CN1528630A - 机车信号故障诊断仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机车信号故障诊断仪，CPU系统由中央处理器、存储器、复位电路、晶振电路和总线驱动电路构成，该机车信号故障诊断仪由CPU系统连接以下模块构成，CPU系统连接有异步串口、键盘的键盘处理、仿真头电路、连接至被测板AD接口的AD检测、总线模拟电路、采用光电耦合电路的隔离输入、由测试控制、数据寄存器、频率计数器组成的晶振检测、电源监测模块构成，以及连接有探头电路，该探头电路连接有测试探头。该机车信号故障诊断仪操作简便、检测结果直观，用诊断仪程序控制被测板工作，因此能够迅速得到大量全面的测试数据，配合测试表笔，可以进一步确定故障点。

Description

机车信号故障诊断仪

技术领域

本发明涉及一种故障诊断仪，特别是指一种机车信号故障诊断仪。

机车信号是一种铁路信号设备，是机车必备的信号设备之一。机车信号的功能是接收、译解用于指挥列车运行的信息，并将其提供给司机以及监测、控制列车运行的相关设备，以保障列车运行的安全和效率。机车信号的可靠工作以及故障后的及时检修有重要的意义。

“机车信号故障诊断仪”(以下简称诊断仪)是国内第一台用于对机车信号设备进行故障自动诊断的仪器。它能够对机车信号电路板进行全面的自动检测，确定各部分电路的工作状况，并指导工作人员通过简单的判断和操作，定位电路板的故障点。诊断仪的使用，可以大大提高机车信号的维修效率，降低维护成本，保障机车信号设备的正常运用，具有很大的社会效益和经济效益。

背景技术

目前，以往在相关的应用中，可以采取的方式无外有两种，一种是采用通用的电路板在线检测设备(针床测试设备)，另一种是完全人工检测。

针床测试设备针对机车信号故障诊断的应用有以下缺点：

(1)价格昂贵，使用和维护成本高。

(2)对应用人员要求高。必须由专业人员设计检测程序、设计加工检测模板，而一般用户无法完成。

(3)检测结果表示不直观，无检测指导。

(4)有局限性。无法完全定位器件故障，对模拟电路更难以检测。

人工检测针对机车信号故障诊断的应用有以下缺点：

(1)对检测人员要求高。检测人员必须对电路十分了解，才有可能根据故障现象进行分析和检测。

(2)检测难度大。对于实时运行的电路，很难测量各部分的工作状态，难于进行故障定位。

(3)效率低下。采用人工方法对电路板进行全面的检测需耗费大量的时间，而且也难以避免人为的错误。

(4)维修成本高。人工检测必须进行尝试性的器件更换，难免造成浪费。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种机车信号故障诊断仪。利用被测机车信号电路板的CPU模块接口以及与外部设备的接口，采用板级嵌入、用诊断仪程序控制被测机车信号电路板工作、被测板总线模拟与隔离、输入接口隔离与数据采集、测试探头应用、功能测试与电气测试相结合等方法，通过合理的检测流程和检测步骤，实现对被测板的故障诊断。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种机车信号故障诊断仪，

CPU系统由中央处理器、存储器、复位电路、晶振电路和总线驱动电路构成，该机车信号故障诊断仪由CPU系统连接以下模块构成，

(1)异步串口：诊断仪通过异步串口连接有显示设备；

(2)键盘处理：连接有键盘；

(3)仿真头电路；

(4)AD检测：由模拟信号发生电路和同步串行接口电路组成，连接至被测板AD接口；

(5)总线模拟电路：由CPU配合外围电路实现总线模拟。

(6)隔离输入：为采集被测板的输出信号的光电耦合电路构成；

(7)晶振检测：由测试控制、数据寄存器、频率计数器组成；

(8)电源监测。

该机车信号故障诊断仪的CPU系统连接有探头电路，该探头电路连接有测试探头。

本发明相比现有技术具有如下优点：

(1)操作简便，容易使用，有良好的人机交互界面(液晶显示器或PC显示器)，检测结果直观。

(2)通用性好，一台诊断仪可以对目前现场使用的3种机车信号主机板进行检测。

(3)测试全面。由于诊断仪利用被测板的CPU模块接口和对外部设备接口进行检测，用诊断仪程序控制被测机车信号电路板工作，因此能够迅速得到大量全面的测试数据，并且检测过程不受被测板原有的程序设计影响。

(4)故障定位准确。通过合理的测试流程和测试步骤，能够快速确定故障类型及故障范围；在诊断仪系统指导下，配合测试表笔，可以进一步确定故障点。

(5)诊断仪的使用可以实现准确、高效，并减少了不必要的浪费。

附图说明

图1.机车信号故障诊断仪电路原理图。

图2.机车信号故障诊断仪结构框图。

图3.机车信号故障诊断仪工作流程图。

图4.机车信号故障诊断仪故障监测流程图。

具体实施方式

该机车信号故障诊断仪构成如下，请参考图1机车信号故障诊断仪电路原理图，CPU系统由中央处理器、存储器、复位电路、晶振电路和总线驱动电路等构成。此部分电路构成了系统工作的基本环境。该诊断仪由CPU系统连接以下模块构成：

(1)异步串口：诊断仪通过异步串行接口驱动显示设备。显示设备是诊断仪表达各种信息的工具，显示的内容包括诊断界面、诊断步骤、诊断结果和提示信息等。

(2)键盘处理：键盘处理电路实时检测按键状态，发生按键操作时，向处理器发送中断，同时提交按键编码信息。键盘为诊断仪接收控制命令的接口，用户通过键盘控制诊断的进程。

(3)探头电路：测试探头是诊断仪的辅助工具，利用它可以探测被测电路板上各测试点的信号。探头电路实现的功能有两个：一是将测试点信号经过隔离后送到处理器AD接口，通过AD转换得到精确的电压值；二是利用比较电路判定测试点电平为高电平、低电平或是不定态，并将结果送给处理器。

(4)仿真头电路：仿真头是诊断仪的测试连接工具，其连接部位为被测板的CPU模块接口，将被测板的CPU系统部分接入诊断系统。目前机车信号有3种电路板，其CPU模块接口不同，诊断仪为此设计了不同的仿真头。诊断仪可自动识别不同的仿真头，并据此对不同的被测板采用相应的诊断程序。

(5)AD检测：机车信号电路板上有AD电路检测，是将模拟信号转换成数字信号的信号采集电路。AD电路检测的功能是实现对被测板AD电路的检测，它由两部分构成：模拟信号发生电路和同步串行接口电路。

模拟信号发生电路，能够输出一定幅度和形式的模拟信号波形，送到被测板AD电路的模拟信号接口。

同步串行接口电路，实现诊断仪与被测板AD芯片的通信。诊断仪可以通过串行接口向被测板的AD芯片发送控制命令，控制其工作状态，然后再读回AD芯片的采样结果，与信号发生电路的输出波形比较，检测采样频率、采样精度和信号发送功能。

(6)总线模拟电路：在诊断过程中，由于用仿真头插入被测机车信号板，替代被测机车信号板的CPU模块，所以诊断仪必须能够提供被测机车信号板的全部总线信号，以驱动被测机车信号板，这部分工作由总线模拟电路实现。CPU配合外围电路模拟出被测机车信号板的数据总线、地址总线和控制总线，为被测机车信号板提供总线信号。被测板上的总线信号也可以通过总线模拟电路读回，通过这个闭环回路，诊断仪可以检测到被测机车信号板的总线是否故障。并且定位到发生故障的总线。

(7)隔离输入：机车信号的输出接口输出多种开关量信号，包括灯位信号、速度等级、制式、绝缘节信息等。诊断仪需要读取这些信号，以判断被测板输出电路是否工作正常。为了避免影响被测板的工作，也为了防止诊断仪电路被意外损坏，采用光电耦合电路采集被测板的输出信号，实现诊断仪电路与被测板输出信号的电气隔离。

(8)晶振检测：实现对被测板的晶振检测功能，由测试控制、数据寄存器、频率计数器等部分组成。频率计数器对被测板晶振的输出信号的频率计数，并把计数结果存入寄存器。测试程序通过测试控制电路控制计数时机，从数据寄存器中读取结果，与理论值比较，判断晶振是否工作正常。

(9)电源监测：包括被测板48V输入短路监测和被测板+5V输出监测和检测。

电源监控：被测机车信号板的供电电源由电压监控电路来控制。该电路被测板电源输入处电压和+5V工作电压信号进行隔离采样，再经过比较电路判定，若发现输入短路或工作电压过高，则立即通知处理器，以及时关断对被测板的供电电源，避免损坏诊断仪。

电源检测：将被测机车信号板+5V工作电压分压后，送到处理器的AD采样电路。诊断仪对采样结果进行测算，判定电压的幅值和纹波是否在正常范围。

使用时，该机车信号故障诊断仪与被测板和外围设备连接，请参考图2机车信号故障诊断仪结构框图，将被测板与诊断仪系统连接，启动诊断系统，显示检测界面。利用键盘进行检测条件设置，设置项目包括电路板信息、需要检测的项目等。系统对被测板进行自动检测，显示检测进程。

按图3机车信号故障诊断仪工作流程图自动进行检测，按图4机车信号故障诊断仪故障监测流程图显示测试结果。

检测过程如下：

(1)诊断仪通过总线模拟电路，对控制电路发送数据总线、地址总线和控制总线信号，控制被测板的输出电路输出一定组合的信号。

(2)诊断仪通过隔离输入电路采集这些输出信号，从数据总线上读回输出的实际值以后，与理论值进行比较，判断输出电路是否正确。

(3)若发现故障的输出通道，系统提示故障的通道号。用户可通过键盘操作诊断仪再次进行自动测试，或进入异常测试流程。

(4)进入异常测试，根据已经得到的故障信息，诊断系统从储存的诊断信息库中选择合适的检测方案，指导对输出电路的有关测试点进行测试。此过程需要测试探头配合，系统将测试探头读取的信号与理论值相比较，判断被测信号点是否正常。

(5)通过对被测板上相关电路的测试，诊断仪可判断出被测板的故障所在，并显示具体的故障信息。

检测内容如下：

(1)电源监控与检测。电源监控可以检测电源输入短路和+5V工作电源的高压等破坏性故障，并及时切断被测机车信号板的供电电源。电源检测可以检测被测板+5V工作电源的幅度和纹波是否处于正常范围。

(2)晶振检测。通过晶振检测电路可以检测出被测机车信号板的晶振起振情况，以及振荡频率。

(3)总线检测。诊断仪通过总线模拟电路，向被测机车信号板提供地址总线，数据总线，控制总线信号，来控制被测机车信号板的工作。总线模拟电路可以读回地址总线，数据总线，控制总线上的数据，将这些反馈信号与所发出的信号相比较，就可以检测到被测机车信号板的数据总线、地址总线和控制总线是否正常。总线检测可以精确定位发生故障的总线。

(4)控制电路检测。机车信号的控制电路送出控制信号，不仅协调各部分电路的工作，确保完成各种功能，而且实现了系统的故障安全设计。诊断仪通过总线模拟电路，对控制电路发送地址总线和控制总线信号，模拟控制电路的工作条件，对重要的控制信号进行检测，判断控制电路工作状态，指出故障的器件。配合测试探头的使用，可以精确定位故障点。

(5)存储器检测。诊断仪通过总线模拟电路，对控制电路发送数据总线、地址总线和控制总线信号，实现存储器的读写操作时序，对机车信号电路板的片外存储器进行检查，判断是否故障。

(6)光电开关检测。诊断仪通过总线模拟电路，对控制电路发送数据总线、地址总线和控制总线信号，实现光电开关导通、关断等状态的工作条件，控制光电开关动作。再通过隔离输入电路读取光电开关的实际状态，判断其是否工作正常。

(7)输出反馈电路检测：机车信号的输出接口输出多种开关量信号，包括灯位信号、速度等级、制式、绝缘节信息等。为了确保安全，机车信号还通过的反馈回路读取输出信号进行确认。诊断仪通过总线模拟电路，对控制电路发送数据总线、地址总线和控制总线信号，控制被测板输出一定组合的信号。诊断仪一方面通过隔离输入电路采集这些输出信号，与理论值进行比较，判定输出是否正确。另一方面控制被测板通过反馈回路读回输出信号，判断其反馈回路是否正常。若发现故障的输出反馈通道，可以使用测试探头检测，确定故障的器件。

(8)输入电路检测：机车信号电路板上有条件设置跳线，这些跳线的状态控制机车信号实现相应的功能。诊断仪通过总线模拟电路，对控制电路发送数据总线、地址总线和控制总线信号，控制被测板读取条件设置跳线的状态，并显示在显示器上。用户可以对照被测板上的实际设置，检查输入接口是否正常。若发现故障的通道，可以使用测试探头检测，确定故障的器件。

(9)模拟信号接口检测：机车信号电路板上有AD电路，是将模拟信号转换成数字信号的信号采集电路。诊断仪通过模拟信号发生电路，输出一定幅度和形式的模拟信号波形，送到被测板AD电路的模拟信号接口。再利用同步串行接口，实现诊断仪与被测板AD芯片的通信，控制其工作状态，读回信号采样结果，与信号发生电路的输出波形比较，检测采样频率、采样精度和信号发送功能。

该机车信号故障诊断仪操作简便、检测结果直观，通用性好，用诊断仪程序控制被测板工作，因此能够迅速得到大量全面的测试数据，故障定位准确，在诊断仪系统指导下，配合测试表笔，可以进一步确定故障点。

Claims (2)

1.一种机车信号故障诊断仪，其特征在于：

CPU系统由中央处理器、存储器、复位电路、晶振电路和总线驱动电路构成，该机车信号故障诊断仪由CPU系统连接以下模块构成，

(1)异步串口：诊断仪通过异步串口连接有显示设备；

(2)键盘处理：连接有键盘；

(3)仿真头电路；

(4)AD检测：由模拟信号发生电路和同步串行接口电路组成，连接至被测板AD接口；

(5)总线模拟电路：由CPU配合外围电路实现总线模拟。

(6)隔离输入：为采集被测板的输出信号的光电耦合电路构成；

(7)晶振检测：由测试控制、数据寄存器、频率计数器组成；

(8)电源监测。

2.如权利要求1所述的机车信号故障诊断仪，其特征在于：

该机车信号故障诊断仪的CPU系统连接有探头电路，该探头电路连接有测试探头。

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