一种新型铁路客车DC48V绝缘监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种新型铁路客车DC48V绝缘监测系统，属于绝缘监测技术领域。

背景技术：

近些年铁路客车发生的各类火灾事故中，高达70％是由DC48V电气系统故障造成的，用电故障引发的火灾已成为客车安全的第一杀手。由于目前的塑壳断路器使用热磁式保护采用金属片进行过载保护，其精度较差；而漏电断路器采用的保险丝、非智能漏电开关、热磁式塑壳开关等组成的火灾报警系统又技术严重落后，功能单一，缺乏综合性安全保护作用，因此当供电线路出现过载、短路、漏电、过压、欠压等故障时，无法做出快速、准确的反应，无法从根本上杜绝火灾的发生。早期的绝缘监测系统基本上都采用了小信号注入法，通过检测不平衡电流即漏电流，然后再通过数据线将检测信号送至主机做响应处理，该方式结构简单、成本高，容易引起设备误动或干扰设备，不能准确报警。直流系统是铁路客车供电系统的一个关键组成部分，是给信号设备、自动装置、事故照明、应急电源及断路器部分提供直流电源的设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，是能够在外部交流电中断的情况下，可由后备电源继续提供直流电源的重要设备。直流电源作为主要电气设备的保安电源及控制信号电源，它的分支供电网络十分的庞大，其常见的故障是接地故障。在一般情况下，一点接地并不影响直流系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复，继而引发另一点接地故障，就可能引起信号回路、控制回路、继电保护装置等误动作扩大故障范围，所以直流绝缘监测是十分必要的。然而现有DC48V绝缘监测装置在解决方案上存在着抗干扰能力差、绝缘电阻测量不准、系统时钟偏差累积、不可网络控制等问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是实现抗干扰能力强、绝缘电阻测量精度高、操作简便的难题，提出了一种新型铁路客车DC48V绝缘监测系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提出一种新型铁路客车DC48V绝缘监测系统,包括依次连接的不平衡桥式电路、调理电路模块、隔离模块、主控模块，以及USB接口模块、EEPROM存储模块、声音报警模块、状态指示模块、显示模块、网络通信模块、蓝牙模块；其中，所述不平衡桥式电路将正负母线接地绝缘电阻值转化成正负母线电压信号并将正负母线电压信号传输至调理电路模块；所述调理电路模块，用于将正负母线电压信号进行降压处理、滤波处理并将正负母线电压信号传输至隔离模块；所述隔离模块，用于将正负母线电压信号进行电压隔离运放并将正负母线电压信号传输至主控模块；所述主控模块，用于采集正负母线电压信号并进行模数转换并通过计算转化成正负母线接地绝缘电阻值；同时，分析正负母线接地绝缘电阻值与门阈值的大小；所述USB接口模块，用于将正负母线接地绝缘电阻值通过USB接口端传输至外部存储设备；所述EEPROM存储模块，用于进行实时存储正负母线接地绝缘电阻值；所述声音报警模块，当正负母线接地绝缘电阻值小于门阈值时触发声音报警；所述状态指示模块，当正负母线接地绝缘电阻值大于门阈值时，显示系统正常工作状态；当正负母线接地绝缘电阻值小于门阈值时，显示系统非正常工作状态；所述显示模块，用于显示正负母线接地绝缘电阻值、系统时钟、系统工作状态；所述网络通信模块，用于通过外部接口端与PC端进行网络通信；所述蓝牙模块，用于与外部移动通信设备端进行通信。

进一步，作为本实用新型的优化方案，所述不平衡桥式电路包括第一绝缘电阻、第二绝缘电阻、第一至第六电阻、第一至第三开关；其中，第一绝缘电阻的一端分别与第一电阻的一端、第五电阻的一端、第一开关的一端连接，第一开关的另一端分别与第一电阻的另一端、第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端分别与第二开关的一端、第三开关的一端、第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端分别与第六电阻的一端、第二绝缘电阻的一端连接，第二绝缘电阻的另一端分别与第一绝缘电阻的另一端、第二开关的一端、第三开关的一端连接，第三开关的另一端与第六电阻的另一端连接，第二开关的另一端与第五电阻的另一端连接。

进一步，作为本实用新型的优化方案，所述隔离模块为ADUM4190型号的隔离误差放大器。

进一步，作为本实用新型的优化方案，所述主控模块为STM32F429型号的主控制器。

进一步，作为本实用新型的优化方案，所述USB接口模块为USB118AD模块。

进一步，作为本实用新型的优化方案，所述EEPROM存储模块为M24M02-DR 型号的存储器。

进一步，作为本实用新型的优化方案，所述显示模块为LCD电容屏。

进一步，作为本实用新型的优化方案，所述蓝牙模块为HC-05型号的蓝牙装置。

本实用新型采用以上技术手段，具有以下技术效果：

本实用新型具有绝缘电阻测量精度高、抗干扰能力强、操作简便、实用性强，性价比高、存储功能、自检功能、网络和蓝牙通信功能，可广泛应用于铁路客车DC48V供电系统的绝缘监测，能实时检测正负母线对地绝缘阻值。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构图。

图2为本实用新型的不平衡桥式电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本实用新型提出了一种新型铁路客车DC48V绝缘监测系统,包括不平衡桥式电路、调理电路模块、隔离模块、主控模块、USB接口模块、EEPROM 存储模块、声音报警模块、状态指示模块、显示模块、网络通信模块、蓝牙模块；其中，不平衡桥式电路的输出端与调理电路模块的输入端连接，调理电路模块的输出端与隔离模块的输入端连接，隔离模块的输出端与主控模块的输入端连接，主控模块的的输出端分别与USB接口模块的输入端、EEPROM存储模块的输入端、声音报警模块的输入端、状态指示模块的输入端、显示模块的输入端、网络通信模块的输入端、蓝牙模块的输入端连接；不平衡桥式电路，用于将正负母线接地绝缘电阻值转化成正负母线电压信号并将正负母线电压信号传输至调理电路模块；调理电路模块，用于将正负母线电压信号进行降压处理、滤波处理并将正负母线电压信号传输至隔离模块；隔离模块，用于将正负母线电压信号进行电压隔离运放并将正负母线电压信号传输至主控模块；主控模块，用于采集正负母线电压信号并进行模数转换并通过计算转化成正负母线接地绝缘电阻值；同时，分析正负母线接地绝缘电阻值与门阈值的大小；USB接口模块，用于将正负母线接地绝缘电阻值通过USB接口端传输至外部存储设备；EEPROM存储模块，用于进行实时存储正负母线接地绝缘电阻值；声音报警模块，当正负母线接地绝缘电阻值小于门阈值时触发声音报警；状态指示模块，当正负母线接地绝缘电阻值大于门阈值时，显示系统正常工作状态；当正负母线接地绝缘电阻值小于门阈值时，显示系统非正常工作状态；显示模块，用于显示正负母线接地绝缘电阻值、系统时钟、系统工作状态；网络通信模块，用于通过外部接口端与PC端进行网络通信；蓝牙模块，用于与外部移动通信设备端进行通信。

其中，隔离模块为ADUM4190型号的隔离误差放大器，将调理后的信号通过 ADUM4190运放进行隔离处理，送入主控制器，有效避免电源对系统的干扰；主控模块为STM32F429型号的主控制器，将计算得到的正负母线绝缘电阻与设定阈值1kΩ进行比较；USB接口模块为USB118AD模块，系统存储的数据可通过U盘等带有USB接口的存储设备下载；EEPROM存储模块为M24M02-DR型号的存储器，可实时存储数据并供用户下载；声音报警模块，当母线对地绝缘阻值小于设定阈值1kΩ时触发报警，音量在70db左右；状态指示模块，系统工作正常时，蓝色转态指示灯常亮，当母线对地绝缘阻值小于1kΩ时红色报警灯每隔1秒闪烁一次；

显示模块为LCD电容屏，选用5寸800*480点阵、RGB888的TFT彩色电容液晶屏幕，实时显示系统记录的数据、系统时钟以及系统的工作状态；网络通信模块，可通过RS232接口与用户PC进行网络通信，进行软件升级，同时也可通过RS485总线，进行远程系统维护；蓝牙模块为HC-05型号的蓝牙装置，可与用户带有蓝牙功能的移动通信设备进行通信，对系统时钟进行校准。

如图2所示，为不平衡桥式电路图，RA、RB分别表示正负母线与地之间的绝缘电阻。U1、U2分别表示K1闭合时电阻RA、RB上电压值，U1′、U2′分别表示当K1断开时RA、RB上的电压值。工作时通过控制K1的通断来改变正负母线电压在电阻RA、RB上分压比。

当K1接通时，可得：

当K1断开时，可得：

式(1)、(2)联立即可解得RA、RB阻值。

系统具体自检功能，系统可每隔一段时间由单片机产生一自检信号，分别接通不平衡桥式电路中的继电器K2、K3，将RC、RD接入桥式电路，其中RC、RD阻值均设置为800Ω，则此时正负母线对地绝缘电阻小于设定阈值1kΩ，以此检验装置能否触发报警，确保装置处于正常状态。

当系统上电时，先进入自检模式。主控模块首先发出控制信号，接通开关 K2，断开开关K3，进行第一次自检；然后再接接通开关K3，断开开关K2，进行第二次自检。若两次自检过程都导致声光报警电路发出报警信号，则装置正常。

断开开关K2，K3，系统开始正常监测。在每一个工作周期中，系统先接通继电器K1，此时主控模块对经调理过的正负母线电压进行第一次采样，得到第一组正负母线电压U1、U2；然后断开继电器K1，再对正负母线电压进行第二次采样，得到第二组正负母线电压U1′、U2′，通过不平衡桥式电路的计算公式(1)、 (2)可在主控模块中计算得到正负母线的绝缘电阻RA、RB。设备正常工作时不断重复这个周期。

以上仅为本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。