CN219997201U - 一种基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统。所述系统包括上位机，电源模块、单片机控制电路、SPWM驱动电路、逻辑处理电路、电光信号转换电路、模拟负载。测试系统为一个独立智能的功能检测平台，通过将单片机控制电路、SPWM驱动电路、逻辑处理电路、电光信号转换电路、待测逆变模块、模拟负载依次连接，可以单独的对逆变模块中牵引逆变模块及辅助逆变模块进行测试；并通过单片机控制电路与上位机连接，能够根据测试模式生成不同的测试指令对待测模块进行测试，又能够实现测试过程中的人机交互，及显示待测逆变模块的测试数据。

Description

一种基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统

技术领域

本申请涉及测试装置技术领域，具体涉及一种基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统。

背景技术

地铁车辆逆变模块主要分为地铁列车牵引逆变模块及辅助逆变模块，牵引逆变模块主要作用是将直流1500V变换成频率和幅值都可调的三相交流电，并给列车牵引电机供电；辅助逆变模块主要作用是将直流1500V变换成交流380V，为列车空调、风机等设备供电。随着城市轨道交通的快速发展，地铁车辆逆变模块作为地铁列车的核心部件，其维护及测试对地铁列车的安全运行具有重要意义。

由于地铁列车随着运营年限的逐年增加，核心部件车辆逆变模块故障率急剧上升，备件的紧缺严重影响正线供车，影响对外运营服务。逆变模块维修测试时接线繁琐，测试数据多，维修之后仍然须劳烦运营部门的配合调试，因此需要一个独立智能的功能检测平台来对车辆逆变模块单独进行测试。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本实用新型提供一种基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，其能对地铁车辆的逆变模块进行单独测试和检测，提高逆变模块测试的效率。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现：

一种基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，包括：

上位机，用于根据测试模式生成测试指令；

单片机控制电路，与所述上位机连接，用于根据所述测试指令产生测试信号；

SPWM驱动电路，与所述单片机控制电路连接，用于根据所述测试信号产生三相SPWM驱动信号；

逻辑处理电路，分别与所述单片机控制电路、SPWM驱动电路连接，用于将所述单片机控制电路的测试信号或SPWM模块的三相SPWM驱动信号处理成待测逆变模块的电驱动信号；

电光信号转换电路，与所述待测逆变模块、逻辑处理电路连接，用于将所述电驱动信号转换成待测逆变模块的光驱动信号；

模拟负载，与待测逆变模块连接，受所述待测逆变模块的驱动；

所述电光信号转换电路将待测逆变模块的光反馈信号转换成电反馈信号，所述逻辑处理电路将所述电反馈信号转换成所述单片机控制电路的反馈处理信号，所述上位机通过所述单片机控制电路获取并显示所述反馈处理信号；

电源模块，分别与单片机控制电路、上位机连接，为所述单片机控制电路、所述上位机提供工作电源。

进一步的，所述系统还包括WiFi模块，所述WiFi模块与所述单片机控制电路、服务器连接，用于将测试数据无线上传至服务器。

进一步的，所述系统还包括光驱动接口，所述光驱动接口与所述电光信号转换电路连接，用于输出所述光驱动信号和接收所述光反馈信号。

进一步的，所述系统还包括电驱动接口，所述电驱动接口与所述逻辑处理电路连接，用于输出所述电驱动信号和接收所述电反馈信号。

进一步的，所述模拟负载为三相异步电机。

进一步的，所述单片机控制电路为单片机最小系统。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本实用新型的基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，为一个独立智能的功能检测平台，通过将单片机控制电路、SPWM驱动电路、逻辑处理电路、电光信号转换电路、待测逆变模块、模拟负载依次连接，可以单独的对逆变模块中牵引逆变模块及辅助逆变模块进行测试；并通过单片机控制电路与上位机连接，能够根据测试模式生成不同的测试指令对待测模块进行测试，又能够实现测试过程中的人机交互，及显示待测逆变模块的测试数据。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型实施例中基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统硬件电路的结构框图；

图2为本实用新型实施例中单片机最小系统电路原理图；

图3为本实用新型实施例中SPWM驱动电路的局部放大图；

图4为本实用新型实施例中SPWM驱动电路的另一局部放大图；

图5为本实用新型实施例中逻辑处理电路的局部放大图；

图6为本实用新型实施例中逻辑处理电路的另一局部放大图；

图7为本实用新型实施例中电光信号转换电路的电光信号转换模块的局部放大图；

图8为本实用新型实施例中电光信号转换电路的电光信号转换模块的另一局部放大图；

图9为本实用新型实施例中电光信号转换电路的光电信号转换模块的局部放大图；

图10为本实用新型实施例中电光信号转换电路的光电信号转换模块的另一局部放大图。

标记说明：1、上位机；11、测试系统登录页面；12、SPWM测试界面；13、智能测试界面；14、单路测试界面；2、测试平台；21、电源模块；22、单片机控制电路；23、SPWM驱动电路；24、逻辑处理电路；25、电光信号转换电路；26、WIFI模块；27、光驱动接口；28、电驱动接口；3、模拟负载；4、待测逆变模块。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实施例提供了一种基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，图1所示为基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统硬件电路的结构框图，其中，包括上位机1、测试平台2和模拟负载3，其中测试平台2包括电源模块、单片机控制电路、SPWM驱动电路、逻辑处理电路、电光信号转换电路。对地铁车辆逆变模块进行测试时，需要将模拟负载3、测试平台2的电光信号转换电路25分别与待测逆变模块4连接，上位机1与测试平台2的单片机控制电路22连接。

上位机1与测试平台2的单片机控制电路22连接，通过串口电路与单片机控制电路22进行串口通信，用户通过上位机1与测试平台2进行人机交互，测试状态实时显示于上位机1上面，上位机1有但不限于四种界面，包括测试系统登录页面11，与测试平台2测试模式对应的SPWM测试界面12、智能测试界面13及单路测试界面14。其中，智能测试模式下控制对待测逆变模块4整体进行触发及反馈驱动信号的状态；SPWM模式下对待测逆变模块4进行驱动模拟负载3；单路测试模式下对待测逆变模块4单个通道进行触发及反馈驱动信号的状态。上位机1能够根据用户设定的不同测试模式，生成相应的测试指令，通过串口通信发送给单片机控制电路22。

单片机控制电路22，与所述上位机1连接，经串口通信与上位机1实现数据交互，用于根据所述测试指令产生测试信号

SPWM驱动电路23，与单片机控制电路22连接，用于根据所述测试信号产生三相SPWM驱动信号；

逻辑处理电路24，分别与所述单片机控制电路、SPWM驱动电路连接，用于将所述单片机控制电路22的测试信号或SPWM模块23的三相SPWM驱动信号处理成待测逆变模块的电驱动信号；

电光信号转换电路25，与所述待测逆变模块4、逻辑处理电路连接24，用于将所述电驱动信号转换成待测逆变模块的光驱动信号；

模拟负载3与待测逆变模块4相接，用于模拟地铁车辆实际运行中的负载情况，测试平台2有但不限于智能测试模式、SPWM测试模式、单路测试模式，将测试平台2与待测逆变模块4相接，用来对待测逆变模块4在不同负载情况下的进行相对应的测试；

对待侧逆变模块4进行测试时，待测逆变模块4会产生反馈信号发送给电光信号转换电路25，所述反馈信号为光反馈信号。由电光信号转换电路25将待测逆变模块4的光反馈信号转换成电反馈信号，所述逻辑处理电路24将所述电反馈信号转换成所述单片机控制电路22的可处理的反馈处理信号，并由单片机控制电路22对反馈处理信号进行处理后，将反馈处理信号发送给上位机1，最终上位机1获取所述反馈处理信号，并将所述反馈处理信号以测试数据的方式进行显示；

具体的，上位机1为HMI上位机，通过PC端编辑控件和指令，再下载至HMI上位机1，由触摸操作实现向单片机控制电路22发送执行指令和显示实时测试状态的人机交互。上位机1型号可以但不限于TJC1060X5A1_011C触摸屏,显示尺寸为10.1寸，电容式触控类型,接口电平为3.3V/5V TTL电平，该型号的HMI上位机1的串口波特率最高达921600bps；

在其中一个实施例中，基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统还包括WiFi模块26，测试平台2能过WiFi模块26与服务器连接，并将测试数据无线上传至服务器。

具体的，WIFI模块26是拥有超低功耗的UART-WIFI透传模块，在透传模式下，UART-WIFI透传模块不会对接收到的数据进行任何处理，而是将所接收到的所有数据进行打包，并发送到服务器端，且具备超低功耗的特性。WiFi主芯片选用但不限于ESP8266型号，能够支持无线802.11b/g/n标准；

在其中一个实施例中，测试平台2设有光驱动接口27，光驱动接口27与测试平台置2中电光信号转换电路25连接，能够用于将电光信号转换电路25生成的光驱动信号输出，及接收来自待测逆变模块4生成的光反馈信号。

在其中一个实施例中，测试平台2设有电驱动接口28，电驱动接口28与测试平台2中逻辑处理电路24连接，能够用于将逻辑处理电路24生成的电驱动信号提供给待测逆变模块4以及接收待测逆变模块4反馈的电反馈信号。

在其中一个实施例中，模拟负载3为三相异步电动机，三相异步电机相比于单相异步电动机而言，它的运动性能更好，更适合在逆变模块测试中用于模拟负载3；另一方面，在轨道交通车辆上一般所采用的牵引电机也多为三相异步电机，因而，为了更好的拟合测试情况，采用与大多数轨道交通车辆牵引电机相同的三相异步电机作为模拟负载3。

具体的，SPWM驱动电路23的主控芯片可以但不限于EG8030型号，可配置的四种工作模式可应用于DC-DC-AC两级功率变换架构或DC-AC单级工频变压器升压变换架构，主控芯片外接16MHz晶体振荡器，能产生高精度、失真和谐波都很小的三相SPWM信号，并具备完善的采样机构，能够采集电流信号、温度信号、三相电压信号，实施处理，实现输出稳压和各项保护功能。

在其中一个实施例中，单片机控制电路22为使单片机能够实现简单运行的最少的原件的组合，即单片机最小系统。包括电源，晶振电路及复位电路，就可完成单片机的最小应用系统，并通过相应的外部端口与逻辑处理电路24、SPWM驱动电路23等连接，实现将待测逆变模块4的各项反馈信号进行处理。

具体的，单片机最小系统的芯片型号可以但不限于STM32F407VET6，该型号芯片为基于M处理器内核的32位闪存微控制器。能够更好地将待测逆变模块4传送来的各项信号进行处理，并经串口通信与HMI上位机1实现数据交互。

下面结合其中一个实施例对本实用新型进一步解释说明：

参考图2至图10，其中图2为单片机最小系统电路原理图；图3、图4为SPWM驱动电路的局部放大图；图5、图6表示逻辑处理电路，图5中的241的电路用于SPWM模式输出，242所示电路用于脉冲输出，图6所示电路用于脉冲反馈；图7至图10为光电信号转换电路的局部放大图，图7、图8所示为光电信号转换电路中用于电光信号转换的电路原理图，图9、图10所示为光电信号转换电路中用于光电信号转换的电路原理图，其中，硬件之间引脚输出相同或接入相同信号，默认为硬件对应连接，该连接为电连接。单片机最小系统通过逻辑处理电路(图2)的J1/J2接口连接，逻辑处理电路将脉冲驱动信号通过图2的P2接口输出到光电信号转换电路(图7-图10)。光电信号转换电路将电信号转换为光信号驱动逆变器的功率器件，功率器件的反馈信号通过光电信号转换电路将光信号转换为电信号，再反馈到逻辑处理电路中的单片机最小系统。智能模式下，测试系统会将逆变模块的每一个通道进行扫描测试，实现一键测试功能。单路测试模式下，测试系统会对逆变模块的某一通道进行单独测试，实现拷机测试功能。在SPWM模式下，单片机最小系统将脉冲驱动切换为SPWM驱动电路(图3-图4)输出，驱动电路中的主控芯片采用EG8030，是一款数字化的、功能完善的自带死区控制的三相纯正弦波逆变发生器芯片，通过配置该芯片工作模式，外接16MHz晶体振荡器，能产生高精度、失真和谐波都很小的三相SPWM信号。SPWM信号通过74HCT14进行电平转换输出到图4的P3接口，图4的P3接口连接图5的P1接口，当U1工作后，输出SPWM信号驱动到电光转换电路，从而将SPWM信号驱动到逆变模块中，实现逆变模块驱动模拟负载工作。

本实用新型提供一种逆变模块测试系统，该测试系统采有高速单片机，不仅能满足逆变模块驱动反馈信号的监测与控制，而且能够实时地将逆变模块的状态显示于上位机1界面中，同时可以根据测试需求应用于城轨列车的逆变模块专用测试平台，克服现有技术中缺少离线带载逆变器触发反馈功能检测的问题。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，其特征在于，包括：

上位机，用于根据测试模式生成测试指令；

单片机控制电路，与所述上位机连接，用于根据所述测试指令产生测试信号；

SPWM驱动电路，与所述单片机控制电路连接，用于根据所述测试信号产生三相SPWM驱动信号；

逻辑处理电路，分别与所述单片机控制电路、SPWM驱动电路连接，用于将所述单片机控制电路的测试信号或SPWM模块的三相SPWM驱动信号处理成待测逆变模块的电驱动信号；

电光信号转换电路，与所述待测逆变模块、逻辑处理电路连接，用于将所述电驱动信号转换成待测逆变模块的光驱动信号；

模拟负载，与待测逆变模块连接，受所述待测逆变模块的驱动；

所述电光信号转换电路将待测逆变模块的光反馈信号转换成电反馈信号，所述逻辑处理电路将所述电反馈信号转换成所述单片机控制电路的反馈处理信号，所述上位机通过所述单片机控制电路获取并显示所述反馈处理信号；

电源模块，分别与单片机控制电路、上位机连接，为所述单片机控制电路、所述上位机提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，其特征在于，包括WiFi模块，所述WiFi模块与所述单片机控制电路、服务器连接，用于将测试数据无线上传至服务器。

3.根据权利要求1所述的基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，其特征在于，包括光驱动接口，所述光驱动接口与所述电光信号转换电路连接，用于输出所述光驱动信号和接收所述光反馈信号。

4.根据权利要求1所述的基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，其特征在于，包括电驱动接口，所述电驱动接口与所述逻辑处理电路连接，用于输出所述电驱动信号和接收所述电反馈信号。

5.根据权利要求1所述的基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，其特征在于，所述模拟负载为三相异步电机。

6.根据权利要求1所述的基于单片机设计的地铁车辆逆变模块测试系统，其特征在于，所述单片机控制电路为单片机最小系统。