CN209471374U - 一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，包括主体包装壳，且主体包装壳内部设有主控模块、隔离单元、ARM核心板、显示模块、通信接口模块、电源模块、信号模拟诊断模块和航空插头，所述主控模块内设有FPGA，所述主控模块通过高速模拟转换器与隔离单元连接，且隔离单元包括隔离运放、隔离通信器件和隔离电源组成，且隔离单元通过磁的形式与信号模拟诊断模块相隔离，本实用新型通过FPGA作为主控制器用于控制和产生信号波形，并控制各个模块的稳定运行，并通过ARM核心板控制显示模块的波形显示，通信接口模块的WIFI接口用于与电脑通信，显示模块自带彩色液晶显示屏，且触摸屏具备触摸功能，能快速响应用户触摸输入。

Description

一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪

技术领域

本实用新型涉及信号模拟检测与生成领域，尤其涉及一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪。

背景技术

随着技术的发展，列车的运行速度不断提升，在安全方面为了提高列车行驶中的安全问题，需要对列车的运行状态进行模拟监控和记录，一方面，不能真正的在列车运行时再对其性能进行评估，如果出现问题会带来很大的麻烦，另一方面在能耗上，需要对列车运行中的各种参数进行模拟检测和诊断，所以需要一种能够对列车的性能进行模拟诊断的仪器。

目前的技术一般采用信号模拟器来产生特殊格式的复杂信号，用于模拟仿真列车运行时的实际电磁工作环境，对列车的电源电压和速度等进行性能评估，通过性能评估来诊断列车运行时的实际问题，但是目前的模拟器还没有做到从电流信号、电压信号、速度信号、轨道信号、柴速信号、制动信号、手柄信号、数字量信号和平调信号模拟和诊断多方位的对列车性能进行评估。

实用新型内容

本实用新型是为了提供了一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，解决目前技术无法全面的从电源、速度、压力、轨道信号、柴速、手柄、数字量输出、平调和制动等方面进行模拟仿真和诊断的问题。

在一些可选实施例中，为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，包括主体包装壳，且主体包装壳内部设有主控模块、隔离单元、ARM核心板、显示模块、通信接口模块、电源模块、信号模拟诊断模块和航空插头；

所述主控模块内设有FPGA，所述主控模块通过高速模拟转换器与隔离单元连接，且隔离单元包括隔离运放、隔离通信器件和隔离电源组成，且隔离单元设有隔离通信芯片，且隔离单元通过磁的形式与信号模拟诊断模块相隔离，所述FPGA通过串口与ARM核心板电连接，所述ARM核心板内部设有NAND FLASH存储器和DDR3存储条，且ARM核心板外侧通过IIC接口连接按键板，所述ARM核心板与显示模块电连接，所述显示模块包括液晶屏和触摸屏，且显示模块的右端外侧设有菜单栏，其中触摸屏安装于液晶屏的外侧，所述通信接口模块包括CAN总线接口、USB Device(USB从设备)、USB Host(USB主设备)、RS485通信接口、RS422通信接口、Ethernet(以太网)通信接口和WIFI通信接口，且通信接口模块集成安装在ARM核心板上，且WIFI通信接口设置在主体包装壳的后侧左端。

采用该可选实施例，通过FPGA作为主控制器用于控制和产生信号波形，并控制各个模块的稳定运行，并通过ARM核心板控制显示模块的波形显示，通信接口模块的WIFI接口用于与电脑通信，实现对信号模拟器的无线远程控制功能，USB Device通信接口和USBHost通信接口用于外接U盘或键盘，显示模块自带彩色液晶显示屏，且触摸屏具备触摸功能，能快速响应用户触摸输入，按键板用于接收用户输入操作。

可选的，所述显示模块的液晶屏和触摸屏设置在主体包装壳的前侧的左上端，所述显示模块的右侧设有控制面板，且控制面板主要包括信号灯按键、调节旋钮和工况按键三个部分，所述调节旋钮包括数值调节旋钮、压力调节旋钮和速度调节旋钮，

可选的，所述液晶屏上显示压力信号显示、柴速信号显示、速度信号显示、轨道信号显示、制动信号显示、手柄信号显示、数字量信号显示和BTM(应答传输)报文八个部分。

采用该可选实施例，用于在液晶屏上显示各个模块信号的具体模拟数值，以便于观察模拟数值，且通过控制面板上的按键和旋钮调节参数，以至于更加准确的对各个模块产生的信号的性能进行评估。

可选的，所述电源模块包括5V、50V和110V电源输出模块，所述电源模块分别与主控模块、隔离单元、ARM核心板、显示模块、通信接口模块、信号模拟诊断模块电连接。

可选的，所述电源模块的总开关设置在主体包装壳的左下角，且总开关的右侧设有USB接口。

采用该可选实施例，用于多方面选择5V、50V和110V电源输出给各个模块供电，使得用户能够根据实际情况选择电源电压输出等级类型，使得用户使用时更加的方便，避免的只有一种电压电源输出的局限性，保证被测设备的主机单元、扩展单元和控制器正常运行，所述的电源模块的总开关设置在主体包装壳的左下角，使用方便。

可选的，所述航空插头设置在主体包装壳的后侧，且航空插头主要包括X1、X2、X3和X4四个插头，且X1航空插头电连接电源模块，且X2航空插头电连接数字量信号模块，且X3航空插头电连接电流信号模块、电压信号模块、速度信号模块和柴速信号模块，X4航空插头电连接轨道信号模块和通信接口模块。

采用该可选实施例，使用航空插头的X1、X2、X3和X4四个插头分别连接各个模块，彼此分工明确，有效的避免插头连接错乱而导致对仪器的损坏。

可选的，所述信号模拟诊断模块包括电流信号模块、电压信号模块、速度信号模块、轨道信号模块、柴速信号模块、制动信号模块、手柄信号模块、数字量信号模块、平调信号模块和。

采用该可选实施例，通过信号模拟诊断模块模拟产生电流信号、电压信号、速度信号、轨道信号、柴速信号、制动信号、手柄信号、数字量信号和平调信号。

可选的，速度信号模块设有速度信号仿真功能，且设有模拟机车和列车速度传感器输出的方波信号，采用上述实施例，通过该方波信号的波形图能够模拟诊断出列车在运行时的速度，并通过方波信号的波动情况对速度性能进行模拟评估。

可选的，轨道信号模块设有三种交计、四种移频和四种UM制式和过机功能，仿真交计设有25、交计50和交计65三个等级，且每个等级数值相差25交计，且移频设有移频550、移频650、移频650和移频850四个等级，且每个等级数值相差100移频，且UM设有UM611600、UM612000、UM612300和UM612600四种等级，且每个等级数值相差300UM，采用上述实施例，通过不同等级的交计、移频和UM对列车的轨道信号进行仿真模拟测试和诊断，极大的确保了轨道信号模拟检测诊断的有效性。

可选的，手柄信号模块设有手柄仿真功能，且设有模拟机车手柄零位、向前、向后的工况信号和机车电压等级的识别信号，采用上述实施例，通过信号对手柄的前、后和原位运动进行仿真模拟，且搭配电压识别信号，能够充分的对手柄的性能进行评估和诊断。

可选的，数字量信号模块设有非安全数字量输出仿真功能，且设有模拟鸣笛和ND5信号，采用上述实施例，通过该模块的ND5信号仿真功能，能够有效的模拟测试接近轨道区段时的情况，并通过模拟鸣笛进行模拟提示前方工作人员做好相关准备。

可选的，速度信号模块设有检测监控装置双针表输出信号的功能，且双针表包括实速、限速和里程计，采用上述实施例，有效的模拟了列车运行时的实速、限速和里程计，并在显示模块上模拟显示出来。

本实用新型的总体有益效果：本实用新型在实现的功能方面，对外能够提供稳定的DC110V电源，充分保证被测设备正常稳定的运行，本实用新型设有速度信号模块提供速度信号仿真功能，模拟机车和列车速度传感器输出的方波信号，且设有电流信号模块和电压信号模块提供电压型和电流型压力传感器输出的管压信号，且设有平调信号模块提供平调信号仿真功能，具备DC5V平调信号模拟，且设有制动信号模块检测监控装置制动输出信号并显示的功能，设有柴速信号模块提供柴速信号仿真功能，模拟内燃机车柴油机转速传感器输出的柴速信号，从而多方面的对电压信号、速度信号、轨道信号、柴速信号、制动信号、手柄信号、数字量信号和平调信号模拟和诊断，更加全面的对列车的性能进行评估、模拟检测和诊断。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的总体设计结构框图；

图2是本实用新型前侧的整体结构图；

图3是本实用新型的ARM核心板的外围通信结构框图；

图4是本实用新型的显示模块中的液晶屏上的显示图；

图5是本实用新型后侧的WIFI接口和航空插头结构图；

图6a是本实用新型的电流信号模块设计框图；

图6b是本实用新型的电压信号模块设计框图；

图6c是本实用新型的速度信号模块设计框图；

图6d是本实用新型的制动信号模块设计框图；

图6e是本实用新型的轨道模块设计框图；

图6f是本实用新型的手柄信号、平调信号及其数字量信号模块设计框图；

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

图1和图2给出了列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪的一个可选实施例。

该可选实施例中，列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪的主体包装壳1内部设有主控模块101、隔离单元102、ARM核心板103、显示模块104、通信接口模块105、电源模块106、信号模拟诊断模块107和航空插头1088，所述主控模块101内设有FPGA，所述主控模块101通过高速模拟转换器与隔离单元102连接，且隔离单元102设有隔离通信芯片，且隔离单元102通过磁的形式与信号模拟诊断模块107相隔离，所述主控模块101通过串口与ARM核心板103电连接，所述ARM核心板103内部设有NAND FLASH存储器和DDR3存储条，且ARM核心板103外侧通过串口连接按键板109，所述ARM核心板103与显示模块104电连接，所述显示模块104包括液晶屏4和触摸屏，且显示模块104的右端外侧设有菜单栏3，所述通信接口模块105包括CAN总线接口、USB Device、USB Host、RS485通信接口、RS422通信接口、Ethernet通信接口和WIFI通信接口8，且通信接口模块105集成安装在ARM核心板103上，且WIFI通信接口8设置在主体包装壳1的后侧左端，所述电源模块106包括5V、50V和110V电源输出模块，所述电源模块106分别与主控模块101、隔离单元102、ARM核心板103、显示模块104、通信接口模块105、信号模拟诊断模块107电连接，所述电源模块105的总开关2设置在主体包装壳1的左下角。

采用该可选实施例，通过FPGA作为主控制器用于控制和产生信号波形，并控制各个模块的稳定运行，通过电源模块给各模块进行供电，110V的电源输出对外能够提供稳定的DC110V电源，充分保证被测设备正常稳定的运行，具备DC5V的电源输出用于提供平调信号仿真功能，且提供了模拟50V为按键板上的色灯提供所需电源，将航空插头连接输入端和输出端，通过信号模拟诊断模块模拟产生电流信号、电压信号、速度信号、轨道信号、柴速信号、制动信号、手柄信号、数字量信号和平调信号，信号波形通过在显示模块的液晶屏上显示，通信接口模块的WIFI接口用于电脑通信，实现对信号模拟器的无线远程控制功能，USBDevice通信接口和USB Host通信接口用于外接U盘或键盘，显示模块自带彩色液晶显示屏，且触摸屏具备触摸功能，能快速响应用户触摸输入，按键板用于接收用户输入操作。

图3给出了ARM核心板与周边模块通信的一个可选实施结构。

该实施例中，所述ARM核心板103与FPGA通过串口进行通信，ARM核心板103支持USB但是只存在2路，所以其中1路用来做USB从机使用，另一路通过一个USB-HUB(USB集线器)进行了4路的扩展，扩展的1路做主机，扩展的另1路做USB转WIFI使用，最后剩下的扩展的2路备用；ARM内部存在2路CAN总线控制器，外部需2路CAN总线隔离收发器即可，另外2路是通过SPI转CAN总线实现的控制，2路RS485与2路RS422利用了ARM核心板103自身存在的4路串口加4路通信转接芯片即可实现，2路网口通信通过在在一路通信总线上外挂2路不同地址的PHY芯片去实现。采用该可选实施例，通过对所述的ARM核心板103的2路串口进行扩展完成对周边模块的通信连接，且留有2路用于备用外接其他模块。

图2和图4给出了显示模块的一个可选实施结构

该实施例中，所述显示模块104的液晶屏4设置在主体包装壳1的左上方，所述液晶屏4上设有压力信号显示部分14、柴速信号显示部分15、速度信号显示部分16、轨道信号显示部分17、制动信号显示部分18、手柄信号显示部分19、数字量信号显示部分20和BTM报文部分21。

可选的，ARM核心板103通过给FPGA指令，FPGA通过内部的控制单元使得液晶屏4上显示压力信号显示部分14、柴速信号显示部分15、速度信号显示部分16、轨道信号显示部分17、制动信号显示部分18、手柄信号显示部分19、数字量信号显示部分20和BTM报文信号显示部分21；

其中压力信号显示部分14显示有管压、闸压、均压、总风和备用的模拟显示值，通过上述模拟显示值来模拟检测列车运行时的压力是否稳定；柴速信号显示部分15显示有柴速增和柴速减两个模拟显示值，且柴速的增减值单位为1rpm，通过对柴速信号进行增加和减少柴速值进行模拟检测列车运行时的柴速；速度信号显示部分16显示有实速、限速和里程计的模拟显示值，在该显示部分在里程计中能够清晰的模拟显示出列车运行时的实速和限速的速度值；轨道信号显示部分17主要显示有移频和交计模拟显示按键，通过不同等级的交计、移频和UM对列车的轨道信号进行仿真模拟测试和诊断，最终实现了所需求的模拟波形输出；制动信号显示部分18主要显示有得电、失电、减压、制动和隔离模拟显示按键，且其通道输出分为常开和常闭两种信号，信号模拟器需通过开关控制常开和常闭来完成对制动信号的模拟检测；手柄信号显示部分19主要显示有向前、向后、牵引、制动、警惕和车档模拟显示按键，通过信号对手柄的前、后和原位运动进行仿真模拟，且搭配电压识别信号，能够充分的对手柄的性能进行评估和诊断；数字量信号显示部分20主要显示有鸣笛和喇叭模拟显示按键，能够有效的模拟测试接近轨道区段时的情况，并通过模拟鸣笛进行模拟提示前方工作人员做好相关准备；通过BTM报文信号显示部分21进行模拟显示报文列表和报文编号。

采用该可选实施例，用于在液晶屏4上显示各个模块信号的具体模拟数值，以便于观察模拟数值，且通过控制面板上的按键和旋钮调节参数，以至于更加准确的对各个模块产生的信号的性能进行评估。

可选的，所述显示模块104的右侧设有控制面板，且控制面板主要包括信号灯按键5、调节旋钮6和工况按键7三个部分，所述调节旋钮6自上而下依次设有数值调节旋钮、压力调节旋钮和速度调节旋钮。

图6给出了航空插头的一个可选实施结构

该实施例中，所述航空插头108设置在主体包装壳1的后侧，且航空插头108主要包括X1、X2、X3和X4四个插头，且X1航空插头电连接电源模块106，且X2航空插头电连接数字量信号模块，且X3航空插头电连接电流信号模块、电压信号模块、速度信号模块和柴速信号模块，X4航空插头电连接轨道信号模块和通信接口模块。

采用该可选实施例，使用航空插头的X1、X2、X3和X4四个插头分别连接各个模块，电源模块通过X1航空插头给外部连接端供电，X2、X3和X4与上述信号模块连接的另一端提供输入或输出，彼此分工明确，有效的避免插头连接错乱而导致对仪器的损坏。

图6a、6b、6c、6d、6e和6f给出了信号模拟诊断模块的一个可选实施结构。

该实施例中，所述信号模拟诊断模107块包括电流信号模块、电压信号模块、速度信号模块、轨道信号模块、柴速信号模块、制动信号模块、手柄信号模块、数字量信号模块和平调信号模块。

可选的，如图6a，电流型压力信号为12路互相隔离的4至20mA的3线制电流信号，此模块采用外部供电，选择的电流型的DAC可以自身存在LDO，采用该可选实施例，可以产生低的供电电压，给隔离通信的元器件使用，免去了额外的降压模块，FPGA通过SPI可以控制DAC产生所需求的电流进行对列车的电流信号模拟检测。

可选的，如图6b，电压型信号是2路互相隔离的直流电压信号，FPGA通过隔离器与DAC通信，产生一定的幅度的电压，隔离电源通过降压给DAC及其参考电压模块供电，参考电压给DAC一个基准，保证了DAC生成的电压的精度，参考电压与DAC产生的电压通过运算放大器生成所需要的直流电压信号，采用该可选实施例，FPGA通过SPI调节DAC的输出，可以产生不同幅度的直流电压，即模拟出了不同的电压型信号。

可选的，如图6c，速度信号模块设有速度信号仿真功能，且设有模拟机车和列车速度传感器输出的方波信号，速度信号为外部提供15V的电源，提供4组互相隔离的15V方波信号，每组存在两路,由于4组信号相同，在此以一组方波信号为例给予阐述说明，外部电源首先给隔离侧的比较器提供电源，其次通过降压模块给隔离器件一侧提供电压，采用该可选实施例，生成的电压同时通过分压模块生成一个参考电压供比较器使用，隔离器输出的信号通过与参考电压的比较通过比较器产生于外部电压等幅度的方波信，方波信号是由FPGA产生并控制的，最终输出的方波信号就是速度信号，通过该方波信号的波形图能够模拟诊断出列车在运行时的速度，并通过方波信号的波动情况对速度性能进行模拟评估。

可选的，如图6d，制动信号时对多路110V信号进行检测，采用了3个4051的八选一器件，每一个4051同一时刻只能检测1路，通过64HC595进行通过串口转并口的控制，同一时刻通信隔离1模块可以读取3路信号，通过通信模块2进行8次控制进行读取，可以读取上所有的24路信号。采用该可选实施例实现了最少的引脚读取最多的电压。

可选的，如图6e，轨道信号模块设有三种交计、四种移频和四种UM制式和过机功能，仿真交计设有25、交计50和交计65三个等级，且每个等级数值相差25交计，且移频设有移频550、移频650、移频650和移频850四个等级，且每个等级数值相差100移频，且UM设有UM611600、UM612000、UM612300和UM612600四种等级，且每个等级数值相差300UM，轨道信号是2路互相隔离的调制波形，幅度及其调制方式都可以设置，轨道信号模块采用了高速DAC的方式，采用12条数据线进行通信，可以实现任意波，为了实现隔离，采用了高速的隔离运放，为了满足幅度及其电流驱动能力的要求，用电流型运放去做运算放大，最终实现了所需求的模拟波形输出，在电源方面，采用了隔离电源，降压后的电源给隔离运放供电，未降压的直接给电流型的运算放大器供电，采用该实施例，通过不同等级的交计、移频和UM对列车的轨道信号进行仿真模拟测试和诊断，最终实现了所需求的模拟波形输出，极大的确保了轨道信号模拟检测诊断的有效性。。

可选的，如图6f，手柄信号、平调信号及其数字量信号是开关型的同种高压信号，三种信号模块工作原理相同所以采用同种模块设计，由于要实现多路，一共31路，其中8路叫平调信号，15路叫手柄信号，16路叫数字量信号，例如平调信号，采用74HC595通过串口转并口的形式，每一个74HC595可以实现8路的输出控制，将n个74HC595级联，FPGA通过3跟控制线，就可以实现8路信号的控制，由于输出与控制要先实现隔离，故采用了高压固态继电器的方式，高压信号给输出侧的一端，当需要输出时可以继电器切换到输出侧即可，数字量信号模块设有非安全数字量输出仿真功能，且设有模拟鸣笛和ND5信号，采用该实施例，通过该模块的ND5信号仿真功能，能够有效的模拟测试接近轨道区段时的情况，并通过模拟鸣笛进行模拟提示前方工作人员做好相关准备，手柄信号模块设有手柄仿真功能，且设有模拟机车手柄零位、向前、向后的工况信号和机车电压等级的识别信号，采用该实施例，通过信号对手柄的前、后和原位运动进行仿真模拟，且搭配电压识别信号，能够充分的对手柄的性能进行评估和诊断。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于，包括主体包装壳(1)，且主体包装壳(1)内部设有主控模块(101)、隔离单元(102)、ARM核心板(103)、显示模块(104)、通信接口模块(105)、电源模块(106)、信号模拟诊断模块(107)和航空插头(108)。

2.根据权利要求1所述的一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于，所述显示模块(104)包括液晶屏(14)和触摸屏，且显示模块(104)的液晶屏(14)和触摸屏设置在主体包装壳(1)前侧的左上端。

3.根据权利要求1所述的一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于，所述电源模块(106)包括5V、50V和110V电源输出模块，所述电源模块(106)分别与主控模块(101)、隔离单元(102)、ARM核心板(103)、显示模块(104)、通信接口模块(105)、信号模拟诊断模块(107)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于，所述航空插头(108)设置在主体包装壳(1)的后侧，且航空插头(108)主要包括X1、X2、X3和X4四个插头。

5.根据权利要求1所述的一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于，所述信号模拟诊断模块(107)包括电流信号模块、电压信号模块、速度信号模块、轨道信号模块、柴速信号模块、制动信号模块、手柄信号模块、数字量信号模块和平调信号模块。

6.根据权利要求5所述的一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于：所述速度信号模块设有速度信号仿真功能，且设有模拟机车和列车速度传感器输出的方波信号。

7.根据权利要求5所述的一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于：所述轨道信号模块设有仿真交计25、交计50、交计65、移频550、移频650、移频850、UM611600、UM612000、UM612300和UM612600的制式和过机功能。

8.根据权利要求5所述的一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于：所述手柄信号模块设有手柄仿真功能，且手柄信号模块设有模拟机车手柄零位、向前、向后的工况信号和机车电压等级的识别信号。

9.根据权利要求5所述的一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于：所述数字量信号模块设有非安全数字量输出仿真功能，且数字量信号模块设有模拟鸣笛和ND5信号。

10.根据权利要求5所述的一种列车运行控制记录装置的信号模拟诊断仪，其特征在于：所述电源模块(106)电连接X1航空插头，所述数字量信号模块电连接X2航空插头，所述电流信号模块、电压信号模块、速度信号模块和柴速信号模块电连接X3航空插头，所述轨道信号模块和通信接口模块电连接X4航空插头。