CN220820499U - 地铁车辆空调控制器状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种地铁车辆空调控制器状态检测装置，包括检测模块和监测模块。检测模块包括电源转换单元、采集处理单元、通讯单元、输入单元和输出单元。电源转换单元与外部电源连接并转换成不同电压，以分别为采集处理单元、通讯单元、输入单元、输出单元和空调控制器供电。电源转换单元、通讯单元、输入单元和输出单元分别与空调控制器的电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口相连。采集处理单元分别与电源转换单元、通讯单元、输入单元和输出单元相连以采集空调控制器的状态信息。监测模块与采集处理单元进行通信，以接收并显示采集处理单元采集到的空调控制器的状态信息。本申请使用便捷，通用性强，检测效率高。

Description

地铁车辆空调控制器状态检测装置

技术领域

本实用新型涉及地铁车辆零部件领域，尤其涉及一种地铁车辆空调控制器状态检测装置。

背景技术

空调控制系统作为列车车厢空气的温度、湿度和清洁度控制系统，对车厢内舒适度的控制起到至关重要的作用。其中，空调控制器不仅是空调控制系统的核心，同时也是整个空调控制系统中最薄弱的环节。

上海地铁空调系统采用了大量的法维莱FPC24型空调控制器，该控制器具有功能多且电路结构复杂的特点，主要可以分为状态监测区(数字信号)、温度采样区(模拟信号)、数字输出区和通讯区。

由于采用了分立式元器件设计方式，元器件数量及类型较多。目前该类控制器主要采用人工目测式维修方式。然而，随着地铁空调控制器使用时间的增加，其电子及机械部件老化严重，运维企业面临着缺乏有效的检测装置以实现对地铁空调控制器状态的快速检测及故障定位的重要问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种地铁车辆空调控制器状态检测装置，能快速检测空调控制器的状态，并对故障进行定位。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种地铁车辆空调控制器状态检测装置，所述空调控制器包括电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口，所述地铁车辆空调控制器状态检测装置包括：

检测模块，所述检测模块包括电源转换单元、采集处理单元、通讯单元、输入单元和输出单元，所述电源转换单元与外部电源连接并转换成不同电压，以分别为采集处理单元、通讯单元、输入单元、输出单元和空调控制器供电，所述电源转换单元、通讯单元、输入单元和输出单元分别与空调控制器的电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口相连，所述采集处理单元分别与电源转换单元、通讯单元、输入单元和输出单元相连以采集空调控制器的状态信息，其中，所述空调控制器的状态信息包括空调控制器电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口对应区域的状态信息，以及电源转换单元、通讯单元、输入单元和输出单元的状态信息；

监测模块，所述监测模块与采集处理单元进行通信，以接收并显示所述采集处理单元采集到的空调控制器的状态信息。

在一个实施例中，所述采集处理单元包含微控制单元MCU和外围电路，所述微控制单元MCU与所述外围电路连接，其中，所述微控制单元MCU的型号为STM32F4。

在一个实施例中，所述外围电路包括模拟信号采样电路，所述模拟信号采样电路包括第一信号输入端、第二信号输入端、差分放大器、低通滤波器和第一信号输出端，第一信号输入端和第二信号输入端分别与差分放大器的输入端连接，差分放大器的输出端与低通滤波器连接，所述低通滤波器包括第一电阻R11和第一电容C1，所述第一电阻R11的第一端与差分放大器的输出端相连，所述第一电阻R11的第二端与第一信号输出端连接，所述第一电容C1的第一端与所述第一电阻R11的第二端连接，所述第一电容C1的第二端接地。

在一个实施例中，所述差分放大器包括运算放大器U1、第二电阻R12、第三电阻R13、第四电阻R14和第五电阻R15，所述第二电阻R12的第一端接第一信号输入端，所述第二电阻R12的第二端与运算放大器U1的同相输入端连接，所述第三电阻R13的第一端接第二信号输入端，所述第三电阻R13的第二端与运算放大器U1的反相输入端连接，所述第四电阻R14的第一端与运算放大器U1的反相输入端连接，所述第四电阻R14的第二端接地，所述第五电阻R15的第一端与运算放大器U1的同相输入端连接，所述第五电阻R15的第二端与运算放大器U1的输出端连接，其中，运算放大器U1的型号为LM358。

在一个实施例中，所述差分放大电路还包括第二电容C2和第三电容C3，所述第二电容C2的第一端接第二电阻R12的第二端，所述第二电容C2的第二端接第三电阻R13的第二端，所述第三电容C3的两端分别与所述第五电阻R15的两端相接。

在一个实施例中，所述外围电路还包括数字信号采样电路，所述数字信号采样电路包括光耦电路，所述光耦电路包括第三信号输入端、第四信号输入端、光耦U2、第一二极管Q1、第二二极管Q2、第一限流电阻R21、第二限流电阻R22、第一上拉电阻R23、第二上拉电阻R24、第二信号输出端和第三信号输出端，所述第一二极管Q1的阳极与所述第三信号输入端连接，所述第一二极管Q1的阴极与所述第一限流电阻R21的第一端连接，所述第一限流电阻R21的第二端与光耦U2的1引脚连接，所述光耦U2的2引脚接地，所述第二二极管Q2的阳极与所述第四信号输入端连接，所述第二二极管Q2的阴极与所述第二限流电阻R22的第一端连接，所述第二限流电阻R22的第二端与光耦U2的3引脚连接，所述光耦U2的4引脚接地，所述光耦U2的5引脚接地，所述光耦U2的8引脚接电源，所述光耦U2的7引脚接第二信号输出端，所述光耦U2的6引脚接第三信号输出端，所述第一上拉电阻R23的第一端与光耦U2的7引脚连接，所述第一上拉电阻R23的第二端接电源，所述第二上拉电阻R24的第一端与光耦U2的6引脚连接，所述第一上拉电阻R24的第二端接电源，其中，所述光耦U2的型号为HCPL_2531，所述电源为电源转换单元。

在一个实施例中，所述通讯单元设有2路RS485通道、1路RS232通道和2路CAN通道。

在一个实施例中，所述输入单元设有26路模拟输入和40路数字输入，所述输出单元设有16路模拟输出和24路开关输出。

在一个实施例中，所述监测模块与采集处理单元之间的通信采用RS232协议。

在一个实施例中，所述外部电源为220V交流电，所述电源转换单元将外部电源220V交流电转压为220V交流电、110V直流电、5V直流电和3.3V直流电；

其中，3.3V直流电给采集处理单元的微控制单元MCU供电，5V直流电为通讯单元及采集处理单元的外围电路供电，110V直流电为输入单元、输出单元和空调控制器供电，220V交流电为输出单元供电。

本实用新型的地铁车辆空调控制器状态检测装置具有如下有益效果：

1、本实用新型使用便捷，可与法维莱FPC24型空调控制器直流。

2、本实用新型通用性强，可单独或同时完成对空调控制器各个区域的检测。

3、本实用新型检测效率高，上电后自动对整个空调控制器进行完整的状态信息的采集，以检测空调控制器的状态。同时利用监测模块进行同步监测，能对故障进行定位。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的地铁车辆空调控制器状态检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的地铁车辆空调控制器状态检测装置的模拟信号采样电路的电路连接示意图；

图3为本实用新型一实施例的地铁车辆空调控制器状态检测装置的数字信号采样电路的电路连接示意图；

图4为本实用新型一实施例的地铁车辆空调控制器状态检测装置的操作流程示意图。

附图标记

1、检测模块；101、电源转换单元；102、采集处理单元；103、通讯单元；104、输入单元；105、输出单元；2、监测模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释实用新型，并不用于限定实用新型。

本实用新型提供了一种地铁车辆空调控制器状态检测装置，用于检测空调的状态信息。空调控制器包括电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口。本实用新型一实施例的地铁车辆空调控制器状态检测装置包括：检测模块1和监测模块2。如图1所示，检测模块包括电源转换单元101、采集处理单元102、通讯单元103、输入单元104和输出单元105。电源转换单元101与外部电源连接并转压，以分别为采集处理单元102、通讯单元103、输入单元104、输出单元105和空调控制器供电。电源转换单元101、通讯单元103、输入单元104和输出单元105分别与空调控制器的电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口相连。采集处理单元102分别与电源转换单元101、通讯单元103、输入单元104和输出单元105连接以采集空调控制器的状态信息。其中，空调控制器的状态信息包括空调控制器电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口对应区域的状态信息，以及电源转换单元101、通讯单元103、输入单元104和输出单元105的状态信息。在本实施例中，状态信息包括各端口对应区域及各单元的数字信号和模拟信号，不同的信号对应不同的状态信息。其中，数字信号包括指令信号、控制信号，模拟信号包括电压信号、电流信号。

监测模块2与采集处理单元102进行通信，以接收并显示采集处理单元102采集到的空调控制器的状态信息。在一个实施例中，监测模块2包括上位机监测软件。监测模块2通过上位机监测软件实现接收并显示采集处理单元102采集到的空调控制器的状态信息的功能。

进一步，采集处理单元102包含微控制单元MCU和外围电路，微控制单元MCU与外围电路连接。本实施例优选使用意法半导体的型号为STM32F4的微控制单元MCU，微控制单元MCU的各个管脚的定义和说明书可参考意法半导体的STM32F4的微控制单元MCU使用说明书。

再进一步，外围电路包括模拟信号采样电路，参见图2。模拟信号采样电路包括第一信号输入端IN+、第二信号输入端IN-、差分放大器、低通滤波器和第一信号输出端OUT。第一信号输入端IN+和第二信号输入端IN-分别与差分放大器的输入端连接，差分放大器的输出端与低通滤波器连接。低通滤波器包括第一电阻R11和第一电容C1。第一电阻R11的第一端与差分放大器的输出端相连，第一电阻R11的第二端与第一信号输出端OUT连接。第一电容C1的第一端与所述第一电阻R11的第二端连接，第一电容C1的第二端接地。

再进一步，差分放大器包括运算放大器U1、第二电阻R12、第三电阻R13、第四电阻R14和第五电阻R15，参见图2。其中，第二电阻R12、第三电阻R13、第四电阻R14和第五电阻R15组成了差分放大系数。第二电阻R12的第一端接第一信号输入端IN+，第二电阻R12的第二端与运算放大器U1的同相输入端连接。第三电阻R13的第一端接第二信号输入端IN-，第三电阻R13的第二端与运算放大器U1的反相输入端连接。第四电阻R14的第一端与运算放大器U1的反相输入端连接，第四电阻R14的第二端接地。第五电阻R15的第一端与运算放大器U1的同相输入端连接，第五电阻R15的第二端与运算放大器U1的输出端连接。本实施例优选使用德州仪器的型号为LM358的运算放大器，运算放大器U1的各个管脚的定义和说明书可参考德州仪器的LM358的运算放大器的使用说明书。

再进一步，差分放大电路还包括第二电容C2和第三电容C3。第二电容C2的第一端接第二电阻R12的第二端，第二电容C2的第二端接第三电阻R13的第二端。第三电容C3的两端分别与第五电阻R15的两端相接。第二电容C2和第三电容C3的设置使得运算放大器U1能更可靠的工作。

进一步，外围电路还包括数字信号采样电路，参见图3。数字信号采样电路包括光耦电路，减小输入信号对控制信号的干扰。光耦电路包括第三信号输入端IN1、第四信号输入端IN2、光耦U2、第一二极管Q1、第二二极管Q2、第一限流电阻R21、第二限流电阻R22、第一上拉电阻R23、第二上拉电阻R24、第二信号输出端V_OUT1和第三信号输出端V_OUT2。第一二极管Q1的阳极与第三信号输入端IN1连接，第一二极管Q1的阴极与第一限流电阻R21的第一端连接。第一限流电阻R21的第二端与光耦U2的1引脚连接，光耦U2的2引脚接地。第二二极管Q2的阳极与第四信号输入端IN2连接，第二二极管Q2的阴极与第二限流电阻R22的第一端连接。第二限流电阻R22的第二端与光耦U2的3引脚连接，光耦U2的4引脚接地。光耦U2的5引脚接地，光耦U2的8引脚接电源，光耦U2的7引脚接第二信号输出端V_OUT1，光耦U2的6引脚接第三信号输出端V_OUT2。第一上拉电阻R23的第一端与光耦U2的7引脚连接，第一上拉电阻R23的第二端接电源。第二上拉电阻R24的第一端与光耦U2的6引脚连接，第一上拉电阻R24的第二端接电源。其中，电源为电源转换单元101。本实施例优选使用安森美的型号为HCPL_2531的光耦，光耦U2的各个管脚的定义和说明书可参考安森美的HCPL_2531的光耦的使用说明书。

进一步，通讯单元103设有2路RS485通道、1路RS232通道和2路CAN通道。

进一步，输入单元104设有26路模拟输入和40路数字输入，输出单元105设有16路模拟输出和24路开关输出。

进一步，监测模块2与采集处理单元102之间的通信采用RS232协议。

进一步，外部电源为220V交流电。电源转换单元将外部电源220V交流电转压为220V交流电、110V直流电、5V直流电和3.3V直流电。其中，3.3V直流电给采集处理单元的微控制单元MCU供电，5V直流电为通讯单元及采集处理单元的外围电路供电，110V直流电为输入单元、输出单元和空调控制器供电，220V交流电为输出单元供电。

如图4所示，本实用新型一实施例的地铁车辆空调控制器状态检测装置的具体实施过程如下：

首先，分别将电源转换单元101、通讯单元103、输入单元104、输出单元105与空调控制器的电源端口、通讯端口、输入端口、输出端口对接，并将电源转换单元101外接220V交流电以上电。本实施例优选法维莱FPC24型空调控制器。220V交流电通过电源转换单元101转压，以分别为采集处理单元102、通讯单元103、输入单元104、输出单元105和空调控制器供电。具体地，电源转换单元101提供3.3V直流电给采集处理单元102的微控制单元MCU(型号为STM32F4，意法半导体)，提供5V直流电给采集处理单元102的外围电路，提供5V直流电给通讯单元103，提供110V直流电给输入单元104，提供110V直流电、220V交流电给输出单元105，提供110V直流电给空调控制器。

接着，各个单元的供电电压分别提供了对应端口的激励信号。通讯单元103采集空调控制器的电源端口、通讯端口、输入端口、输出端口的信号以发送给采集处理单元102并识别状态。同时，采集处理单元102采集输入单元104、输出单元105、电源转换单元101、通讯单元103的给定激励信号并识别状态。采集处理单元102将识别的两个状态发送给监测模块2以显示空调控制器的状态信息。

其中，利用图3中的模拟信号采样电路完成对空调控制器的FPC24控制板中的模拟信号的采集功能。利用图4中的数字信号采样电路完成数字信号的采集功能。为了减小输入信号对控制信号的干扰，该数字信号采样电路采用了HCPL_2531的光耦电路。信号从第三信号输入端IN1、第四信号输入端IN2通过二极管之后，由第一限流电阻R21、第二限流电阻R22实现对输入信号的采集，输出信号通过第一上拉电阻R23和第二上拉电阻R24。当输入为高电平时，HCPL_2531导通，输出为低电平；当输入为低电平时，HCPL_2531关闭，输出为高电平，从而将输入的状态采集出来。

随后，通过确认监测模块2显示的两个状态是否一致以判断空调控制器各端口对应区域(即控制板区域)的功能是否正常。若一致，则控制板区域正常；否则，则控制板区域功能异常。最后，将空调控制器该端口对应区域的状态输出。

本实用新型的地铁车辆空调控制器状态检测装置具有如下有益效果：

1、本实用新型使用便捷，可与法维莱FPC24型空调控制器直流。

2、本实用新型通用性强，可单独或同时完成对空调控制器各个区域的检测。

3、本实用新型检测效率高，上电后自动对整个空调控制器进行完整的状态信息的采集，以检测空调控制器的状态。同时利用监测模块进行同步监测，能对故障进行定位。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述性目的而使用，不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述实施例仅是对本实用新型的进一步说明，并非对本实用新型做其他形式的限制，本实用新型还可有其它多种实施例。在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的修改和变化，但这些相应的修改和变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种地铁车辆空调控制器状态检测装置，所述空调控制器包括电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口，其特征在于，所述地铁车辆空调控制器状态检测装置包括：

检测模块，所述检测模块包括电源转换单元、采集处理单元、通讯单元、输入单元和输出单元，所述电源转换单元与外部电源连接并转换成不同电压，以分别为采集处理单元、通讯单元、输入单元、输出单元和空调控制器供电，所述电源转换单元、通讯单元、输入单元和输出单元分别与空调控制器的电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口相连，所述采集处理单元分别与电源转换单元、通讯单元、输入单元和输出单元相连以采集空调控制器的状态信息，其中，所述空调控制器的状态信息包括空调控制器电源端口、通讯端口、输入端口和输出端口对应区域的状态信息，以及电源转换单元、通讯单元、输入单元和输出单元的状态信息；

监测模块，所述监测模块与采集处理单元进行通信，以接收并显示所述采集处理单元采集到的空调控制器的状态信息。

2.根据权利要求1所述的地铁车辆空调控制器状态检测装置，其特征在于，所述采集处理单元包含微控制单元MCU和外围电路，所述微控制单元MCU与所述外围电路连接，其中，所述微控制单元MCU的型号为STM32F4。

3.根据权利要求2所述的地铁车辆空调控制器状态检测装置，其特征在于，所述外围电路包括模拟信号采样电路，所述模拟信号采样电路包括第一信号输入端、第二信号输入端、差分放大器、低通滤波器和第一信号输出端，第一信号输入端和第二信号输入端分别与差分放大器的输入端连接，差分放大器的输出端与低通滤波器连接，所述低通滤波器包括第一电阻R11和第一电容C1，所述第一电阻R11的第一端与差分放大器的输出端相连，所述第一电阻R11的第二端与第一信号输出端连接，所述第一电容C1的第一端与所述第一电阻R11的第二端连接，所述第一电容C1的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的地铁车辆空调控制器状态检测装置，其特征在于，所述差分放大器包括运算放大器U1、第二电阻R12、第三电阻R13、第四电阻R14和第五电阻R15，所述第二电阻R12的第一端接第一信号输入端，所述第二电阻R12的第二端与运算放大器U1的同相输入端连接，所述第三电阻R13的第一端接第二信号输入端，所述第三电阻R13的第二端与运算放大器U1的反相输入端连接，所述第四电阻R14的第一端与运算放大器U1的反相输入端连接，所述第四电阻R14的第二端接地，所述第五电阻R15的第一端与运算放大器U1的同相输入端连接，所述第五电阻R15的第二端与运算放大器U1的输出端连接，其中，运算放大器U1的型号为LM358。

5.根据权利要求4所述的地铁车辆空调控制器状态检测装置，其特征在于，所述差分放大器还包括第二电容C2和第三电容C3，所述第二电容C2的第一端接第二电阻R12的第二端，所述第二电容C2的第二端接第三电阻R13的第二端，所述第三电容C3的两端分别与所述第五电阻R15的两端相接。

6.根据权利要求2所述的地铁车辆空调控制器状态检测装置，其特征在于，所述外围电路还包括数字信号采样电路，所述数字信号采样电路包括光耦电路，所述光耦电路包括第三信号输入端、第四信号输入端、光耦U2、第一二极管Q1、第二二极管Q2、第一限流电阻R21、第二限流电阻R22、第一上拉电阻R23、第二上拉电阻R24、第二信号输出端和第三信号输出端，所述第一二极管Q1的阳极与所述第三信号输入端连接，所述第一二极管Q1的阴极与所述第一限流电阻R21的第一端连接，所述第一限流电阻R21的第二端与光耦U2的1引脚连接，所述光耦U2的2引脚接地，所述第二二极管Q2的阳极与所述第四信号输入端连接，所述第二二极管Q2的阴极与所述第二限流电阻R22的第一端连接，所述第二限流电阻R22的第二端与光耦U2的3引脚连接，所述光耦U2的4引脚接地，所述光耦U2的5引脚接地，所述光耦U2的8引脚接电源，所述光耦U2的7引脚接第二信号输出端，所述光耦U2的6引脚接第三信号输出端，所述第一上拉电阻R23的第一端与光耦U2的7引脚连接，所述第一上拉电阻R23的第二端接电源，所述第二上拉电阻R24的第一端与光耦U2的6引脚连接，所述第一上拉电阻R24的第二端接电源，其中，所述光耦U2的型号为HCPL_2531，所述电源为电源转换单元。

7.根据权利要求1所述的地铁车辆空调控制器状态检测装置，其特征在于，所述通讯单元设有2路RS485通道、1路RS232通道和2路CAN通道。

8.根据权利要求1所述的地铁车辆空调控制器状态检测装置，其特征在于，所述输入单元设有26路模拟输入和40路数字输入，所述输出单元设有16路模拟输出和24路开关输出。

9.根据权利要求1所述的地铁车辆空调控制器状态检测装置，其特征在于，所述监测模块与采集处理单元之间的通信采用RS232协议。

10.根据权利要求2所述的地铁车辆空调控制器状态检测装置，其特征在于，所述外部电源为220V交流电，所述电源转换单元将外部电源220V交流电转压为220V交流电、110V直流电、5V直流电和3.3V直流电；

其中，3.3V直流电给采集处理单元的微控制单元MCU供电，5V直流电为通讯单元及采集处理单元的外围电路供电，110V直流电为输入单元、输出单元和空调控制器供电，220V交流电为输出单元供电。