专利名称：一种内燃机车微机控制系统测试方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机车的微机控制系统测试方法及装置，尤其是指一种内燃机车基于微机 网络控制系统的微机控制系统测试方法及装置。
背景技术：
现有的内燃机车微机控制系统测试装置在路局及生产厂家有多种多样，基本上是针对具 体车型(内燃机车DF11及DF8B系列等)的测试装置及被测设备的单板测试。原有的测试装置 设计原理基本上都是采用电位器、开关按钮、指示灯、频率发生器、恒压恒流源等信号源组 成。通过电位器、开关按钮，手动给定各种测试信号，并且都是开环控制测试及个别测试台 有部分微机功能。目前同类产品主要存在一下不足之处(1)系统布线复杂、成本高、功耗 高、体积大以及不便于在车上测试；(2)采用釆用传统的手动机械给定信号，输出驱动指示 灯的方式，测试方法严重落后；(3)采用采用传统的手动机械给定信号，测试的精度不高， 对微机测试的误差因测试者不同而不同，难以满足现有高精度的需求；(4)测试系统还是采 用开环控制，调试测试时间长且很不方便；(5)不便于保留测试结果以及被测设备的故障査 询。
随着被测设备技术的不断改进及提高，测试的精度、反映速度、可操作性及车载模拟试
验等要求也越来越高，原有的测试装置不能满足现有的测试要求。因此很有必要进行整机测
试方法及装置的改良升级。
发明内容
为了克服现有内燃机车的微机控制系统测试装置不能很好地满足目前测试的需要,本发 明提供一种新的微机控制系统测试方法及装置，该测试方法及装置不仅能满足内燃机车微机 网络控制系统自动测试及调试需要，提升内燃机车产品的整体水平；而且外型非常美观、体 积小、重量轻，便于在机车上直接测试，采用模块化设计以便于功能扩充。
本发明采用如下技术方案本发明为一种基于CAN现场总线的内燃机车微机控制系统测试 方法及装置。其中，所述方法是通过CAN总线或串行总线与上位机通信，接收上位机的测试命 令，并通过内部CAN总线接收到的测试命令传送给内部各信号产生模块，内部各模块根据测试 命令产生相应测试信号(频率信号、模拟量输出信号、数字量输出信号等)并通过适配电缆 传送给被测设备；测试装置的信号检测模块检测被测设备输出信号，经CAN总线传送给CPU板，然后经CAN或串行总线发送给上位机；上位机将给定信号与检测信号比较实现对被测设备的全 自动闭环测试。所述的全自动闭环测试是测试装置内部采用基于CAN总线的分布式模块，CPU 板与数字量输入输出板、频率板、恒流源板及DA板间通过内部CAN总线连接；测试装置通过CPU 板的外部CAN总线或串行总线(RS232、 RS422、 RS485等)与上位机通信，完全实现对被测装 置的全自动循环测试。
所述的CPU板采用AVR微处理器，为该控制系统的核心，可实现与上位机及装置内部的 通信管理、现场可编程逻辑控制、串行接口、软件下载功能及故障数据的记录存储功能。CPU 板通过CAN或串行总线(RS232、 RS422、 RS485等)实现外部通信管理，接收上位机指令给 内部各模块及将各内部模块信息上传给上位机，CPU板通过内部CAN总线与DIO板、频率板、 恒流源板及DA板等交换数据。
所述数字量输入输出板(DIO板)、频率板、恒流源板及DA板除了通过CAN总线与CPU 板进行通信外，主要的目的是提供被测设备所需的各种信号源及实时检测被测设备的输出信 号并通过CPU板上传给上位机，并便于功能扩展。DIO板主要提供开关量输入及继电器输出 信号，每块板同时提供24路开关量输入及24路继电器输出信号；频率板通过FPGA产生16 路0-5V的方波信号，再通过运放、比较产生-15-+15V的方波信号；恒流源板主要负责电压 信号与电流信号的转换，并且每一路提供0-400m的电流信号；DA板主要实现36路数模转换， 同时通过跳线的方式提供8路4-20mA的电流信号。
测试装置由电源板、CPU板、数字量输入输出板、频率量输出板、模拟量输出板、流压源 板等模块及机箱组成。其结构采用7U混合机箱，左边是4个矩形连接器，右上角是电源开关及 3U的开关电源板；右下角是六个电位器；中间是标准的6U插件。7U混合机箱可产生或给出电 流、电压、频率、开关量输入、开关量输出等各种信号及信号源，并且包含电源板、CPU板、 数字量输入输出板(DIO板)、频率板、恒流源板及模拟量输入输出板(AIO板)等插件，同时 还预留有空板位，便于功能扩充；机箱背面有2个12V的风扇，便于机箱里插件器件的散热， 通风；而且机箱上下各留0.5U作为通气用。 本发明能达到如下效果
1. 可便随式测试，方便用户在内燃机车上调试。有的路局机务段、大修厂提出做"小 辅修"、"中修"或"单独对微机柜做临修"时微机柜不下车，直接在机车上测试系统是否 正常。由于该装置体积小、重量轻的特点，电脑采用(带2串口)笔记本电脑就直接可以测 试，极大的方便用户在车上调试。
2. 通用性强，能够对几乎所有主型内燃机车的微机控制系统进行调试，并且对大连所及
5我公司生产的内燃机车的微机控制系统可实现全自动测试。
3. 由于原有的测试设备相比，采用全数字自动测试，测试的精度、反映速度、可操作性 及车载模拟试验有很大提高。
4. 便于功能扩展。因为釆用模块化设计，内部采用CAN总线实现CPU板与各子板通信， 当被测系统功能需要扩充时，可增加相应的插件达到要求。
图1本发明测试装置与上位机、被测设备等组成的整个测试系统框图； 图2本发明内燃机车微机控制系统测试装置原理框图3本发明内燃机车微机控制系统测试装置外型结构图。
图中(1)、 110V直流电源；(2)、本发明测试装置；(3)、被测设备；(4)、上位机；(5)、 电源板；(6)、 CPU板；(7)、数字量输入输出板或DIO板；(8)、频率板；(9)、恒流源板； (10)、数模转换板或DA板；(11)内部CAN总线；(12)、电源开关；(13)、62芯插座；(14)、
电位器。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明做进一步的描述。
附图l为测试装置与上位机、被测设备等组成的整个测试系统框图，通过附图l可以看出，
本发明为一种内燃机车微机控制系统测试系统，整个系统是由110V电源1、测试装置2、被测 设备3和上位机4几部分构成。其中，110V电源l给测试装置2与被测设备3提供工作电源；上位 机4给定指令信息，通过CAN或串行总线(RS232、 RS422、 RS485等)送给本测试装置2;本测 试装置2提供各种信号源(如开关量输入、开关量输出、模拟电压、电流等)通过适配电缆送 给被测设备3;被测设备3接收到对应的信号，通过CAN或串行总线(RS232、 RS422、 RS485等) 发送数据信息，在上位机4比较并显示出来；整个系统形成闭环的测试系统。
附图2为内燃机车控制系统测试方法原理框图，通过附图可以看出测试装置2通过CAN总线 或串行总线接收上位机4的指令，并通过内部CAN总线11传送给内部各模块，装置内各模块根 据测试命令产生相应测试信号(频率信号、模拟量输出信号、数字量输出信号等)并通过适 配电缆传送给被测设备3;装置内各模块实时检测被测设备的输出信号，经内部CAN总线11传 送给CPU板6后发送给上位机4;上位机4将给定信号与检测信号比较实现对被测设备的全自动 闭环测试。测试装置2由电源板5、 CPU板6、数字量输入输出板7、频率量输出板8、模拟量输 出板IO、流压源板9等模块及机箱组成。电源板5为本发明测试装置提供工作电源，而内部采 用基于CAN总线的分布式模块，CPU板与各模块(数字量输入输出板、频率板及DA板)间通过
6内部CAN总线连接。测试装置2通过CAN或串行总线(RS232、 RS422、 RS485等)等外部总线与 上位机4通信交换数据，装置内部各模块采用基于CAN总线的分布式模块，CPU板与各分布式模 块(DI0板、频率板及DA板)间通过内部CAN总线11连接，可实现对被测设备3的全自动闭环测试。
图3为内燃机车微机控制系统测试装置结构框图，从附图中可以看出，测试装置2结构 采用7U混合机箱，左边是4个对外AMP62芯插座13，右上角是电源开关12及3U的开关 电源板5;右下角是六个电位器14;中间是标准的6U插件，具体有CPU板6、数字量输入 输出板(DIO板)7、频率板8、恒流源板9及DA板10，并且每块插件板上有指示灯或测试 孔；同时还有两块空面盲板，便于功能扩充；机箱背面有2个12V的风扇，便于机箱里插件 器件的散热，通风；并且机箱上下各留0.5U作为通气用。图3为本发明测试装置2的原理框 图，电源板5给本测试装置2提供电源；CPU板6与数字量输入输出板(DIO板)7、频率 板8及DA板10的CAN通信子板，通过CPU板6的内部CAN总线通信交换数据；DA板 10主要实现数模转换及4一20mA的电流信号，同时把模拟信号再送给恒流源板9实现压流 转换，给出0—400mA的电流信号；CPU板6的外网通过CAN/RS422/RS485/RS232总线与 上位机4实现通信。所述的CPU板采用AVR微处理器，为该控制系统的核心，可实现与上位 机及装置内部的通信管理、现场可编程逻辑控制、串行接口、软件下载功能及故障数据的记 录存储功能。CPU板通过CAN或串行总线(RS232、 RS422、 RS485等)实现外部通信管理， 接收上位机指令给内部各模块及将各内部模块信息上传给上位机，CPU板通过内部CAN总线 与DIO板、频率板、恒流源板及DA板等交换数据。
所述数字量输入输出板(DIO板)、频率板、恒流源板及DA板除了通过CAN总线与CPU板进 行通信外，主要的目的是提供被测设备所需的各种信号源及实时检测被测设备的输出信号并 通过CPU板上传给上位机，并便于功能扩展。DIO板主要提供开关量输入及继电器输出信号， 每块板同时提供24路开关量输入及24路继电器输出信号；频率板通过FPGA产生16路0-5V的方 波信号，再通过运放、比较产生-15-+15￥的方波信号；恒流源板主要负责电压信号与电流信 号的转换，并且每一路提供0-400m的电流信号；DA板主要实现36路数模转换，同时通过跳线 的方式提供8路4-20mA的电流信号。 插件硬件说明
电源板5:输入范围40 138 VDC，采用开关电源技术，进行DC〃DC变换，提供本发明 测试装置2及风扇电源。输出为+5V士0.2V，十12V士0.3V。
CPU板6: CPU板物理上被分隔成上、下两个半区，它们是完全电气隔离，各自独立的，不过两半区是完全一样的，它们互为冗余冷备份，通过机箱面板上的电源开关12进行工作状 态之间的切换。微处理器是采用AVR微处理器，可实现现场可编程逻辑控制、串行接口、软 件下载功能及故障数据的记录存储功能。CPU板故障诊断CPU板面板上有十个灯用来指示其 工作状态， 一般情况下，可通过此十个灯来判断CPU板的工作状态。
DI0板7:采用SMT表面贴技术，每块数字量I0板可实现24路输入及24路继电器输出。 对输入输出信号均应有发光二极管在面板上显示，并且插件上有通用的CAN通信子板，负责与 CPU板6通信。
频率板8:采用通用的CAN通信子板，用FPGA或CPLD产生+5V方波信号，再经过LM139 比较器，产生16路土15V的"过零"方波信号，同时通用的CAN通信子板与CPU板6通信；并 且在面板上有对应的测试孔，方便信号的测试。
恒流源板9:主要实现压流转换，从DA板10给出的0—10V的电压信号，通过压流转换 输出0—400raA的电流信号；并且在面板上信号的输入输出有对应的测试孔，方便信号的测试。
DA板10:主要产生36路0 — 10V的数模转换及8路的4一20mA的电流信号。采用12位 的DAC7724数模转换芯片及专用的4一20mA驱动芯片，确保本发明测试装置2的精度；同时 通用的CAN通信子板与CPU板6通信；并且在面板上有对应的测试孔，方便信号的测试。
另外，根据需要可扩展其他功能模块，如增加频率量采样插件对微机控制系统产生的波 形信号进行检测，增加AD转换插件对微机控制系统电源、DA输出及各种模拟量进行检测，将 相关检测信息经内部CAN发送到上位机。
权利要求
1、一种内燃机车微机控制系统测试方法，其特征在于所述方法是通过CAN总线或串行总线与上位机通信，接收上位机的测试命令，并通过内部CAN总线接收到的测试命令传送给内部各信号产生模块，内部各模块根据测试命令产生相应测试信号并通过适配电缆传送给被测设备；装置的信号检测模块检测被测设备输出信号，经CAN总线传送给CPU板，然后经CAN或串行总线发送给上位机；上位机将给定信号与检测信号比较实现对被测设备的全自动闭环测试。
2、 根据权利要求l所述的内燃机车微机控制系统测试方法，其特征在于所述的全自动 闭环测试是测试装置内部采用基于CAN总线的分布式模块，CPU板与数字量输入输出板、频 率板、恒流源板及DA板间通过内部CAN总线连接；测试装置通过CPU板的外部CAN总线或串 行总线与上位机通信，完全实现对被测装置的全自动循环测试。
3、 根据权利要求2所述的内燃机车微机控制系统测试方法，其特征在于所述的CPU板 采用AVR微处理器，为该控制系统的核心，通过CPU板与上位机及装置内部的通信管理、现 场可编程逻辑控制、串行接口、软件下载功能及故障数据的记录存储；CPU板通过CAN或串 行总线与外部通信管理，接收上位机指令给内部各模块及将各内部模块信息上传给上位机， CPli板通过内部CAN总线与DIO板、频率板、恒流源板及DA板等交换数据。
4、 根据权利要求2所述的内燃机车微机控制系统测试方法，其特征在于所述的数字量 输入输出板、频率板、恒流源板及M板除了通过CAN总线与CPU板进行通信外，还提供被测 设备所需的各种信号源及实时检测被测设备的输出信号并通过CPU板上传给上位机；数字量 输入输出板主要提供开关量输入及继电器输出信号，每块板同时提供24路开关量输入及24 路继电器输出信号；频率板通过FPGA产生16路0-5V的方波信号，再通过运放、比较产生 -15-+15V的方波信号；恒流源板主要负责电压信号与电流信号的转换，并且每一路提供 0-400ra的电流信号；DA板主要实现36路数模转换，同时通过跳线的方式提供8路4-20mA的 电流信号。
5、 一种内燃机车微机控制系统测试装置，由电源板、CPU板、数字量输入输出板、频率 量输出板、模拟量输出板、流压源板等模块及机箱组成；电源板为测试装置提供工作电源， 其特征在于内部采用基于CAN总线的分布式模块，CPU板与数字量输入输出板、频率板及 DA板间通过内部CAN总线连接；测试装置通过CAN或串行总线与上位机通信交换数据，装置 内部各模块采用基于CAN总线的分布式模块，CPU板与数字量输入输出板、频率板及DA板间 通过内部CAN总线连接，并对被测设备的全自动闭环测试。
6、 根据权利要求5所述的内燃机车微机控制系统测试装置，其特征在于测试装置结构 采用7U混合机箱，左边是4个对外AMP 62芯插座，右上角是电源开关及3U的开关电源板， 右下角是六个电位器，中间是标准的6U插件，6U插件内有CPU板、数字量输入输出板、频 率板、恒流源板及DA板及预留板位，且每块插件板上有指示灯或测试孔。
7、 根据权利要求5所述的内燃机车微机控制系统测试装置，其特征在于CPU板为AVR 微处理器；CPU板通过CAN或串行总线与外部通信管理，接收上位机指令给内部各模块及将 各内部模块信息上传给上位机，CPU板通过内部CAN总线与DIO板、频率板、恒流源板及DA 板等交换数据；主CPU板程序负责与上位机进行串口通讯以及与各通讯子板之间进行CAN通 讯，根据上位机送过来的数据，分配各子板的数据、调度任务。
8、 根据权利要求5所述的内燃机车微机控制系统测试装置，其特征在于DI0板、频率 板、恒流源板及DA板除了通过CAN总线与CPU板进行通信外，并同时提供被测设备所需的各 种信号源及实时检测被测设备的输出信号并通过CPU板上传给上位机。
9、 根据权利要求5所述的内燃机车微机控制系统测试装置，其特征在于DIO板提供开 关量输入及继电器输出信号，每块板同时提供24路开关量输入及24路继电器输出信号；频 率板通过FPGA产生16路0-5V的方波信号，再通过运放、比较产生-15—15V的方波信号； 恒流源板主要负责电压信号与电流信号的转换，并且每一路提供0-400m的电流信号；DA板 主要实现36路数模转换，同时通过跳线的方式提供8路4-20mA的电流信号。
10、 根据权利要求5所述的内燃机车微机控制系统测试方法及装置，其特征在于DIO 板、频率板及DA板等由CAN通信子板与母板的形式组成，其中CAN通信子板为通用子板，负 责与CPU通信，通过改变子板上CPU及FPGA程序可实现不同功能，DIO、频率及DA输出驱动 命令通过CPU板协议转换后分发到对应的插件板。
全文摘要
一种内燃机车微机控制系统测试方法及装置，通过CAN总线或串行总线与上位机通信，接收上位机的测试命令，并通过内部CAN总线接收到的测试命令传送给内部各信号产生模块，内部各模块根据测试命令产生相应测试信号并通过适配电缆传送给被测设备；测试装置的信号检测模块检测被测设备输出信号，经CAN总线传送给CPU板，然后经CAN或串行总线发送给上位机；上位机将给定信号与检测信号比较实现对被测设备的全自动闭环测试。所述的全自动闭环测试是测试装置内部采用基于CAN总线的分布式模块，CPU板与数字量输入输出板、频率板、恒流源板及DA板间通过内部CAN总线连接；测试装置通过CPU板的外部CAN总线或串行总线与上位机通信，实现对被测装置的全自动循环测试。
文档编号G05B23/02GK101520661SQ20091004274
公开日2009年9月2日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者任湘辉, 良 何, 刘松柏, 吴正平, 周少云, 施洪亮, 健 肖, 肖孟英 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司