专利名称：便携式铁路电务多功能测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种便携式智能化铁路电务多功能测试仪。它适用于对铁路电务部门的日常设备检测，可用于电动转辙机、气动转辙机性能的现场(转辙机已安装于铁道线路上)及室内测试，各种电务设备的绝缘电阻测试，小功率直流设备的功率检测，各种常用设备的直流电压、电流及功率的测试等，是铁路电务部门新一代智能化检测仪器。
铁路电务信号部门重要的日常工作是电动转辙机、气动转辙机及各种低电压信号设备的维护及检修。这就需要在铁路现场进行各种电量(如电压、电流、电功率及绝缘水平等)和某些非电量(如转辙机的拉力等)进行测量。目前的测量、测试方法基本分两种现场测试和室内测试。现场测试以万用表及摇表为测试工具。由于铁路电务信号设备绝大部分是动态设备，因此目前的测试方法对大部分铁路电务信号设备的动态性能只能作大概的了解，而且这种测量方法与操作者的经验有很大的相关性，很难做到判断准确。显然这种测试方法难以做到及时发现病态设备，这无疑对铁路的行车安全构成了潜在的危胁。虽然已有如便携式电动转辙机测试仪这样的测试仪器，但其专用性很强，无法用于其他设备的检测。
本实用新型的目的在于提供一种轻便可靠、使用方便、能迅速准确地完成几种不同的电务信号日常检测任务的铁路电务多功能测试仪。
本实用新型的优点是功能多、体积小、重量轻、操作简便、集成化高及可靠性高。既用直观的曲线和表格形式将测试结果打印输出，又可通过显示器直接读出测试结果。
本实用新型是采用硬软件结合来完成其功能的专用仪器。硬件以8031单片机系统为核心，配之以数据采集电路，描绘器及其接口电路，键盘显示电路等。软件包括监控程序，数据采集子程序，计算程序，以及显示打印程序。2×8键盘用于实现各种操作命令的输入，数据采集电路在8031单片机系统控制下完成被测量的转换及A／D输入功能或在8031主机系统的控制下完成大电阻(100KΩ－1000MΩ)的测量，采集到的数据经计算处理后，既可通过PP－40四色描绘器打印输出，也可通过4位LCD数码显示器显示输出。本实用新型可完成拉(压)力、直流电压(＜220V)、电流(＜12A)、功率(＜9999W)和绝缘电阻测量等功能，不仅能测量记录被测量的稳态值，也能测量记录被测量的动态值与此同时还在系统设计中加强了抗干扰措施以适应电气化区段的要求。本实用新型不仅可使用交流220V电源，也可使用±5V直流电源。由于采用了掉电保护电路，可以实现现场测试室内打印，提高了使用的灵活性。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1——整机框图。
图2——8031主机电路。
图3——主机存储器及掉电保护电路。
图4——A／D转换及大电阻测量电路。
图5——键盘电路。
图6——显示电路。
图7——模拟量输入电路。
图8——输入插孔板图。
本实用新型的整机框图见图1。
图2是8031主机电路。U1为8031单片机，U1的P10～P14、INT0、RESET端顺序与输出总线的BUSY、DSTB、NP、PP、GR、GB、RET1端连接，U1的EA／VP接地，U1的X1和X2与时钟源连接，U1的WR端与U4D、U4A、U4B(74LS32)的一个输入端连接；P2口为地址总线的高8位，P20～P24与地址总线的A8～A12连接；P0口为地址总线低8位和数据线，地址低8位和数据线分时复用，U2(74LS373)在U1的ALE信号控制下(U1的ALE与U2的LE相连接)完成地址低8位锁存，U2的Q0－D7与U1的P00－P07相连接，其输出Q0～Q7与地址总线的A0－A7相连接。U3(74LS138)对全部64K程序存储空间和64K地址空间进行地址译码，U1的P25、P26及P27分别与U3的C、B、A相连接，U3的E1与E2接主机板上的地线，U3的Y3、Y4、Y5端分别与U4B、U4A、U4D的另一输入端连接，E3接＋5V电源。U3的输出Y0－Y7为8个内存片选信号，其地址分配如下Y0 0000H－1FFFH U6(EPROM2764)，U6(RAM6264)Y12000H－3FFFH未使用Y24000H－5FFFH未使用Y36000H－7FFFH数码显示接口地址Y48000H－9FFFH键盘接口地址Y5A000H－BFFFH描绘器接口地址Y6C000H－DFFFHA／D转换片选地址Y7E000H－FFFFH未使用U11(6MHz晶振)、C1和C2(均为30pF、30V陶磁电容)构成U1的时钟源。R1(1.1KΩ、1／8W金属膜电阻)、R2(8.2KΩ、1／8W金属膜电阻)及C3(10μF、30V电解电容)组成U1的复位电路，C3的＋端及R1的一端同接＋5V电源，R1的另一端接输出总线的RET，C3的一端与R2的一端连接后接至U1的RESET端和输出总线的RET1，R2的另一端接在地线上。图中A0－A12为地址总线，D0－D7为数据总线，ALE、Y0、Y6、SD、KR、RD、WR、及PSEN组成控制总线，它们顺序与U2的LE端，U3的Y0、Y6和Y7端，U4B的输出端，U4A的输出端，U1的RD、WR及PSEN端连接。BUSY、DSTB、NP、PP、GR、GB、RET1及RET组成输出总线。来自电源的＋9V电压经U13(7805)和电容C4(10μF、30V电解电容)向本实用新型中除A／D转换及大电阻测量电路之外的所有电路提供＋5V电源。U7(74LS273)的输入D8－D1与数据总线D0－D7对应相接，输出Q8－Q1接至S0－S7，U7的CLR端接＋5V电源，CLK端与U4D的输出端连接，S0－S7与输出总线的BUSY、DSTB及电源地线GND共同组成PP－40描绘器的接口电路。
图3是主机存储器及掉电保护电路。U5(EPROM2764)是程序存储器，U5的D0－D7与数据总线的D0－D7对应相接，A0－A12与地址总线的A0－A12对应相接，OE与控制总线的PSEN相接。U5的CE与控制总线的Y0相接，U5的PGM和YPP端接＋5V电源。U6(RAM6264)为数据存储器，U6的D0－D7与数据总线的D0－D7对应相接，A0－A12与地址总线的A0－A12对应相接，OE、CS1和WE分别与控制总线的RD、YO和WR对应相接。隔离二极管U17、U18(均为2AP2)、充电电流控制三极管U19(3DG6)、R8(3.9KΩ、1／8W碳膜电阻)、R9(1.1KΩ、1／8W碳膜电阻)、R10(20KΩ、1／8W碳膜电阻)、R11(为5.1KΩ、1／8W碳膜电阻)组成了U6的掉电保护电路，U17、U18把可充电电池B与电源隔离，U19、R8及R9组成可充电电池B的充电电路，R8及R9组成分压器为U19的基极提供偏置电位，R10和R11组成的分压电路为U6的CS2提供门限电平。U6(RAM6264)的掉电保护电路的电路连接为U17、U18的输出端一起接在U6的Vcc端，U17的输入端接＋5V电源，U18的输入端与U19的发射极和电池(3DG6)的＋极连接、R8的一端接电池一极及电源地，另一端与R9及U19的基极相接，R9的另一端接＋5V电源和U19的集电极，R10的一端接R11的一端和U6的CS2，另一端接＋5V电源，R11的另一端接电源地。
图4是A／D转换及大电阻测量电路。A／D转换电路由U8(ADC0809)、U10(1／2的74LS02)、U9A(1／2的74LS74)、U33(7905)及U12(7805)组成。U8的2－1到2－8与数据总线的D7－D0对应相接，ADD－A、ADD－B、ADD－C分别与地址总线的A0、A1、A2对应相接，IN0到IN3与模拟量输入电路的IN0－IN3相接。IN0为电压信号，IN1为电流信号，IN2为正向拉力信号，IN3为反向拉力信号，控制总线的WR、Y6经U10B与非后接至U8的ALE和START，控制总线的RD、Y6经U10A与非后接至U8的ENABLE和EOC端。U9A的CLK连接控制总线的ALE，Q端连接U8的CLOCK。U8的ref＋接到U9A的＋5V端，ref－接地线。
大电阻测量电路由U14(CD4066)、U15(LM311)、U16(LM741)、R3(5.1KΩ、1／8W碳膜电阻)、R4、R5(均为20KΩ、1／8W碳膜电阻)、R45(100KΩ、1／8W碳膜电阻)、R6(3KΩ、1／8W碳膜电阻)、W0(10KΩ、1／2W实芯电位器)、W1(4.7KΩ、1／2W实芯电位器)及C5(1000pF，60V涤纶电容)组成。GB、GR来自输出总线，R＋、R－来自图8所示的输入插孔板。U12的Vi端接＋9V电源，其输出为A／D转换电路和大电阻测量电路提供＋5V电源，U33的Vi接－9V电源，其输出为大电阻测量电路和模拟量输入电路提供－5V电源。大电阻测量电路中U14(CD4066)为模拟开关，U14A、U14B的输入端接系统地线，控制端接来自主机电路的GR，U14A的输出端与C5的一端、U16的输出端及U15的＋端相连接，U14B的输出端与U16的＋端、C5的一另端及来自输入插孔板的R－接在一起，R3把U16的－端和系统地线连接起来，W0为U16的调零电位器，W0的两端接U16的调零端，滑动臂接－5V电源，R4和R5组成分压器，R4的一端接＋5V，R5的一端接系统地线，R4、R5的接点接到U15的－端，U15的输出端与R7的一端及来自主机电路的GB相接，作为U15的上拉电阻，R7的另一端接＋5V电源，R6和W1为U15的调零电路，R6的一端接W1的滑动臂，另一端接U15的＋端及＋5V电源，W1的两端接U15的调零端，来自输入插孔板的R＋经限流电阻R45与＋5V电源相接。
以上图2－图4组成了图1中的主机板电路。
图5是键盘电路。U26(74LS244)作为键盘读写驱动器，其1A1－1A4与地址总线的A0－A3对应相接，2Y1－2Y4与数据总线的D0－D3对应相接，1G、2G与控制总线的KW连相接。U27为2×8键盘，U28为复位键，R41、R42、R43及R44(均为10KΩ、1／8W碳膜电阻)为4个限流电阻。U28的一端与输出总线的RET相接，另一端接输出总线的RET1。2×8键盘各键的意义如下0－－9数据键。
DEL－－删除键。
CR－－回车键。
UP－－上行键。
OUT－－下行键。
Prt－－打印键。
NO－－备用键。
图6为显示电路。U29(ICM7211AM)的D0－D3与数据总线的D0－D3对应相接，DSCB1、DSCB2分别与数据总线的D4、D5对应相接，CS1、CS2接到控制总线的SW。U32(LCD4000)的A1－G4与U29的A1－G4对应连接，P1－P3分别与U31(CD4514)的OUT1－OUT3对应相接，BP和COM与U29的BP连接。U30(CD4054)的D1、D2分别与数据总线的D4、D5对应相接，STR与数据总线的D6相接。U31的IN1－IN3分别与U30的S1－S3对应相接，ST1－ST4接＋5V电源，DF与U29及U32的BP相接。
图7为模拟量输入电路。被测直流电压V0(＜30V，由图8所示插孔板的V0接入)经R34(30KΩ、1／4W金属膜电阻)、二极管U25(2AP2J)及R31(2KΩ、1／4W金属膜电阻)分压，被测直流电压V＋(＜220V，由图8所示输入插孔板的V＋接入)经R32(197KΩ、1／4W金属膜电阻)、二极管U23(2AP2J)及R31分压，被测直流电压V－(＜220V，由图8所示输入插孔板的V－接入)经R33(197KΩ、1／4W金属膜电阻)、二极管U24(2AP2J)及R31分压，R31上的电压信号进入由电阻R35、R37(均为40KΩ、1／8W金属膜电阻)、R36(10KΩ、1／8W金属膜电阻)、R40(20KΩ、1／8W金属膜电阻)、R38(27Ω、1／8W金属膜电阻)、R39(270Ω、1／8W金属膜电阻)、C10(0.015μF、30V电容)、C11(0.47μF、30V电容)、C13(0.1μF、30V电容)、W5(10KΩ、1／4W实芯电位器)、W6(100KΩ、1／4W实芯电位器)及U22(LM725)组成的滤波器输出成为图5所需的IN0信号。被测直流电流I1(＜15A，由图8所示插孔板的I1接入)、被测直流电流I(＜3A，由图8所示插孔板的I接入)分别经保险管FU1(15A)、FU2(3A)及取样电阻R20、R21(均为0.01Ω，2W)、R19(1Ω，2W)后再经GND输出到输入插孔板的地线GND。R19上的压降经由电阻R22、R23、R24、R25、R26、R27(均为50KΩ、1／8W金属膜电阻)、R28(1KΩ、1／8W金属膜电阻)、R29(27Ω、1／8W金属膜电阻)、R30(270Ω、1／8W金属膜电阻)、C9(0.015μF、30V电容)、C8(0.47μF、30V电容)、W4(100KΩ、1／4W实芯电位器)、W3(4.7KΩ、1／2W实芯电位器)及U21(LM725)组成的放大器输出成为图4所需的IN1信号。＋5V、－5V给拉力传感器提供电源，TP、TN(由图8所示插孔板的TP、TN接入)为来自传感器的差动电压信号，此信号经由电阻R12(330KΩ、1／8W金属膜电阻)、R13、R14、R17、R18(均为100KΩ、1／8W金属膜电阻)、R15、R16(均为10KΩ、1／8W金属膜电阻)、C6(1000pF、30V电容)、C7(1000pF 30V电容)、W2(10KΩ、1／2W实芯电位器)及U20A、U20B、U20C(均为1／4LM324)组成的放大器输出后成为图5所需的IN2信号，U20C的输出经U20D反相后成为图4所需的IN3信号。
图8为插孔板。R＋、R－为大电阻测量引线，U＋、U－、UI为被测电压引线，I1、I2为被测电流引线，＋V、－V、TP、TN和地线为力传感器引线插座，BUSY、D0－D7、DSTB为PP－40描绘器接线插座，DC±9V为外接电池插孔，AC220V为交流220V接线。
权利要求1.一种适用于对铁路电务部门日常设备检修的铁路电务多功能测试仪，它包括8031主机电路，主机存储器及掉电保护电路，PP-40描绘器接口电路，A/D转换及大电阻测量电路组成的主机板电路，整机由主机板电路，2×8键盘及4位液晶显示电路，模拟量输入电路，输入插孔板及PP-40描绘器组成，各种操作命令经2×8键盘输入，显示器为4位LCD液晶数码显示，其特征是掉电保护电路的电路连接二极管U17、U18(2AP2)的输出端一起接U6(RAM6264)的Vcc端，U17的输入端接+5V电源，U18的输入端与U19(3DG6)的发射极和电池的+极连接、R8的一端接电池-端电源地，另一端与R9及U19的基极相接，R9的另一端接+5V电源和U19的集电极，R10的一端接R11的一端和U6的CS2端，另一端接+5V，R11的另一端接电源地；大电阻测量电路中U14(CD4066)为模拟开关，U14∶A、U14∶B的输入端接系统地线，控制端接来自主机电路的GR，U14∶A的输出端与电容C5的一端、U16(LM741)的输出端及U15(LMN311)的+端相连接，U14∶B的输出端与U16的+端、C5的一另端及来自输入插孔板的R-接在一起，R3把U16的-端和系统地线连接起来，电位器W0的两端接U16的调零端，滑动臂接-5V电源，R4和R5组成分压器，R4、R5的连接点接到U15的-端，R4的另一端接+5V，R5的另一端接系统地线，U15的输出端与R7的一端及来自主机电路的GB相接，R7的另一端接+5V电源，R6的一端接电位器W1的滑动臂，另一端接U15的+端及+5V电源，W1的两端接U15的调零端，来自输入插孔板的R+经限流电阻R45与+5V电源相接。
专利摘要本实用新型是一种轻便可靠、使用方便、能迅速准确地完成几种不同的铁路电务信号日常检测任务的铁路电务多功能测试仪。它由硬软件结合来完成其功能。硬件以8031单片机主机板电路为核心，配之以数据采集和大电阻(＜600MΩ)测量电路，描绘器及其接口电路，键盘及液晶显示电路以及电源等。测试的结果既可通过PP—40描绘器打印输出，也可通过4位LCD液晶数码显示器显示输出。
文档编号G01R15/00GK2108933SQ91232898
公开日1992年7月1日 申请日期1991年12月29日 优先权日1991年12月29日
发明者李哲英, 陈同占 申请人:北方交通大学