明公开了一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置，涉及电子信息工程技术领域，包括程控电源一单元、电阻阵列一单元、主控制器单元、电阻阵列二单元、程控电源二单元、电平变换电路单元、DC/DC变换器单元、LCD显示单元、里程计单元以及输入电源Vin；输入电源Vin与程控电源一单元的输入端、程控电源二单元的输入端以及与DC/DC变换器单元的输入端连接；通过微处理器自动数据采集与处理，模拟电源电压波动或瞬间断电供电环境，设计试验流程给里程计供电；其次，根据里程计功能性能试验要求，模拟信号幅度波动信号，设计试验流程给里程计馈送信号，有利于提高试验数据准确性和一致性，从而提高工作效率及产品质量，降低企业生产运行成本。

Description

一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置
技术领域
本发明涉及电子信息工程技术领域，具体涉及一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置。
背景技术
地铁车辆电子里程计属于铁路车辆电子设备，其必须符合国际标准“IEC60571铁路车辆用电子设备”技术要求。
1.电子里程计满足供电环境为：
(1)标称电压U1；
(2)电压范围在0.7U1～1.25U1时，用电设备应能正常地工作；
(3)电压波动范围在0.6U1-1.4U1时，时间不超过0.1s时，应不引起设备功能的偏离；
(4)电压波动值为1.25U1-1.4U1时，时间不超过1s时，应不引起设备的损坏，但设备功能可以不完全；
(5)输入电压在10ms内的中断，不会引起设备的任何故障。
2.电子里程计功能性能试验满足：
电源输入为U1直流，周期T＝1000ms一个脉冲，脉宽500ms，脉冲幅值波动±25％U1，计数准确性不受影响。
里程计在设计、生产和技术服务过程中，必须满足标准规定各项技术要求。所以需要一个参照标准规定的技术要求而设计的里程计的试验装置，这样可以有效地检验产品功能性能，保证产品质量，提高产品的可靠性，从而提高企业经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置，以解决上述背景技术中提到的问题。
一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置，包括程控电源一单元、电阻阵列一单元、主控制器单元、电阻阵列二单元、程控电源二单元、电平变换电路单元、DC/DC变换器单元、LCD显示单元、里程计单元以及输入电源Vin；
所述输入电源Vin与程控电源一单元的输入端连接，所述输入电源Vin与程控电源二单元的输入端连接，所述输入电源Vin与DC/DC变换器单元的输入端连接；
所述程控电源一单元的输入端还与电阻阵列一单元的输出端连接，所述程控电源一单元的输出端与里程计单元的输入端连接，所述电阻阵列一单元的输入端与主控制器单元的输出端连接；
所述程控电源二单元的输入端还与电阻阵列二单元的输出端连接，所述电阻阵列二单元的输入端与主控制器单元的输出端连接，所述程控电源二单元的输出端与电平变换电路单元的输入端连接，所述电平变换电路单元的输入端还与主控制器单元的输出端连接，所述电平变换电路单元的输出端与里程计单元的输入端连接，所述里程计单元与主控制器单元之间串行通信。
优选的，所述主控制器单元的输出端还连接有LCD显示单元。
优选的，所述DC/DC变换器单元产生电源VCC为主控制器单元、电平变换电路单元以及LCD显示单元供电。
优选的，所述主控制器单元的芯片采用型号为STC12C5402AD的单片机。
优选的，所述DC/DC变换器单元的芯片型号为MC34063。
本发明的优点在于：按照国际标准“IEC60571铁路车辆用电子设备”技术要求对里程计进行试验，通过微处理器自动数据采集与处理，模拟电源电压波动或瞬间断电供电环境，设计试验流程给里程计供电；其次，根据里程计功能性能试验要求，里程计接收周期T与脉宽不变，幅度变化±25％的脉冲信号，试验装置模拟信号幅度波动信号，设计试验流程给里程计馈送信号，有利于提高试验数据准确性和一致性，从而提高工作效率及产品质量，降低企业生产运行成本。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图1中，1：程控电源一单元、2：电阻阵列一单元、3：主控制器单元、4：电阻阵列二单元、5：程控电源二单元、6：电平变换电路单元、7：DC/DC变换器单元、8：LCD显示单元、9：里程计单元。
图2为本发明的程控电源及电平变换电路。
图3为本发明的主控制器单元、LCD显示单元、DC/DC变换器单元及里程计单元的电路图。
图4为本发明的供电环境试验流程时序图。
图5为本发明的里程信号幅度变化试验流程时序图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置，包括程控电源一单元1、电阻阵列一单元2、主控制器单元3、电阻阵列二单元4、程控电源二单元5、电平变换电路单元6、DC/DC变换器单元7、LCD显示单元8、里程计单元9以及输入电源Vin；
所述输入电源Vin与程控电源一单元1的输入端连接，所述输入电源Vin与程控电源二单元5的输入端连接，所述输入电源Vin与DC/DC变换器单元7的输入端连接；
所述程控电源一单元1的输入端还与电阻阵列一单元2的输出端连接，所述程控电源一单元1的输出端与里程计单元9的输入端连接，所述电阻阵列一单元2的输入端与主控制器单元3的输出端连接；
所述程控电源二单元5的输入端还与电阻阵列二单元4的输出端连接，所述电阻阵列二单元4的输入端与主控制器单元3的输出端连接，所述程控电源二单元5的输出端与电平变换电路单元6的输入端连接，所述电平变换电路单元6的输入端还与主控制器单元3的输出端连接，所述电平变换电路单元6的输出端与里程计单元9的输入端连接，所述里程计单元9与主控制器单元3之间串行通信。
在本实施例中，所述主控制器单元3的输出端还连接有LCD显示单元8。
在本实施例中，所述DC/DC变换器单元7产生电源VCC为主控制器单元3、电平变换电路单元6以及LCD显示单元8供电。
在本实施例中，所述主控制器单元3的芯片采用型号为STC12C5402AD的单片机。
在本实施例中，所述DC/DC变换器单元7的芯片型号为MC34063。
电路各引脚连接关系：
如图2、图3所示输入电压Vin经P1-1与程控电源一单元1的集成稳压器U1-3、C1相连，U1-2输出V1与R8、C2、C3相连，U1-2输出V1与里程计单元9的DUT1-1相连，U1-1与电阻阵列一单元2的R1-R6相连；
电阻阵列一单元2的驱动芯片U2-16与R1相连，U2-15与R2相连，U2-14与R3相连，U2-13与R4相连，U2-12与R5相连，U2-11与R6相连；
Vin与程控电源二单元5的集成稳压器U5-3相连，U5-2输出V2与R22、C4、C5相连，U5-2输出V2与电平变换电路单元6的R18相连，U5-1与电阻阵列二单元4的R10、R12、R14相连；
电阻阵列二单元4的三极管Q1-C与R10相连，Q1-B与R9相连，Q2-C与R12相连，Q2-B与R11相连，Q3-C与R14相连，Q3-B与R13相连，Q1-E、Q2-E、Q3-E接地；
电平变换电路单元6的R15与Q4-B相连，Q4-C与R16、R17相连，R17与Q5-B相连，Q5-C输出SIG2与R18、里程计单元9的DUT1-3相连，Q4-E、Q5-E与地相连。
如图3所示，主控制器单元3的U3-16输出P40与电阻阵列一单元2的U2-1相连，实现试验电源1.4U1施加DUT1-1，U3-17输出P25与U2-2相连，实现试验电源1.25U1施加DUT1-1，U3-18输出P0与U2-3相连，实现试验电源1.0U1施加DUT1-1，U3-20输出N30与U2-4相连，实现试验电源0.7U1施加DUT1-1，U3-21输出N40与U2-5相连，实现试验电源0.6U1施加DUT1-1，U3-23输出0V与U2-6相连，实现试验电源0V施加DUT1-1，模拟瞬间断电；
主控制器的U3-26输出LP25与电阻阵列二单元4的R9相连，实现脉冲信号1.25U1施加DUT1-3，U3-27输出LP0与R11相连，实现脉冲信号幅度1.0U1施加DUT1-3，U3-29输出LN25与R13相连，实现脉冲信号幅度0.75U1施加DUT1-3；主控制器的U3-30输出SIG1与电平变换电路R15相连；主控制器的U3-7输出CS与LCD显示U4-4相连，U3-8输出SID与U4-5相连，U3-9输出SCLK与U4-6相连，U3-5输出L_SW与R28相连；主控制器的U3-1输出TXD与里程计DUT1-6相连，DUT1-5输出RXD与U3-32相连，实现主控制器与里程计串行通讯；LCD显示的R28与Q6-B相连，Q6-C与U4-20相连，用来控制LCD背光点亮；DC/DC变换器控制芯片U6-6与R19相连，U6-1、U6-7、U6-8短接与R19相连，U6-4与C8相连，U6-2与D1、L1相连，U6-5与R20、R21相连，R21与L1、C6、C7相连，输出电源VCC与U3-28、R16、U4-2、U4-17、U4-19相连。
工作过程及其原理：
参照IEC60571国际标准，自动试验装置模拟IEC60571标准规定供电试验环境，模拟电源电压波动或瞬间断电供电环境，设计试验流程给里程计供电；其次，根据里程计功能性能试验要求，里程计接收周期T与脉宽不变，幅度变化±25％的脉冲信号，试验装置模拟信号幅度波动信号，设计试验流程给里程计馈送信号。
供电环境电源电压升降由线性可调集成稳压器LM317，通过主控制器调配电阻阵列来实现，其原理为
UO＝(1+R2/R1)×VREF
式中，参考电压VREF＝1.25V；电阻R1＝240Ω，通过调配R2来调节输出电压Uo大小；同理，也可调节里程计脉冲电平升降。
微处理器对试验环境和流程进行自动控制，并对试验数据进行采集、处理和显示。以上两种试验项目，按1秒一个样点，连续工作2小时，采集样点数，与理论值7200点进行比较，以此来检验里程计功能性能是否达到设计要求。
结合图2，程控电源一单元1包括：以24V标称电压供电里程计为例，可调集成稳压器U1(LM317)、R8(240Ω)、C1、C2、C3。电阻阵列一单元2包括：驱动芯片U2(ULN2003)、R1(6.21K)、R2(5.52K)、R3(4.37K)、R4(3K)、R5(2.52K)、R6(0Ω)。通过电子开关U2控制R1-R6接入U1-1调整端，从而实现U1-2可调输出电压V1，V1与R1-R6关系如表1所示。
表1 V1与R1-R6关系
Figure BDA0002939656750000061
结合图2，程控电源二单元5包括：可调集成稳压器U5(LM317)、R22(240Ω)、C4、C5。电阻阵列二单元4包括：三极管Q1-Q3(2N2222)、R10(5.52K)、R12(4.37K)、R14(3.22K)、R9、R11、R13。通过电子开关Q1-Q3控制R10、R12、R14接入U5-1调整端，从而实现U5-2可调输出电压V2，V2与R10、R12、R14关系如表2所示。
表2 V2与R10、R12、R14关系
电阻 R10(5.52K) R12(4.37K) R14(3.22K)
V2(V) 30.0(1.25U1) 24.0(1.0U1) 18.0(0.75U1)
结合图2，电平变换电路单元6包括：三极管Q4-Q5(2N2222)、R15-R18，实现信号幅值由VCC(5V)转换成V2。
结合图3，主控制器(MCU)单元3包括：微处理器芯片U3(STC12C5402AD)及外围元件；DC/DC变换器单元7包括：芯片U6(MC34063)、电感L1、肖特基二极管D1(SS16)、R19-R21、C6-C8；LCD显示单元8包括：显示模块U4(LCD12864)、三极管Q6(2N2222)、R28。主控制器的U3-1输出TXD与里程计DUT1-6相连，DUT1-5输出RXD与U3-32相连，实现主控制器与里程计串行通讯。
结合图3与图4，主控制器U3控制电阻阵列一及程控电源一实现供电环境试验流程。
结合图3与图5，主控制器U3控制电阻阵列二及程控电源二实现里程信号幅度变化试验流程。
基于上述：按照国际标准“IEC60571铁路车辆用电子设备”技术要求对里程计进行试验，通过微处理器自动数据采集与处理，模拟电源电压波动或瞬间断电供电环境，设计试验流程给里程计供电；其次，根据里程计功能性能试验要求，里程计接收周期T与脉宽不变，幅度变化±25％的脉冲信号，试验装置模拟信号幅度波动信号，设计试验流程给里程计馈送信号，有利于提高试验数据准确性和一致性，从而提高工作效率及产品质量，降低企业生产运行成本
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (5)

1.一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置，其特征在于，包括程控电源一单元(1)、电阻阵列一单元(2)、主控制器单元(3)、电阻阵列二单元(4)、程控电源二单元(5)、电平变换电路单元(6)、DC/DC变换器单元(7)、里程计单元(9)以及输入电源Vin；
所述输入电源Vin与程控电源一单元(1)的输入端连接，所述输入电源Vin与程控电源二单元(5)的输入端连接，所述输入电源Vin与DC/DC变换器单元(7)的输入端连接；
所述程控电源一单元(1)的输入端还与电阻阵列一单元(2)的输出端连接，所述程控电源一单元(1)的输出端与里程计单元(9)的输入端连接，所述电阻阵列一单元(2)的输入端与主控制器单元(3)的输出端连接；
所述程控电源二单元(5)的输入端还与电阻阵列二单元(4)的输出端连接，所述电阻阵列二单元(4)的输入端与主控制器单元(3)的输出端连接，所述程控电源二单元(5)的输出端与电平变换电路单元(6)的输入端连接，所述电平变换电路单元(6)的输入端还与主控制器单元(3)的输出端连接，所述电平变换电路单元(6)的输出端与里程计单元(9)的输入端连接，所述里程计单元(9)与主控制器单元(3)之间实行串行通信。
2.根据权利要求1所述一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置，其特征在于，所述主控制器单元(3)的输出端还连接有LCD显示单元(8)。
3.根据权利要求1所述一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置，其特征在于，所述DC/DC变换器单元(7)产生电源VCC为主控制器单元(3)、电平变换电路单元(6)以及LCD显示单元(8)供电。
4.根据权利要求1所述一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置，其特征在于，所述主控制器单元(3)的芯片采用型号为STC12C5402AD的单片机。
5.根据权利要求1所述一种地铁车辆电子里程计供电环境及功能性能自动试验装置，其特征在于，所述DC/DC变换器单元(7)的芯片型号为MC34063。
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