专利名称：红外线轴温探测系统板卡故障检测设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动化控制领域，具体涉及一种红外线轴温探测系统板卡故障检测设备。
背景技术：
红外线轴温探测系统是用于探测运行车辆的轴箱温度，避免因列车车轴故障而导致列车运行事故，是保障列车运行安全的重要设备之一。2006年铁道部提出对红外线轴温探测系统进行统型的要求，即要求各厂家开发的产品使用相同的技术标准。现有红外线轴温探测系统的故障检测技术都属于系统级故障检测和定位，只能简单检测判断出系统的某些功能或部位出现的故障，而且不能给出或只能给出简单的故障排除方法，这就要求技术人员进行后续的现场技术支持。2007年6月《铁路计算机应用》公开的文章编号为1005-845^2007)06-0011-03的《红外线轴温探测系统自检功能设计》中描述了系统自检的主要内容，包括磁头故障、环温故障、盘温(板温)故障、挡板故障、探头故障、热靶故障、调制盘故障、保护门故障、交流电故障、直流电源故障和通信故障等系统级故障。2010年11月17日公开的申请号为200920266141. 2的《红外线轴温探测站远程故障诊断系统》也主要是检测和判断供电故障、通讯故障和探测站故障这种系统故障，而且只能给出简单的故障处理方法复位、停电、供电等。上述两篇文献公开的技术都没有针对红外线轴温探测系统板卡级和芯片级的故障检测。另外，《红外线轴温探测系统自检功能设计》和《红外线轴温探测站远程故障诊断系统》都是采用的实时在线的故障检测方式，即在红外线轴温探测系统(探测站)铁路现场运行时进行实时在线的故障监控和检测，而因存在原来系统的干扰因素，使得影响了故障检测的准确性。
发明内容本实用新型针对现有红外线轴温探测系统的故障检测技术所检测的均为系统级的故障，而且不能给出具体的解决方法的问题，针对各铁路段最新的两种型号红外线轴温探测系统(THDS-A型和THDS-B型)的控制箱内电路板(共17块电路板)以及工控机中 AD采集卡和I/O卡进行故障检测和定位，提出了一种红外线轴温探测系统板卡故障检测设备。一种红外线轴温探测系统板卡故障检测设备，包括上位机与下位机检测模块，上位机通过USB接口或者RS232串口与所述的下位机检测�？榱�。所述的上位机具有用于设置通讯状态，响应数据传输事件的请求，接收数据并存储数据到相应的变量数组中，并对接收到的数据进行报文格式检验，向下位机检测�？榉⑺图觳饷畹耐ㄑ豆δ苣？椋挥糜诙越邮盏降睦醋韵挛换觳饽？榈募觳饨峁萁新呒卸希卸隙杂Φ陌蹇ㄊ欠翊嬖诠收系募觳馀卸瞎δ苣？椋徽攵愿靼蹇ǖ募觳獠呗耘渲孟嘤Φ募觳夤δ苎∠畹募觳夤δ苎≡衲？椋灰约坝糜诮觳馀卸瞎δ苣？榈募觳饨峁晕淖只蛲枷竦男问较允驹谟没Ы缑娴牡男畔⒑屯枷裣允灸？�。所述的下位机包括用于控制检测任务执行的单片机；USB转RS232电路；根据检测任务进行复用选择的多路复用开关电路；存储单片机输出的控制数据和A/D转换电路、 各个功能检测电路输出的检测结果数据的输入输出数据缓存；将各个功能检测电路输出的模拟信号转化为数字信号的A/D转换电路；用于检测控制箱内各电路板和工控机中的AD采集卡与I/O卡的各个功能检测电路；AD采集卡和I/O卡接口 ；以及信号或功率总线接口。所述的单片机分别与USB转RS232电路、多路复用开关电路以及输入输出数据缓存连接，所述的USB转RS232电路与上位机连接，所述的各个功能检测电路与AD采集卡和I/O卡接口以及信号或功率总线接口连接。本实用新型的优点与积极效果在于(1)本实用新型的设备主要针对红外线轴温探测系统核心部分控制箱和工控机中各电路板的故障进行检测，所能达到的故障检测级别为板卡级和芯片级，即能够检测和判断出某块电路板和电路板上一个或多个芯片的故障，并能给出具体而直观的故障排除手段和方法，且做到了自动检测，易于操作，能满足不同专业背景的用户使用要求。(2)本实用新型的设备采用的是一种线下的故障检测方式，即各检测对象(控制箱内各板卡)可以完全脱离红外线轴温探测系统而进行独立检测，排除了原来系统的干扰因素，提高了故障检测的准确性。(3)本实用新型的故障检测设备在设计中，选用工业级的芯片，信号精度高，芯片工作温度宽，稳定度高，在电路PCB(印制电路板)设计中充分考虑信号完整性因素，制定严格的布局布线规则，提高其抗干扰能力；在设备机箱面板等机构设计中充分考虑其密闭性， 牢固性以及良好的抗电磁干扰屏蔽性能。
图1是本实用新型的红外线轴温探测系统板卡故障检测设备的整体框图；图2是本实用新型的上位机中所包含的�？槭疽馔迹煌�3是本实用新型的上位机人机交互的图形界面示意图；图4是本实用新型的下位机检测�？榈淖槌煽蛲迹煌�5是本实用新型的MCU的组成框图；图6是本实用新型的MCU控制的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。如图1所示，本实用新型的红外线轴温探测系统板卡故障检测设备包括上位机1 和下位机检测�？�2。上位机1为工控机或者普通计算机。上位机1与AD (模拟和数字) 采集卡4之间采用PCI总线连接，上位机1与I/O (输入和输出)卡5之间采用ISA总线连接。若上位机1采用工控机，则现有的AD采集卡4和I/O卡5集成在工控机中，上位机1 与AD采集卡4、I/O卡5之间进行的通讯，主要是指AD采集卡4或I/O卡5向上位机1发送工作数据，上位机1给AD采集卡4或I/O卡5发送指示工作的命令等，由下位机检测�？�2对AD采集卡4和I/O卡5进行检测得到的检测结果并不由AD采集卡4或I/O卡5直
4接传输给上位机1。下位机检测�？�2通过USB接口或者RS232串口与上位机1进行连接。 下位机检测�？�2接受上位机1的检测命令，完成对控制箱内各电路板3以及工控机中AD 采集卡4和I/O卡5的检测，通过USB接口或者RS232串口将检测结果上传给上位机1。AD 采集卡4和I/O卡5都分别通过DB37接口与下位机检测�？�2连接进行通讯。 上位机1接收用户的检测任务，向下位机检测�？�2发送相应的检测命令，并接收下位机检测模块2返回的检测结果，经过逻辑判断后以图片和文字的形式标示出电路板上故障电路或芯片的具体位置，并提示出相应的故障解决办法。如图2所示，上位机1具有四个�？橥ㄑ豆δ苣？�11、检测判断功能�？�12、检测功能选择�？�13以及信息和图像显示�？�14。通讯功能�？�11用于设置通讯状态，响应数据传输事件的请求，接收数据并存储数据到相应的变量数组中，同时对接收到的数据进行报文格式检验，并向下位机检测�？�2发送检测命令。检测判断功能�？�12对接收到的来自下位机检测模块2的检测结果数据进行逻辑判断，确定对应的板卡是否存在故障。检测功能选择模块13针对各板卡不同的检测策略，配置板卡类型、检测模式、检测项目等相应的检测功能选项。信息显示和图像显示�？�14将检测判断功能�？�12的检测结果以文字或图像的形式显示在用户界面上显示出来。如图3所示，为上位机1人机交互的图形界面示意图。如图4所示，下位机检测�？�2的硬件组成包括:MCU(Micro Control Unit,单片机)21、USB转RS232电路22、多路复用开关电路23、输入输出数据缓存24、A/D转换电路 25、各个功能检测电路沈、AD采集卡和I/O卡接口 27以及信号或功率总线接口观。MCU 21为下位机检测�？�2的中心控制单元，用于控制外围电路，所述的外围电路包括多路复用开关电路23、输入输出数据缓存24、A/D转换电路25。MCU21针对红外线轴温探测系统的控制箱内各电路板以及工控机中AD采集卡4和I/O卡5，控制各个功能检测电路沈中相应的功能检测电路完成相应的检测任务。如图5所示，MCU 21包括四个�？槌跏蓟？�211、通讯�？�212、驱动�？�213和检测任务模块214。初始化�？�211用于完成MCU21内部定时计数器、RTC(Real-Time Clock，实时时钟)模块、UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送)�？�、A/D (模拟与数字)转换和D/A(数字与模拟)转换以及MCU21的管脚和中断的初始化设置。通讯�？�212负责 MCU21和上位机1的串口通讯的功能，包括UART数据接收�？楹蚒ART数据发送模块以及 MCU21和上位机1的数据通讯协议格式的设置。驱动模块213主要实现一些底层的驱动函数供初始化�？�211、通讯�？�212以及检测任务�？�214调用，包括A/D数据采集函数， D/A数据转换函数、多路开关控制函数，UART数据发送和接收函数等。检测任务模块214包含针对红外线轴温探测系统的控制箱内各电路板以及工控机中AD采集卡4和1/0卡5的检测任务函数，根据用户下达的检测任务，调用通讯�？�212与驱动模块213来完成对各电路板的检测任务。MCU21控制整个下位机检测系统2的工作，控制流程如图6所示，首先调用初始化模块211完成MCU21的初始化工作，然后MCU21等待接收上位机1的检测命令，接到上位机1的检测命令后调用检测任务�？�214中相应的检测任务函数控制下位机检测�？�2完成检测任务，最后由通讯�？�212将检测结果发送给上位机1判断处理。本检测设备的MCU21采用基于ARM7TDMI-S内核的高性能微处理器实现，其内集成了 32KB RAM(随机存取存储器)和256KB Flash (闪存)，两个32位定时器、2个10位8路的ADC(模/数转换器)、一个10位DAC(数/模转换器)、PWM(脉冲宽度调制)通道、47个GPIO (通用输入/输出)，多达9个边沿或电平触发的外部中断以及出色的处理能力完全能够满足本检测设备的应用要求。USB转RS232电路22负责将上位机1传输的USB信号转换为RS232 (DB9)串口信号。由于在不对A/D采集卡4和I/O卡5进行检测时候，上位机1可以采用笔记本电脑实现，自身不具有RS232串口，所以下位机检测�？�2集成并实现了 USB转RS232串口电路22， 使得下位机检测�？�2对外表现出一个USB的物理接口，和不具备物理RS232串口的上位机1进行通讯，同时保留RS232串口接口，用户可自行选择USB接口或是RS232串口接口， 满足不同应用场合的要求。多路复用开关电路23根据检测任务对进入MCU21的中断信号进行复用选择。各个功能检测电路26根据MCU21发出的检测任务进行检测时会发送信号给多路复用开关电路幻，多路复用开关电路23接收到信号后，相应地对进入MCU21的中断信号进行复用选择。输入输出数据缓存M负责对MCU21输出的控制数据和A/D转换电路25、各个功能检测电路26输出的检测结果数据进行锁存。A/D转换电路25负责将检测到的模拟信号转换为数字信号并存储在输入输出数据缓存M中供MCU21读取。各个功能检测电路沈在1 ^21的控制下对不同电路板进行检测。本检测设备的检测对象为铁道部统一规定的THDS-A型和THDS-B型两种红外线轴温探测系统，因此本检测设备的检测接口兼容所述两种轴温探测系统控制箱的总线，并对不同型号轴温探测系统的不同板卡分别设计了相应的检测电路。如图1所示的信号总线和功率总线为THDS-A型和 THDS-B型两种轴温探测系统控制箱内的专用的两种总线接口，用于控制箱内电路板的信号连接。检测对象是控制箱内的电路板和工控机内的A/D采集卡4和I/O卡5，这些板卡都是THDS-A型和THDS-B型两种轴温探测系统的专用板卡，这些板卡都是经过铁道部统一型号统一标准的，针对不同的板卡根据现有硬件电路技术可以设计出相应的检测电路。AD采集卡和I/O卡接口 27实现了各个功能检测电路沈与工控机中AD采集卡4 和I/O卡5的数据通讯。信号或功率总线接口观实现了各个功能检测电路沈与控制箱内各电路板3的通讯。上位机1采用人机交互的图形化界面形式，操作简单直观。针对不同的检测对象， 通过上位机1产生相应的输出检测信号，并接收下位机检测模块2上传的检测结果数据，进行逻辑判断后在用户界面中以图像的形式标识出故障所在位置，以实现故障定位的功能。 检测结果所能达到的分辨等级为芯片级，即能够检测出电路板上一个或多个故障芯片。发现故障后，上位机1的图形界面中会以图片和文字的形式标示出电路板上故障电路或芯片的具体位置，故障定位迅速准确，具体直观。本实用新型的故障检测设备能极大的提高红外线轴温探测系统安装调试和故障排除的效率，并为日常的设备维护提供可靠的技术保障。 同时，上位机1在显示结果的时候给出相关故障维修建议和方法。设备做到自动检测，易于操作，能满足不同专业背景的用户使用要求。红外线轴温探测系统应用环境复杂，各种干扰因素众多，要求故障检测设备要具有较强的抗干扰能力，能在复杂工况下可靠稳定的运行。本实用新型的故障检测设备在硬件设计中充分考虑了电路信号的完整性和稳定性，选用工业级的芯片，信号精度高，芯片工作温度宽，稳定度高，在电路PCB设计中充分考虑信号完整性因素，制定严格的布局布线规则，提高其抗干扰能力。
权利要求1.一种红外线轴温探测系统板卡故障检测设备，其特征在于，包括上位机与下位机检测�？椋衔换ü齍SB接口或者RS232串口与所述的下位机检测�？榱樱凰龅南挛换觳饽？榘ㄓ糜诳刂萍觳馊挝裰葱械牡テ籙SB转RS232电路；根据检测任务对进入单片机的中断信号进行复用选择的多路复用开关电路；存储单片机输出的控制数据和A/D转换电路、各个功能检测电路输出的检测结果数据的输入输出数据缓存；将各个功能检测电路输出的模拟信号转化为数字信号的A/D转换电路；用于检测控制箱内各电路板和工控机中的AD采集卡与I/O卡的各个功能检测电路；AD采集卡和I/O卡接口 ；以及信号或功率总线接口 ；所述的单片机分别与USB转RS232电路、多路复用开关电路以及输入输出数据缓存连接，所述的USB转RS232电路与上位机连接，所述的各个功能检测电路与AD采集卡和I/O 卡接口以及信号或功率总线接口连接。
2.根据权利要求1所述的一种红外线轴温探测系统板卡故障检测设备，其特征在于， 所述的单片机采用基于ARM7TDMI-S内核的高性能微处理器实现。
3.根据权利要求1所述的一种红外线轴温探测系统板卡故障检测设备，其特征在于， 所述的下位机检测�？橥ü鼶B37接口与工控机中的AD采集卡以及I/O卡连接。
专利摘要本实用新型提出一种红外线轴温探测系统板卡故障检测设备，包括上位机与下位机检测�？�。上位机采用人机交互界面，用户通过上位机下发检测任务，上位机通过通讯功能�？橛胂挛换觳饽？榻型ㄑ叮挛换觳饽？楦菁觳馊挝窨刂仆瓿上嘤Φ募觳猓鸭觳馐莘⑺透衔换衔换菁觳馐菖卸铣鱿值墓收希雅卸辖峁允靖没�。本实用新型针对红外线轴温探测系统核心部分控制箱和工控机中各电路板的故障进行检测，所能达到的故障检测级别为板卡级和芯片级，且做到了自动检测，易于操作，能满足不同专业背景的用户使用要求。
文档编号G01R31/00GK202171623SQ20112022216
公开日2012年3月21日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者周毛毛, 孙庆, 毕方勇, 王新华, 石小累, 郭小勇 申请人:北京康拓红外技术股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
