專利名稱：一種內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機車微機網絡控制系統(tǒng)的測試裝置，特別是涉及一種基于 CAN總線內燃機車微機控制系統(tǒng)全自動閉環(huán)測試裝置。
背景技術：
現(xiàn)有的內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置在路局及生產廠家有多種多樣，基本上是 針對具體車型(內燃機車DF11及DF8B系列等)的測試裝置及被測設備的單板測試。原有 的測試裝置設計原理基本上都是采用電位器、開關按鈕、指示燈、頻率發(fā)生器、恒壓恒流源 等信號源組成。通過電位器、開關按鈕，手動給定各種測試信號，并且都是開環(huán)控制測試及 個別測試臺有部分微機功能。目前同類產品主要存在一下不足之處(l)系統(tǒng)布線復雜、成 本高、功耗高、體積大以及不便于在車上測試；(2)采用采用傳統(tǒng)的手動機械給定信號，輸 出驅動指示燈的方式，測試方法嚴重落后；(3)采用采用傳統(tǒng)的手動機械給定信號，測試的 精度不高，對微機測試的誤差因測試者不同而不同，難以滿足現(xiàn)有高精度的需求；(4)測試 系統(tǒng)還是采用開環(huán)控制，調試測試時間長且很不方便；(5)不便于保留測試結果以及被測 設備的故障查詢。 隨著測試的精度、反映速度、可操作性及車載模擬試驗等，原有的測試裝置不能滿 足現(xiàn)有的測試要求。被測設備技術的不斷改進及提高，促進整機測試裝置改良升級。
實用新型內容為了克服現(xiàn)有的微機測試裝置不能很好地滿足目前測試的需要，本實用新型提供 一種新的微機測試裝置，該測試裝置不僅能滿足內燃機車微機網絡控制系統(tǒng)自動測試及調 試需要，提升內燃機車產品的開發(fā)水平；而且外型非常美觀、體積小、重量輕，便于在機車上 直接測試，采用模塊化設計以便于功能擴充。 本實用新型采用如下技術方案，一種基于CAN現(xiàn)場總線的內燃機車微機控制系統(tǒng) 全自動閉環(huán)測試裝置。由機箱及CPU板、數字量輸入輸出板、頻率量輸出板、模擬量輸入輸 出板、流壓源板等模塊組成，其特征在于裝置內部各模塊采用基于CAN總線的分布式模 ±央，CPU板與各分布式模塊間通過CAN總線連接；裝置通過CAN或串行總線外部總線與上位 機通信交換數據。所述裝置結構采用標準7U混合機箱，左邊是4個矩形連接器，右上角是 電源開關及3U的開關電源板；右下角是六個電位器；中間是標準的6U插件。7U混合機箱 給被測設備提供或給出電流、電壓、頻率、開關量輸入、開關量輸出等各種信號及信號源。并 且所述裝置還預留有空板位，便于功能擴充。機箱背面有2個12V的風扇，便于機箱里插件 器件的散熱，通風；而且機箱上下各留0. 5U距離的空間作為通氣用(具體見圖2所示)。 所述裝置具體的信號模塊由電源板、CPU板、數字量輸入輸出板(DI0板)、頻率板、 恒流源板及DA板等模塊組成。并且電源板為本實用新型裝置提供工作電源，系統(tǒng)內部采 用基于CAN總線的分布式模塊，CPU板與各模塊(數字量輸入輸出板、頻率板及DA板)間 通過內部CAN總線連接。測試裝置通過CPU板的外部CAN總線或串行總線(RS232、RS422、RS485等)與上位機通信。 所述的CPU板采用AVR微處理器，為該控制系統(tǒng)的核心，可實現(xiàn)與上位機及裝置內部的通信管理、現(xiàn)場可編程邏輯控制、串行接口、軟件下載功能及故障數據的記錄存儲功能。CPU板通過CAN或串行總線(RS232、RS422、RS485等)實現(xiàn)外部通信管理，接收上位機指令給內部各模塊及將各內部模塊信息上傳給上位機，CPU板通過內部CAN總線與DIO板、頻率板、恒流源板及DA板等交換數據。 所述DIO板、頻率板、恒流源板及DA板除了通過CAN總線與CPU板進行通信外，主要的目的是提供被測設備所需的各種信號源及實時檢測被測設備的輸出信號并通過CPU板上傳給上位機，并便于功能擴展。DIO板主要提供開關量輸入及繼電器輸出信號，每塊板同時提供24路開關量輸入及24路繼電器輸出信號；頻率板通過FPGA產生16路0_5V的方波信號，再通過運放、比較產生-15—15V的方波信號；恒流源板主要負責電壓信號與電流信號的轉換，并且每一路提供0-400m的電流信號；DA板主要實現(xiàn)36路數模轉換，同時通過跳線的方式提供8路4-20mA的電流信號。[0009] 本實用新型能達到如下效果 1.可便隨式測試，方便用戶在內燃機車上調試。有的路局機務段、大修廠提出做"小輔修"、"中修"或"單獨對微機柜做臨修"時微機柜不下車，直接在機車上測試系統(tǒng)是否正常。由于該裝置體積小、重量輕的特點，電腦采用(帶2串口 )筆記本電腦就直接可以測試，極大的方便用戶在車上調試。 2.通用性強，能夠對幾乎所有主型內燃機車的微機控制系統(tǒng)進行調試，并且對大連所及我公司生產的內燃機車的微機控制系統(tǒng)可實現(xiàn)全自動測試。 3.由于原有的測試設備相比，采用全數字自動測試，測試的精度、反映速度、可操作性及車載模擬試驗有很大提高。 4.便于功能擴展。因為采用模塊化設計，內部采用CAN總線實現(xiàn)CPU板與各子板通信，當被測系統(tǒng)功能需要擴充時，可增加相應的插件達到要求。
圖1測試裝置與上位機、被測設備等組成的整個測試系統(tǒng)框圖[0015] 圖2內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置外型結構圖[0016] 圖3內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置原理框圖 圖中1、110V直流電源；2、本實用新型測試裝置；3、被測設備；4、上位機；5、電源板；6、CPU板；7、數字量輸入輸出板或DI0板；8、頻率板；9、恒流源板；10、數模轉換板或DA板;11、內部CAN總線；12、電源開關;13、62芯插座；14、電位器。
具體實施方式—種內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置，由電源板5、CPU板6、數字量輸入輸出板7、頻率量輸出板8 、模擬量輸出板10 、流壓源板9等模塊及機箱組成。裝置內部各模塊采用基于CAN總線的分布式模塊，CPU板與各分布式模塊(DIO板、頻率板及DA板)間通過內部CAN總線11連接，測試裝置2通過CAN或串行總線(RS232、 RS422、 RS485等)等外部總線與上位機4通信交換數據，可實現(xiàn)對被測設備3的全自動閉環(huán)測試。[0019] 測試裝置2通過CAN總線或串行總線接收上位機4的指令，并通過內部CAN總線11傳送給內部各模塊，裝置內各模塊根據測試命令產生相應測試信號(頻率信號、模擬量輸出信號、數字量輸出信號等)并通過適配電纜傳送給被測設備3 ;裝置內各模塊實時檢測被測設備的輸出信號，經內部CAN總線11傳送給CPU板6后發(fā)送給上位機4 ;上位機4將給定信號與檢測信號比較實現(xiàn)對被測設備的全自動閉環(huán)測試。 圖1為測試裝置與上位機、被測設備等組成的整個測試系統(tǒng)框圖，其中110V電源1給測試裝置2與被測設備3提供工作電源；上位機4給定指令信息，通過CAN或串行總線(RS232、RS422、RS485等)送給本測試裝置2 ;本測試裝置2提供各種信號源(如開關量輸入、開關量輸出、模擬電壓、電流等)通過適配電纜送給被測設備3 ;被測設備3接收到對應的信號，通過CAN或串行總線(RS232、 RS422、 RS485等)發(fā)送數據信息，在上位機4比較并顯示出來；整個系統(tǒng)形成閉環(huán)的測試系統(tǒng)。 圖2為內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置結構框圖，測試裝置2結構采用7U混合機箱，左邊是4個對外AMP 62芯插座13，右上角是電源開關12及3U的開關電源板5 ;右下角是六個電位器14 ;中間是標準的6U插件，具體有CPU板6、 DIO板7、頻率板8、恒流源板9及DA板IO，并且每塊插件板上有指示燈或測試孔；同時還有兩塊空面盲板，便于功能擴充；機箱背面有2個12V的風扇，便于機箱里插件器件的散熱，通風；并且機箱上下各留0. 5U作為通氣用。 圖3為本實用新型測試裝置2的原理框圖，電源板5給本測試裝置2提供電源；CPU板6與DIO板7、頻率板8及DA板10的CAN通信子板，通過CPU板6的內部CAN總線通信交換數據；DA板10主要實現(xiàn)數模轉換及4-20mA的電流信號，同時把模擬信號再送給恒流源板9實現(xiàn)壓流轉換，給出0-400mA的電流信號；CPU板6的外網通過CAN/RS422/RS485/RS232總線與上位機4實現(xiàn)通信。[0023] 插件硬件說明 電源板5 :輸入范圍40 138VDC，采用開關電源技術，進行DC〃DC變換，提供本實用新型測試裝置2及風扇電源。輸出為+5V±0. 2V， +12V±0. 3V。 CPU板6 :CPU板物理上被分隔成上、下兩個半區(qū)，它們是完全電氣隔離，各自獨立的，不過兩半區(qū)是完全一樣的，它們互為冗余冷備份，通過機箱面板上的電源開關12進行工作狀態(tài)之間的切換。微處理器是采用AVR微處理器，可實現(xiàn)現(xiàn)場可編程邏輯控制、串行接口、軟件下載功能及故障數據的記錄存儲功能。CPU板故障診斷CPU板面板上有十個燈用來指示其工作狀態(tài)， 一般情況下，可通過此十個燈來判斷CPU板的工作狀態(tài)。[0026] DIO板7 :采用SMT表面貼技術，每塊數字量10板可實現(xiàn)24路輸入及24路繼電器輸出。對輸入輸出信號均應有發(fā)光二極管在面板上顯示，并且插件上有通用的CAN通信子板，負責與CPU板6通信。 頻率板8 :采用通用的CAN通信子板，用FPGA或CPLD產生+5V方波信號，再經過LM139比較器，產生16路士15V的"過零"方波信號，同時通用的CAN通信子板與CPU板6通信；并且在面板上有對應的測試孔，方便信號的測試。 恒流源板9 :主要實現(xiàn)壓流轉換，從DA板10給出的0-10V的電壓信號，通過壓流轉換輸出0-400mA的電流信號；并且在面板上信號的輸入輸出有對應的測試孔，方便信號的測試。[0029] DA板10 :主要產生36路0_10V的數模轉換及8路的4_20mA的電流信號。采用12位的DAC7724數模轉換芯片及專用的4_20mA驅動芯片，確保本實用新型測試裝置2的精度；同時通用的CAN通信子板與CPU板6通信；并且在面板上有對應的測試孔，方便信號的領lj試。 另外，根據需要可擴展其他功能模塊，如增加頻率量采樣插件對微機控制系統(tǒng)產生的波形信號進行檢測，增加AD轉換插件對微機控制系統(tǒng)電源、DA輸出及各種模擬量進行檢領"將相關檢測信息經內部CAN發(fā)送到上位機。
權利要求一種內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置，由機箱及CPU板、數字量輸入輸出板、頻率量輸出板、模擬量輸入輸出板、流壓源板等模塊組成，其特征在于裝置內部各模塊采用基于CAN總線的分布式模塊，CPU板與各分布式模塊間通過CAN總線連接；裝置通過CAN或串行總線外部總線與上位機通信交換數據。
2. 根據權利要求1所述的內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置，其特征在于裝置機箱結 構采用7U混合機箱，左邊是4個對外AMP 62芯插座(13)，右上角是電源開關(12)及3U的 開關電源板(5)，右下角是六個電位器(14)，中間是標準的6U插件，6U插件內有CPU板(6)、 DI0板(7)、頻率板(8)、恒流源板(9)及DA板(10)及預留空板位，且每塊插件板上有指示 燈或測試孔。
3. 根據權利要求1所述的內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置，其特征在于DI0板、頻率 板、及DA板都有相同的CAN通信子板，并且這些插件通過CAN通信子板采用分布式模塊與 CPU板實現(xiàn)通信。
4. 根據權利要求1所述的內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置，其特征在于主CPU板程 序負責與上位機進行串口通訊以及與各通訊子板之間進行CAN通訊。
5. 根據權利要求2所述的內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置，其特征在于DIO板、頻率 板及DA板等由CAN通信子板與母板的形式組成，其中CAN通信子板為通用子板。
專利摘要一種內燃機車微機控制系統(tǒng)測試裝置，由機箱及CPU板、數字量輸入輸出板、頻率量輸出板、模擬量輸入輸出板、流壓源板等模塊組成，其特征在于裝置內部各模塊采用基于CAN總線的分布式模塊，CPU板與各分布式模塊間通過CAN總線連接；裝置通過CAN或串行總線外部總線與上位機通信交換數據。所述裝置結構采用標準7U混合機箱，左邊是4個矩形連接器，右上角是電源開關及3U的開關電源板；右下角是六個電位器；中間是標準的6U插件。7U混合機箱給被測設備提供或給出電流、電壓、頻率、開關量輸入、開關量輸出等各種信號及信號源。并且所述裝置還預留有空板位，便于功能擴充。機箱背面有2個12V的風扇，便于機箱里插件器件的散熱，通風。
文檔編號G05B23/02GK201449556SQ200920063429
公開日2010年5月5日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權日2009年2月27日
發(fā)明者任湘輝, 何良, 劉松柏, 吳正平, 周少云, 施洪亮, 肖健, 肖孟英 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司