一种列车绝缘无线传输自动检测仪的制作方法

本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种列车绝缘无线传输自动检测仪。

背景技术：

我国铁路客车数及里程数与保有量在世界范围内排在前列，铁路客车是我国最重要的交通工具。铁路客车的绝缘故障严重影响到人民生命财产安全，实时掌握铁路客车运行时的绝缘状态显得尤为重要。目前我国对铁路客车的绝缘故障检测手段主要采用兆欧表。兆欧表检测绝缘电阻时数值摆动大,直接导致不同的人记录成不同的结果,人为因数影响很大。此外所有结果都要由测试人员手工记录,随意性大,难以实现良好的宏观管理，给铁路客车的安全运行带来隐患。

因此，为了保障铁路运输安全，迫切需要研发国内具有自主知识产权的针对客车的绝缘检测装置及管理系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种列车绝缘无线传输自动检测仪，以解决现有技术中采用摇表、电子式兆欧表测量列车绝缘效率低下、准确率低的问题。

本发明所采取的技术方案是：一种列车绝缘无线传输自动检测仪，包括蓄电池和单片机微控制器，蓄电池的输出端连接至升压模块，单片机微控制器的输出端连接至升压模块，升压模块的输出端通过采样测试电路连接至单片机微控制器，单片机微控制器还连接有继电器阵列；

其中，采样测试电路，连接有五条测试线，用于通过测试线测试绝缘电阻值，并将电阻值转换为电压值，再发送至单片机微控制器；

继电器阵列，用于测试多组数据；

蓄电池，用于为升压模块提供电压；

升压模块，用于接收蓄电池传递的电压；并根据单片机微控制器的指令，对接收到的电压进行升压，再将升高后的电压发送至采样测试电路；

单片机微控制器，用于控制升压模块对接收到的电压进行升压；还用于接收和处理采样测试电路发送来的电压。

进一步的，采样测试电路包括第一电阻r1，第一电阻r1的一端连接至升压模块的正极，另一端通过第二电阻r2连接至升压模块的负极，第零电阻r0的一端连接至升压模块的正极，另一端通过第x电阻rx连接至升压模块的负极。

进一步的，继电器阵列包括并列设置的八个三极管，每个三极管的发射极均接地，每个三极管的基极均连接有电阻，每个电阻上设置有用于与列车电源接口连接的端口，每个三极管的集电极均通过对应的继电器连接至12v电压；端口，用于连接列车的dc600v+端、dc600v-端、地线、u端、v端、w端、n端和客车的外壳。

进一步的，单片机微控制器还与按键操作模块和屏幕显示器数据交互；按键操作模块，用于将指令发送至单片机微控制器，以控制单片机微控制器的工作内容；屏幕显示器，用于显示检测仪的工作状态，信息和数据。

进一步的，单片机微控制器还分别数据连接有用于将检测数据传输至服务器的无线传输模块，和用于历史数据转移保存的usb转存模块。

进一步的，单片机微控制器还与温湿度传感器数据交互；

温湿度传感器，用于实时跟踪温度和湿度的检测，根据温湿度环境判断测试结果是否合格，并将检测到的温度和湿度数据发送至单片机微控制器。

进一步的，还包括电源模块，蓄电池通过电源模块连接至单片机微控制器，电源模块用于将蓄电池的电压转换成单片机微控制器所需要的电压，并为单片机微控制器提供电源。

本发明具有以下有益效果：测试自动化程度高，一次接线，一个按键，一次测试可显示10组数据，避免使用摇表、数字式兆欧表时的重复性操作；自带判定功能，根据湿度值自动判断测试绝缘值是否合格；带u盘转存功能，方便历史数据的转移保存；自带无线传输功能，测试数据无线上传，pc端通过网络接收，随时随地传输测试结果，便于数据使用者的查阅和管理。

【附图说明】

图1为本发明提出的一种列车绝缘无线传输自动检测仪的总体设计图；

图2为本发明提出的一种列车绝缘无线传输自动检测仪中升压模块和采样测试电路原理图；

图3为本发明提出的一种列车绝缘无线传输自动检测仪中继电器阵列测试电路原理图一；

图4为本发明提出的一种列车绝缘无线传输自动检测仪中继电器阵列测试电路原理图二。

其中，1.采样测试电路，2.继电器阵列，3.升压模块，4.蓄电池，5.电源模块，6.按键操作模块，7.屏幕显示器，8.单片机微控制器，9.无线传输模块，10.usb转存模块，11.温湿度传感器。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做进一步说明。

一、本发明提供了一种列车绝缘无线传输自动检测仪，如图1所示，一种列车绝缘无线传输自动检测仪，包括蓄电池4和单片机微控制器8，蓄电池的输出端连接至升压模块3，单片机微控制器8的输出端连接至升压模块3，升压模块3的输出端通过采样测试电路1连接至单片机微控制器8，单片机微控制器8还连接有继电器阵列2。

1、采样测试电路1，连接有五条测试线，用于通过测试线测试绝缘电阻值，并将电阻值转换为电压值，再发送至单片机微控制器8；测试dc600v直流端时：需要接三根测试线，三根测试线分别为dc600v+线、dc600v-线、地线；测试ac380v交流端时：需要接五根测试线，分别为u线、v线、w线、n线、地线。总共5根测试线，dc600v+线与w线共1根线，dc600v-线与u线共一根线。

2、继电器阵列2，用于测试多组数据；蓄电池，用于为升压模块3提供电压；升压模块3，用于接收蓄电池传递的电压；并根据单片机微控制器8的指令，对接收到的电压进行升压，再将升高后的电压发送至采样测试电路1。

继电器阵列2包括并列设置的八个三极管，每个三极管的发射极均接地，每个三极管的基极均连接有电阻，每个电阻上设置有用于与列车电源接口连接的端口，每个三极管的集电极均通过对应的继电器连接至12v电压；端口，用于连接列车的dc600v+端、dc600v-端、地线、u端、v端、w端、n端和客车的外壳。

继电器阵列2，用于测试多组数据。如测试直流端，需要接3根线，3根线分别为dc600v+线、dc600v-线、地线，测试时将3根线分别对应接客车的dc600v+端、dc600v-端、客车的外壳，通过继电器阵列可以同时测试3组绝缘值(3组绝缘值分别为dc600v+与dc600v-，dc600v+与地，dc600v-与地的绝缘值)。如测试交流端，需要接5根线，5根线分别为u线、v线、w线、n线、地线，测试时将5根线分别对应接客车的u端、v端、w端、n端、客车的外壳，通过继电器阵列可以同时测试10组绝缘值(10组绝缘值分别为u相与v相，u相与w相，v相与w相，u相与n，v相与n，w相与n，u相与地，v相与地，w相与地，n与地的绝缘值)。

3、单片机微控制器8，用于控制升压模块3进行升压，单片机微控制器8接收按键操作开关量信号，发出电压信号控制升压模块3进行升压，升压后的电压用于采样测试电路的测试电压；同时单片机微控制器8发出控制电压信号控制继电器阵列中相应的继电器吸合(每次吸合其中两个继电器)，继电器吸合后所要测试的被测物(dc600v直流端绝缘电阻或ac380v交流端绝缘电阻)被采样测试电路采集经过比较输出数字量电压信号，数字量电压信号传递至单片机微控制器8(即单片机微控制器8接收采样测试电路1发送来的电压)，单片机微控制器8经过运算处理，将结果从数据口发送至屏幕显示。

4、采样测试电路1包括第一电阻r1，第一电阻r1的一端连接至升压模块3的正极，另一端通过第二电阻r2连接至升压模块3的负极，第零电阻r0的一端连接至升压模块3的正极，另一端通过第x电阻rx连接至升压模块3的负极。

采样测试电路1，用于将被测物(dc600v+与dc600v-，dc600v+与地，dc600v-与地，u相与v相，u相与w相，v相与w相，u相与n，v相与n，w相与n，u相与地，v相与地，w相与地或n与地)的绝缘电阻值采集转换为电压值传送至单片机微控制器。

采样测试电路1具体工作过程：升压模块3为采样测试电路提供测试电压，继电器阵列2为采样测试电路1采集被测物绝缘电阻值(dc600v直流端绝缘电阻或ac380v交流端绝缘电阻)，采样测试电路通过单片机微控制器8控制将所要测试的被测物转换成数字量电压信号。

5、单片机微控制器8还分别数据连接有用于将检测数据传输至服务器的无线传输模块9，和用于历史数据转移保存的usb转存模块10。

无线传输模块9，用于将检测的数据传输至服务器，数据上传服务器后，服务器内的软件能够自动对所有的数据进行分析和整理，便于数据使用者的查阅和管理，实现足不出户，即可实时掌控所有被测列车的绝缘情况；usb转存模块，用于历史数据转移保存。

6、单片机微控制器8还与温湿度传感器11数据交互；温湿度传感器11，用于实时跟踪温度和湿度的检测，根据温湿度环境判断测试结果是否合格，并将检测到的温度和湿度数据发送至单片机微控制器8。不同的温湿度环境下绝缘阻值的标准值不一样。

7、一种列车绝缘无线传输自动检测仪还包括电源模块5，蓄电池4通过电源模块5连接至单片机微控制器8，电源模块5用于将蓄电池4的电压转换成单片机微控制器8所需要的电压，并为单片机微控制器8提供电源。

8、单片机微控制器8还与按键操作模块6和屏幕显示器7数据交互；按键操作模块6，用于将指令发送至单片机微控制器8，以控制单片机微控制器8的工作内容；屏幕显示器7，用于显示检测仪的工作状态，信息和数据。

二、原理论述：

2.1、现有技术中使用的摇表常采用的测试方法为电流-电压法，即测量试品漏电流在标准电阻上的电压降来推算试品的绝缘电阻。而数字兆欧表一般是由直流电压变压器将电池电压转换为直流高压电作为测试电压，这个测试电压施加于被测物上产生的电流经过电流电压转换器转换为相应的电压值，然后送到模数转换器变为数字变量经过微机计算处理，由显示器显示出相应的绝缘电阻值。本发明的一种列车绝缘无线传输自动检测仪是专门为列车供电绝缘设计的无线传输的多功能数字兆欧表。如图2所示，测试部分采用的采样测试电路1为双支路网络，其中第一电阻r1，第二电阻r2和第零电阻r0是已知固定阻值，u1是r1上的采样电压，通过第二电阻r2和第一电阻r1的分压比可算出总电压u＝u1*(r1+r2)/r1，u0是第零电阻r0上的采样电压，根据欧姆定律可以算出被测rx的阻值，公式如下：

rx＝(u1*(r1+r2)/r1-u0)/(u0/r0)。

2.2、由于客运列车的供电绝缘检测需要测试多组数据：直流客运列车需要测量正负端对地以及正负端之间3组绝缘电阻值；交流客运列车需要测量u，v，w，n对地以及u，v，w，n相间10组绝缘电阻值。传统摇表只有两根测试线一次只能测试一组值，列车绝缘无线传输自动检测仪有5根测试线，对应交流客车的u，v，w，n，另外一根是地线。

本发明的一种列车绝缘无线传输自动检测仪通过继电器阵列2可以进行不同线路的组合测量，量程范围大，可根据实际测试量数值自动实现量程切换。

图3是通过单片机微控制器8控制继电器阵列中的继电器吸合，用于直接采集所要测试的被测物；采集所要测试的被测物的绝缘电阻值传递至图4转换成数字量电压信号。通过图3可以看出通过多个继电器不同的吸合测试多组数据(每组吸合2个继电器，且每组吸合的2个继电器是k1-k4其中的1个和k5-k8其中的1个)优于普通兆欧表只能每次测试1组数据。

如图3所示，继电器阵列2包括并列设置的八个三极管，每个所述三极管的发射极均接地，每个所述三极管的基极均连接有电阻，每个电阻上设置有用于与列车电源接口连接的端口，每个所述三极管的集电极均通过对应的继电器连接至12v电压；所述端口，用于连接列车的dc600v+端、dc600v-端、地线、u端、v端、w端、n端或客车的外壳。本发明将八个三极管依次编号为q1-q8，对应八个三极管将八个电阻依次编号为r9-r13，八个电阻的端口依次编号为pe8-pe15，对应八个三极管将八个继电器依次编号为k1-k8，八个继电器依次对应dc600v+端、u端、dc600v-端、n端、v端、w端、和地。

当测量u-v之间的绝缘电阻时通过单片机给pe10和pe13加电压，使三极管q3和q6导通，使继电器k3和k6动作，实现对u-v之间的绝缘电阻测量。

图4是通过单片机微控制器8控制将所要测试的被测物，转换成数字量电压信号。图4中，通过单片机微控制器8控制aqw214的pe7、pc4、pc5端，使aqw214的内部电路是否导通，来选取r8是否与(r19+r5+r34)作为采样电阻，与被测物绝缘电阻进行比较通过lm158运算处理输出数字量电压信号。

如图3所示，采集到被测物(绝缘电阻)经100传递至图4的100，图4的pe7、pc4、pc5端是由单片机微控制器8控制，根据图3采集到被测物(绝缘电阻)大小，单片机微控制器8决定是否给pe7、pc4、pc5端发送低电平信号使aqw214光耦继电器导通，通过lm158运算比较器运算输出数字量电压信号。

如图4所示，当绝缘电阻较小时，用r8(2.4k)作为采样电阻，当绝缘电阻大时用r8+r19+r5+r34(274.4k)作为采样电阻，保证测量的准确。通过单片机的控制端口连接不同的被测端，测量完成后自动更换，直到所有结果显示。

当绝缘电阻较小时，单片机微控制器8控制图4中u11和u10内部光耦继电器导通，短接r19、r5和r34电阻，此时r8作为采样电阻，r8为图2中的r1；

当绝缘电阻较大时，单片机微控制器8不给图4中u11和u10的pe7、pc4、pc5发送低电平信号使内部光耦继电器导通，此时r8+r19+r5+r34作为采样电阻，r8+r19+r5+r34为图2中的r1。

测试完成后的数据可保存在装置的存储器中，可通过usb端口导出，也可通过手机通讯网实现无线异地传输。

下位机部分采用3.5寸彩色屏显示，检测仪开机经过欢迎界面后进入主界面，主界面上显示时间、温度、湿度、无线信号等信息。另外有四个功能选项菜单：“直流端口”、“交流端口”、“参数设置”、“记录查询”。通过按键操作可进入个功能的下级界面。“直流端口”和“交流端口”是分别进入直流车和交流车的端口测试界面，“参数设置”是进入系统参数界面。“记录查询”是进入历史数据查询界面。

列车绝缘无线传输自动检测仪上位机软件是运行在windows7操作系统下的软件，主要功能包括直流检测数据查询、交流检测数据查询、数据报表打印、用户新增等。

三、工作过程：

按下列车绝缘无线传输自动检测仪电源开关，蓄电池4为列车绝缘无线传输自动检测仪各模块、系统提供总电源，电源模5块将蓄电池4的电压转换成单片机微控制器8所需要的各种电源，屏幕显示器7的主画面显示直流端口、交流端口、参数设置、记录查询菜单键、当前测试环境温度和湿度、蓄电池电量和网络信号。

当屏幕显示器7显示正常时，进行测试，测试前先进行放电，放电完成后，将图3中引出的五根测试线与相应的被测物连接，连接好后选择相应的端口菜单进行测试，单片机微控制器8接收相应的开关量信号指令，单片机微控制器8发出控制电压控制升压模块进行升压。如果是测试交流端口：控制升压模块3升压至500v，图2的u1端接至图3电阻r44上端，图3的100端与图4的100端连接，此时单片机微控制器8发送微弱的电压信号至图3中的pe8、pe13端，让三极管q1、q6导通，使继电器k1、k6线圈得电，从而使k1、k6触头闭合导通，k1和k6触头都闭合后将采集到需要测量的被测物绝缘电阻，此绝缘电阻传递至图4经过lm158运算放大器比较运算放大输出数值量电压信号，图4的adc_1端将数值量电压信号传递至单片机微控制器进行运算处理，运算处理后通过屏幕显示具体的被测物绝缘电阻值大小，即会显示v/w-：_m。u/v，u/w，u/n，v/n，w/n，u/地，v/地，w/地，n/地的绝缘电阻测试，原理相似，只是单片机微控制器控制不同的继电器得电吸合。如果是测试直流端口：控制升压模块升压至1000v，图2的u0端接至图3电阻r44上端，图3的100端与图4的100端连接，此时单片机微控制器发送微弱的电压信号至图3中的pe10、pe12端，让三极管q3、q5导通，使继电器k3、k5线圈得电，从而使k3、k5触头闭合(导通)，k3和k5触头都闭合后将采集到需要测量的被测物绝缘电阻，此绝缘电阻传递至图4经过lm158运算放大器比较运算放大输出数值量电压信号，图4的adc-1端将数值量电压信号传递至单片机微控制器进行运算处理，运算处理后通过屏幕显示具体的被测物绝缘电阻值大小，即会显示dc600v+/dc600v-：_m。dc600v+/地，dc600v-/地的绝缘电阻测试，原理相似，只是单片机微控制器控制不同的继电器得电吸合。

软件系统包括下位机软件系统和上位机软件系统。一种列车绝缘无线传输自动检测仪仪器的顶部有一个电源开关键和一个充电口，底部设置有五根测试线和一根温湿度探头，打开仪器的电源开关，3.5寸lcd彩色显示屏显示时间、温度、湿度、无线信号、电池电量信息，另外还显示四个功能选项菜单：“直流端口”、“交流端口”、“参数设置”、“记录查询”。通过显示屏下方的5个按键(上、下、左、右键和ok键)进入相应的功能下级界面。

光标选中“直流端口”点击“ok”键可进入直流端口检测，进入直流端口检测界面后，通过按键对车场、股道、车次，辆数、车种、车型、车号进行选择确定，确定完成后点击“ok”进入直流端口检测测试界面。界面中显示dc600v+/地：m，dc600v-/地：m，dc600v+/dc600v-：m，另还显示“ⅰ路”、“测试”、“上传”、“保存”、“返回”功能键。

连接好测试线后，通过按键选择功能键“测试”进行测试。光标选中“测试”功能键，按下“ok”键，单片机微控制器接收此数字量信号，单片机微控制器执行操作，发出控制电压控制升压模块进行升压至dc1000v用作采样测试电路的测试电压，同时控制继电器阵列相应的3路继电器得电吸合，通过采样测试电路将测试到的绝缘电阻值转换为电压值传送至单片机微控制器，单片机微控制器对电压信号进行计算处理传输至屏幕显示模块显示dc600v+/地：m，dc600v-/地：m，dc600v+/dc600v-：m的具体数值大小。

如dc600v+/地：m，中间空了2个格是显示数值的，m是绝缘电阻的单位mω(兆欧)缩写，即测试完成屏幕会显示dc600v+/地：99.8m或是其它测试的具体数值。

如需实时无线传输数据的话，点击“上传”键即可传输。如需保存数据，点击“保存”键即可保存当前测试数据。交流端口测试的方式与直流端口测试一样，唯一不同的是多接了两个测试线，测试值有10组，控制继电器阵列相应的继电器不一样。

本发明设计中，增加了继电器阵列电路，解决了摇表、数字式兆欧表测量效率低下，需要多次测量问题，如测试直流端口，需要进行3此测量，测试交流端口，需要10此测量，而一种列车绝缘无线传输自动检测仪对直流、交流均需一次测量即可。另增加了usb转存和无线传输电路，解决了数字式摇表、数字式兆欧表不能将数据保存、上传，而一种列车绝缘无线传输自动检测仪能够对数据进行保存、上传，数据上传服务器后，服务器内的软件能够自动对所有的数据进行分析和整理，便于数据使用者的查阅和管理，从而实现足不出户，即可实时掌控所有被测列车的绝缘情况。