專利名稱：一種內燃機車微機控制系統測試方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機車的微機控制系統測試方法及裝置，尤其是指一種內燃機車基于微機 網絡控制系統的微機控制系統測試方法及裝置。
背景技術：
現有的內燃機車微機控制系統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(1)系統布線復雜、成本高、功耗 高、體積大以及不便于在車上測試；(2)采用釆用傳統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，難以滿足現有高精度的需求；(4)測試系統還是采 用開環控制，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査 詢。
隨著被測設備技術的不斷改進及提高，測試的精度、反映速度、可操作性及車載模擬試
驗等要求也越來越高，原有的測試裝置不能滿足現有的測試要求。因此很有必要進行整機測
試方法及裝置的改良升級。
發明內容
為了克服現有內燃機車的微機控制系統測試裝置不能很好地滿足目前測試的需要,本發 明提供一種新的微機控制系統測試方法及裝置，該測試方法及裝置不僅能滿足內燃機車微機 網絡控制系統自動測試及調試需要，提升內燃機車產品的整體水平；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。
本發明采用如下技術方案本發明為一種基于CAN現場總線的內燃機車微機控制系統測試 方法及裝置。其中，所述方法是通過CAN總線或串行總線與上位機通信，接收上位機的測試命 令，并通過內部CAN總線接收到的測試命令傳送給內部各信號產生模塊，內部各模塊根據測試 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；測試裝置的信號檢測模塊檢測被測設備輸出信號，經CAN總線傳送給CPU板，然后經CAN或串行總線發送給上位機；上位機將給定信號與檢測信號比較實現對被測設備的全 自動閉環測試。所述的全自動閉環測試是測試裝置內部采用基于CAN總線的分布式模塊，CPU 板與數字量輸入輸出板、頻率板、恒流源板及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，完全實現對被測裝 置的全自動循環測試。
所述的CPU板采用AVR微處理器，為該控制系統的核心，可實現與上位機及裝置內部的 通信管理、現場可編程邏輯控制、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。
所述數字量輸入輸出板(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。
測試裝置由電源板、CPU板、數字量輸入輸出板、頻率量輸出板、模擬量輸出板、流壓源 板等模塊及機箱組成。其結構采用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混合機箱可產生或給出電 流、電壓、頻率、開關量輸入、開關量輸出等各種信號及信號源，并且包含電源板、CPU板、 數字量輸入輸出板(DIO板)、頻率板、恒流源板及模擬量輸入輸出板(AIO板)等插件，同時 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作為通氣用。 本發明能達到如下效果
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進行調試，并且對大連所及
5我公司生產的內燃機車的微機控制系統可實現全自動測試。
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。因為釆用模塊化設計，內部采用CAN總線實現CPU板與各子板通信， 當被測系統功能需要擴充時，可增加相應的插件達到要求。
圖1本發明測試裝置與上位機、被測設備等組成的整個測試系統框圖； 圖2本發明內燃機車微機控制系統測試裝置原理框圖3本發明內燃機車微機控制系統測試裝置外型結構圖。
圖中(1)、 110V直流電源；(2)、本發明測試裝置；(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DIO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。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明做進一步的描述。
附圖l為測試裝置與上位機、被測設備等組成的整個測試系統框圖，通過附圖l可以看出，
本發明為一種內燃機車微機控制系統測試系統，整個系統是由110V電源1、測試裝置2、被測 設備3和上位機4幾部分構成。其中，110V電源l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) 發送數據信息，在上位機4比較并顯示出來；整個系統形成閉環的測試系統。
附圖2為內燃機車控制系統測試方法原理框圖，通過附圖可以看出測試裝置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后發送給上位機4;上位機4將給定信號與檢測信號比較實現對被測設備的全自動 閉環測試。測試裝置2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IO、流壓源板9等模塊及機箱組成。電源板5為本發明測試裝置提供工作電源，而內部采 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
6內部CAN總線連接。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，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(DI0板、頻率板及DA板)間通過內部CAN總線11連接，可實現對被測設備3的全自動閉環測試。
圖3為內燃機車微機控制系統測試裝置結構框圖，從附圖中可以看出，測試裝置2結構 采用7U混合機箱，左邊是4個對外AMP62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、數字量輸入 輸出板(DIO板)7、頻率板8、恒流源板9及DA板10，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為本發明測試裝置2的原理框 圖，電源板5給本測試裝置2提供電源；CPU板6與數字量輸入輸出板(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主要實現數模轉換及4一20mA的電流信號，同時把模擬信號再送給恒流源板9實現壓流 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實現通信。所述的CPU板采用AVR微處理器，為該控制系統的核心，可實現與上位 機及裝置內部的通信管理、現場可編程邏輯控制、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。
所述數字量輸入輸出板(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-+15￥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。 插件硬件說明
電源板5:輸入范圍40 138 VDC，采用開關電源技術，進行DC〃DC變換，提供本發明 測試裝置2及風扇電源。輸出為+5V士0.2V，十12V士0.3V。
CPU板6: CPU板物理上被分隔成上、下兩個半區，它們是完全電氣隔離，各自獨立的，不過兩半區是完全一樣的，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 態之間的切換。微處理器是采用AVR微處理器，可實現現場可編程邏輯控制、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， 一般情況下，可通過此十個燈來判斷CPU板的工作狀態。
DI0板7:采用SMT表面貼技術，每塊數字量I0板可實現24路輸入及24路繼電器輸出。 對輸入輸出信號均應有發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路土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—400raA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。
DA板10:主要產生36路0 — 10V的數模轉換及8路的4一20mA的電流信號。采用12位 的DAC7724數模轉換芯片及專用的4一20mA驅動芯片，確保本發明測試裝置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，方便信號的測試。
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電源、DA輸出及各種模擬量進行檢測，將 相關檢測信息經內部CAN發送到上位機。
權利要求
1、一種內燃機車微機控制系統測試方法，其特征在于所述方法是通過CAN總線或串行總線與上位機通信，接收上位機的測試命令，并通過內部CAN總線接收到的測試命令傳送給內部各信號產生模塊，內部各模塊根據測試命令產生相應測試信號并通過適配電纜傳送給被測設備；裝置的信號檢測模塊檢測被測設備輸出信號，經CAN總線傳送給CPU板，然后經CAN或串行總線發送給上位機；上位機將給定信號與檢測信號比較實現對被測設備的全自動閉環測試。
2、 根據權利要求l所述的內燃機車微機控制系統測試方法，其特征在于所述的全自動 閉環測試是測試裝置內部采用基于CAN總線的分布式模塊，CPU板與數字量輸入輸出板、頻 率板、恒流源板及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 行總線與上位機通信，完全實現對被測裝置的全自動循環測試。
3、 根據權利要求2所述的內燃機車微機控制系統測試方法，其特征在于所述的CPU板 采用AVR微處理器，為該控制系統的核心，通過CPU板與上位機及裝置內部的通信管理、現 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；CPU板通過CAN或串 行總線與外部通信管理，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， CPli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。
4、 根據權利要求2所述的內燃機車微機控制系統測試方法，其特征在于所述的數字量 輸入輸出板、頻率板、恒流源板及M板除了通過CAN總線與CPU板進行通信外，還提供被測 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；數字量 輸入輸出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 0-400ra的電流信號；DA板主要實現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。
5、 一種內燃機車微機控制系統測試裝置，由電源板、CPU板、數字量輸入輸出板、頻率 量輸出板、模擬量輸出板、流壓源板等模塊及機箱組成；電源板為測試裝置提供工作電源， 其特征在于內部采用基于CAN總線的分布式模塊，CPU板與數字量輸入輸出板、頻率板及 DA板間通過內部CAN總線連接；測試裝置通過CAN或串行總線與上位機通信交換數據，裝置 內部各模塊采用基于CAN總線的分布式模塊，CPU板與數字量輸入輸出板、頻率板及DA板間 通過內部CAN總線連接，并對被測設備的全自動閉環測試。
6、 根據權利要求5所述的內燃機車微機控制系統測試裝置，其特征在于測試裝置結構 采用7U混合機箱，左邊是4個對外AMP 62芯插座，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，6U插件內有CPU板、數字量輸入輸出板、頻 率板、恒流源板及DA板及預留板位，且每塊插件板上有指示燈或測試孔。
7、 根據權利要求5所述的內燃機車微機控制系統測試裝置，其特征在于CPU板為AVR 微處理器；CPU板通過CAN或串行總線與外部通信管理，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；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，根據上位機送過來的數據，分配各子板的數據、調度任務。
8、 根據權利要求5所述的內燃機車微機控制系統測試裝置，其特征在于DI0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，并同時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。
9、 根據權利要求5所述的內燃機車微機控制系統測試裝置，其特征在于DIO板提供開 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。
10、 根據權利要求5所述的內燃機車微機控制系統測試方法及裝置，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，負 責與CPU通信，通過改變子板上CPU及FPGA程序可實現不同功能，DIO、頻率及DA輸出驅動 命令通過CPU板協議轉換后分發到對應的插件板。
全文摘要
一種內燃機車微機控制系統測試方法及裝置，通過CAN總線或串行總線與上位機通信，接收上位機的測試命令，并通過內部CAN總線接收到的測試命令傳送給內部各信號產生模塊，內部各模塊根據測試命令產生相應測試信號并通過適配電纜傳送給被測設備；測試裝置的信號檢測模塊檢測被測設備輸出信號，經CAN總線傳送給CPU板，然后經CAN或串行總線發送給上位機；上位機將給定信號與檢測信號比較實現對被測設備的全自動閉環測試。所述的全自動閉環測試是測試裝置內部采用基于CAN總線的分布式模塊，CPU板與數字量輸入輸出板、頻率板、恒流源板及DA板間通過內部CAN總線連接；測試裝置通過CPU板的外部CAN總線或串行總線與上位機通信，實現對被測裝置的全自動循環測試。
文檔編號G05B23/02GK101520661SQ20091004274
公開日2009年9月2日 申請日期2009年2月27日 優先權日2009年2月27日
發明者任湘輝, 良 何, 劉松柏, 吳正平, 周少云, 施洪亮, 健 肖, 肖孟英 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司