一種分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種信號(hào)監(jiān)測(cè)儀器，尤其是涉及一種顯示與監(jiān)測(cè)主機(jī)分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀。所述分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，包括監(jiān)測(cè)主機(jī)和n個(gè)采集探頭，所述監(jiān)測(cè)主機(jī)采用嵌入式CPU和CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)多路CAN接口的擴(kuò)展，所述監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)CAN控制器芯片連接n個(gè)CAN接口信號(hào)采集分機(jī)，所述CAN接口信號(hào)采集分機(jī)分別與不同的采集探頭匹配連接，同時(shí)所述嵌入式CPU通過(guò)其以太網(wǎng)接口連接WIFI模塊，通過(guò)所述WIFI模塊與iPad平板電腦連接，實(shí)現(xiàn)顯示和監(jiān)測(cè)主機(jī)的分離。本發(fā)明利用嵌入式CPU現(xiàn)有以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與WIFI模塊的連接，通過(guò)擴(kuò)展的WIFI模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)主機(jī)與iPad平板電腦的連接，實(shí)現(xiàn)了將監(jiān)測(cè)主機(jī)和顯示屏分離設(shè)計(jì)，使用方便。
【專利說(shuō)明】一種分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號(hào)監(jiān)測(cè)儀器，尤其是涉及一種分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀。使用于鐵路系統(tǒng)，對(duì)一個(gè)單項(xiàng)設(shè)備或某一項(xiàng)電氣特性進(jìn)行測(cè)試；如對(duì)軌道電路微機(jī)檢測(cè)、信號(hào)設(shè)備對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)、電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)在線檢測(cè)，信號(hào)機(jī)顯示狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。
【背景技術(shù)】
[0002]目前全鐵路正在推廣使用的信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩龀隽撕艽蟮呢暙I(xiàn)。但信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般都安裝在信號(hào)機(jī)械室，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行采集，但在查找一些特殊的故障過(guò)程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)要測(cè)量的點(diǎn)可能不在監(jiān)測(cè)的范圍之內(nèi)。并且在大量非干線的車站上，還不具備全部裝備微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的條件，而一些隱性間歇性故障，用一般的常規(guī)儀器儀表又很難發(fā)現(xiàn)和記錄。
[0003]目前，根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用方式的不同，鐵路信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備可以分為:固定式、便攜式和車載式三種，固定式監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在一個(gè)固定地點(diǎn)，對(duì)預(yù)先設(shè)計(jì)好的采樣點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和記錄。如信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、道岔缺口報(bào)警、智能燈絲報(bào)警設(shè)備等。車載式監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在電務(wù)試驗(yàn)車或動(dòng)檢車上，對(duì)管內(nèi)主要干線的信號(hào)顯示、機(jī)車信號(hào)和軌道電路等設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理，為進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)。這三種形式的監(jiān)測(cè)設(shè)備協(xié)同工作，可以使信號(hào)設(shè)備處于完整的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)。
[0004]便攜式設(shè)備通常以儀表的形式出現(xiàn)，具有對(duì)一個(gè)單項(xiàng)設(shè)備或某一項(xiàng)電氣特性進(jìn)行更深一步監(jiān)測(cè)和診斷的功能，如⑶96移頻測(cè)試表、轉(zhuǎn)轍機(jī)拉力測(cè)試儀、絕緣測(cè)試表等。這些儀表一般都是根據(jù)特定的功能需求而設(shè)計(jì)制造的，功能比較單一，僅能夠針對(duì)特定的需求實(shí)現(xiàn)比較完整的測(cè)量。同時(shí)限于存儲(chǔ)容量的限制，這類儀表往往缺乏對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)能力。
[0005]而且，傳統(tǒng)的便攜式儀器通常采用顯示屏和監(jiān)測(cè)主機(jī)一體化的設(shè)計(jì)，在使用觀察時(shí)只能在主機(jī)附件，距離受限制。
[0006]因此需要研究開發(fā)一種靈活經(jīng)濟(jì)的便攜式信號(hào)監(jiān)測(cè)儀作為信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的補(bǔ)充和完善，進(jìn)一步滿足信號(hào)設(shè)備安全運(yùn)行和維修工作的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，利用嵌入式CPU現(xiàn)有以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與WIFI模塊的連接，通過(guò)擴(kuò)展的WIFI模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)主機(jī)與iPad平板電腦的連接，實(shí)現(xiàn)了將監(jiān)測(cè)主機(jī)和顯示屏分離設(shè)計(jì)，使用方便。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，包括監(jiān)測(cè)主機(jī)和η個(gè)采集探頭，所述η為大于I的自然數(shù)，所述監(jiān)測(cè)主機(jī)采用嵌入式CPU和CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)多路CAN接口的擴(kuò)展，所述嵌入式CPU通過(guò)總線傳輸器連接CPLD，所述CPLD與η個(gè)CAN控制器芯片連接，所述監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)CAN控制器芯片連接η個(gè)CAN接口信號(hào)采集分機(jī)，所述CAN接口信號(hào)采集分機(jī)分別與不同的采集探頭匹配連接，同時(shí)所述嵌入式CPU通過(guò)其以太網(wǎng)接口連接WIFI模塊，通過(guò)所述WIFI模塊與iPad平板電腦連接，實(shí)現(xiàn)顯示和監(jiān)測(cè)主機(jī)的分離，所述CAN接口信號(hào)采集分機(jī)包括DSP芯片以及信號(hào)采集調(diào)理電路，以將采集探頭采集到的信號(hào)線性調(diào)理到CPU的ADC量程范圍內(nèi)。
[0009]所述的分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，嵌入式CPU采用飛思卡爾公司MPC82系列的任一款PowerPC處理器，所述PowerPC處理器數(shù)據(jù)總線、地址總線端口、片選以及中斷信號(hào)端口對(duì)應(yīng)連接總線傳輸器，所述總線傳輸器數(shù)據(jù)總線、地址總線端口、片選以及中斷信號(hào)端口對(duì)應(yīng)連接CPLD。
[0010]所述的分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，CAN接口信號(hào)采集分機(jī)DSP芯片采用TMS320F28069 ;在所述CAN控制器芯片與輸出端設(shè)有CAN隔離電路，以實(shí)現(xiàn)多CAN接口之間的物理隔離，所述CAN控制器芯片通過(guò)CAN隔離電路連接CAN接口信號(hào)采集分機(jī)。
[0011]發(fā)明有益效果:
1、本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，是基于信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集原理，吸收了測(cè)試儀表的便攜和靈活性而產(chǎn)生的，兼具了儀表的便攜性和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采樣的安全性，可以靈活的對(duì)信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，使測(cè)量人員的工作更簡(jiǎn)單、舒適、直觀，也解決了別的便攜設(shè)備測(cè)量時(shí)需要人員多的弊端。可匹配各種信號(hào)采集探頭，功能全面多樣，使用方便。
[0012]2、本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，應(yīng)用范圍介于便攜式信號(hào)監(jiān)測(cè)儀和微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間，既可以像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一樣實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄和回放，也可以像儀表一樣靈活便捷的對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行全面的測(cè)量?？梢圆杉皆跇?biāo)準(zhǔn)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中沒有涉及到的電氣指標(biāo)，能夠?yàn)樵O(shè)備故障分析提供更多的依據(jù)。
[0013]3、本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，利用嵌入式CPU現(xiàn)有以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與WIFI模塊的連接，通過(guò)擴(kuò)展的WIFI模塊實(shí)現(xiàn)便攜式主機(jī)與iPad平板電腦的連接，實(shí)現(xiàn)了將監(jiān)測(cè)主機(jī)和顯示屏分離設(shè)計(jì)，使用方便。采用iPad平板電腦，在WIFI傳輸距離范圍內(nèi)，可以很方便、舒適的觀察監(jiān)測(cè)結(jié)果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0016]實(shí)施例1
參見圖1、圖2，本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，包括監(jiān)測(cè)主機(jī)2和η個(gè)采集探頭5，所述η為大于I的自然數(shù)，所述監(jiān)測(cè)主機(jī)2采用嵌入式CPU和CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)多路CAN接口的擴(kuò)展，所述嵌入式CPU通過(guò)總線傳輸器連接CPLD，所述CPLD與η個(gè)CAN控制器芯片連接，所述監(jiān)測(cè)主機(jī)2通過(guò)CAN控制器芯片連接η個(gè)CAN接口信號(hào)采集分機(jī)(圖1中標(biāo)號(hào)3為1#采集分機(jī)，標(biāo)號(hào)4為2#采集分機(jī))，所述CAN接口信號(hào)采集分機(jī)分別與不同的采集探頭匹配連接，同時(shí)所述嵌入式CPU通過(guò)其以太網(wǎng)接口連接WIFI模塊，通過(guò)所述WIFI模塊與iPad平板電腦I (手持終端)連接，實(shí)現(xiàn)顯示和監(jiān)測(cè)主機(jī)的分離，所述CAN接口信號(hào)采集分機(jī)包括DSP芯片以及信號(hào)采集調(diào)理電路，以將采集探頭5采集到的信號(hào)線性調(diào)理到CPU的ADC量程范圍內(nèi)。
[0017]所述嵌入式CPU采用飛思卡爾公司MPC82系列的任一款PowerPC處理器，所述PowerPC處理器數(shù)據(jù)總線、地址總線端口、片選以及中斷信號(hào)端口對(duì)應(yīng)連接總線傳輸器，所述總線傳輸器數(shù)據(jù)總線、地址總線端口、片選以及中斷信號(hào)端口對(duì)應(yīng)連接CPLD。
[0018]實(shí)施例2
參見圖1、圖2，本實(shí)施例的分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，其與實(shí)施例1的不同之處在于:嵌入式CPU使用飛思卡爾高性能低功耗PowerPC處理器MPC8247，最高主頻400MHz，MPC8247利用RTL8201CP和HR601680來(lái)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口。多CAN接口擴(kuò)展通過(guò)可編程邏輯器件CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體可采用EPM7128STI100，主要完成多CAN接口的片選以及中斷信號(hào)的實(shí)現(xiàn)，以及數(shù)據(jù)、地址線的驅(qū)動(dòng)能力加強(qiáng)。CAN接口信號(hào)采集分機(jī)使用DSP芯片TMS320F28069以及信號(hào)采集調(diào)理電路將探頭采集到的信號(hào)線性調(diào)理到CPU的ADC量程范圍內(nèi)；采集探頭通過(guò)采集運(yùn)放電路把4-20mA電流信號(hào)變?yōu)镺—+3.3V電壓信號(hào)，然后通過(guò)RC濾波將信號(hào)送入到CPU的片內(nèi)ADC采集通道中，完成模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換后進(jìn)行信號(hào)處理。
[0019]圖2中，利用嵌入式CPU來(lái)擴(kuò)展4路CAN，各CAN接口之間實(shí)現(xiàn)物理隔離，并與外部接口之間實(shí)現(xiàn)光電隔離；并利用CAN接口連接CAN分機(jī)，通過(guò)CAN接口實(shí)現(xiàn)主機(jī)與CAN分機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換以及協(xié)議轉(zhuǎn)換。
[0020]本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，檢測(cè)主機(jī)作為分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)控制中心，負(fù)責(zé)各個(gè)CAN接口信號(hào)采集分機(jī)的采集配置、采集信息的收集和存儲(chǔ)。監(jiān)測(cè)主機(jī)采用嵌入式結(jié)構(gòu)的PowerPC處理器，可以根據(jù)需要擴(kuò)充通信接口單元，與CAN分機(jī)間采用can通信。PowerPC處理器自身帶2路以太網(wǎng)接口和5路串口，其中一路串口和一路以太網(wǎng)接口在調(diào)試階段利用來(lái)做程序下載調(diào)試用。監(jiān)測(cè)主機(jī)配置USB 口和配置DOM盤接口(可接512M—8GDOM盤)，可在人工操作下將采集信息導(dǎo)出，也可下載到手持終端上實(shí)現(xiàn)離線查閱。
[0021]監(jiān)測(cè)主機(jī)不設(shè)置顯示器，人機(jī)交互操作都通過(guò)手持終端實(shí)現(xiàn)。手持終端采用帶WIFI接口的7寸或9寸的平板電腦，與監(jiān)測(cè)主機(jī)間采用WiFi連接，我們采用CPU的另外一路網(wǎng)口來(lái)擴(kuò)展WIFI接口，使用網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)WIFI的模塊來(lái)擴(kuò)展WIFI接口 ；實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)主機(jī)與iPad平板電腦之間的數(shù)據(jù)交換以及協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)主機(jī)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示以及歷史軌跡回放。這樣就實(shí)現(xiàn)了便攜設(shè)備的主機(jī)和顯示終端分離。
[0022]CAN接口信號(hào)采集分機(jī)為數(shù)據(jù)的處理中心，接收探頭發(fā)送的模擬量信息，根據(jù)配置類型選擇適合的數(shù)據(jù)處理方式將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字格式，上送到監(jiān)測(cè)主機(jī)。由于現(xiàn)在使用的CPU并無(wú)CAN接口，我們采用CAN協(xié)議控制器來(lái)擴(kuò)展多個(gè)CAN接口。目前我們采用SJA1000T來(lái)實(shí)現(xiàn)多CAN接口的擴(kuò)展。CAN收發(fā)器采用CTM8251。除設(shè)置在室內(nèi)使用的I型CAN分機(jī)外，還可以配置采用載波通信模式，通過(guò)信號(hào)電纜連接布置在室外的CAN分機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)室外信號(hào)設(shè)備電氣特性指標(biāo)的采集和記錄。在這種模式下，只需要在便攜式主機(jī)中加裝支持載波通信功能的插板即可。
[0023]采集探頭采用小型化設(shè)計(jì)，根據(jù)采集信號(hào)的差異設(shè)計(jì)相應(yīng)的專用夾具，隔離電源采用交直流通用的設(shè)計(jì)，每個(gè)探頭的量程可調(diào)，在保證便捷接插的前提下盡量減少探頭的種類。探頭內(nèi)實(shí)現(xiàn)一二次信號(hào)的隔離，隔離電壓不小于AC2500V，輸入阻抗不小于IM歐姆，并在探頭內(nèi)設(shè)置熔絲和PTC進(jìn)行保護(hù)。[0024]本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)嵌入式CPU強(qiáng)大的處理能力，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的不同協(xié)議轉(zhuǎn)換以及重新拆包、打包數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)主機(jī)和iPad平板電腦之間的數(shù)據(jù)交互、處理；其中主控CPU完成多CAN接口選擇、多CAN接口之間的數(shù)據(jù)收發(fā)處理以及轉(zhuǎn)發(fā)、WIFI通信處理、鋰電池充電處理；多CAN控制器芯片完成數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議的實(shí)現(xiàn)；CAN隔離電路完成多CAN接口之間的物理隔離。
[0025]CAN分機(jī)啟動(dòng)后，首選確定是否有來(lái)自監(jiān)測(cè)主機(jī)的配置信息，沒有則不進(jìn)行處理，一直向監(jiān)測(cè)主機(jī)發(fā)送配置請(qǐng)求，一旦接收到監(jiān)測(cè)主機(jī)有效的配置信息后，根據(jù)監(jiān)測(cè)主機(jī)提供的配置信息判斷輸入信號(hào)的類型，依據(jù)其固定的運(yùn)算程序計(jì)算出各個(gè)通道的真實(shí)信號(hào)信息，并按照CAN通信協(xié)議，通過(guò)CAN分機(jī)的CAN通信通道將相應(yīng)的監(jiān)測(cè)信息上傳給監(jiān)測(cè)主機(jī)。
[0026]本發(fā)明分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，采集探頭的監(jiān)測(cè)對(duì)象有如下幾類:1)軌道電路監(jiān)測(cè):25Hz相敏軌道電路的接收電壓；480軌道電路的接收電壓；ZPW2000軌道電路的功出電壓、電纜模擬網(wǎng)絡(luò)電壓、軌入電壓、軌出I電壓、軌出2電壓、發(fā)送電流、接收電流；2)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)監(jiān)測(cè):道岔表示電壓；道岔表示電流；3)電源屏監(jiān)測(cè):交流電壓(量程50V、300V和500V三種)；直流電壓(量程50V和300V兩種)；交流電流(量程5A、30A和50A三種)；直流電壓(量程IOA和50A兩種);支持工頻和25Hz兩種模式；4)信號(hào)機(jī)監(jiān)測(cè):信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電流(量程1A)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)單項(xiàng)設(shè)備或某幾項(xiàng)電氣特性進(jìn)行全面測(cè)試和記錄功能，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)不同設(shè)備間和不同檢測(cè)項(xiàng)目間的橫向比較。
【權(quán)利要求】
1.一種分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，包括監(jiān)測(cè)主機(jī)和η個(gè)采集探頭，所述η為大于I的自然數(shù)，其特征在于:所述監(jiān)測(cè)主機(jī)采用嵌入式CPU和CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)多路CAN接口的擴(kuò)展，所述嵌入式CPU通過(guò)總線傳輸器連接CPLD，所述CPLD與η個(gè)CAN控制器芯片連接，所述監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)CAN控制器芯片連接η個(gè)CAN接口信號(hào)采集分機(jī)，所述CAN接口信號(hào)采集分機(jī)分別與不同的采集探頭匹配連接，同時(shí)所述嵌入式CPU通過(guò)其以太網(wǎng)接口連接WIFI模塊，通過(guò)所述WIFI模塊與iPad平板電腦連接，實(shí)現(xiàn)顯示和監(jiān)測(cè)主機(jī)的分離，所述CAN接口信號(hào)采集分機(jī)包括DSP芯片以及信號(hào)采集調(diào)理電路，以將采集探頭采集到的信號(hào)線性調(diào)理到CPU的ADC量程范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述嵌入式CPU采用飛思卡爾公司MPC82系列的任一款PowerPC處理器，所述PowerPC處理器數(shù)據(jù)總線、地址總線端口、片選以及中斷信號(hào)端口對(duì)應(yīng)連接總線傳輸器，所述總線傳輸器數(shù)據(jù)總線、地址總線端口、片選以及中斷信號(hào)端口對(duì)應(yīng)連接CPLD。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分離式便攜信號(hào)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述CAN接口信號(hào)采集分機(jī)DSP芯片采用TMS320F28069 ;在所述CAN控制器芯片與輸出端設(shè)有CAN隔離電路，以實(shí)現(xiàn)多CAN接口之間的物理隔離，所述CAN控制器芯片通過(guò)CAN隔離電路連接CAN接口信號(hào)采集分機(jī)。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK103699040SQ201310729470
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】徐大貴, 江海 申請(qǐng)人:河南輝煌科技股份有限公司