設(shè)備信號綜合測試平臺的設(shè)計與開發(fā)

1、<p>　　設(shè)備信號綜合測試平臺的設(shè)計與開發(fā)</p><p>　　摘要：信號測試是設(shè)備安全運行的重要前提條件。測試平臺以及所采取的技術(shù)措施往往決定著所得測試數(shù)據(jù)的客觀性。為此，本文以城市軌道交通工程中的信號測試項目為例，采用當(dāng)前比較先進的綜合測試平臺進行實測，根據(jù)測試要求完善測試流程及配套技術(shù)措施，以確保測試數(shù)據(jù)的客觀性，從而為軌道安全運行提供具有公信力的信號測試依據(jù)。 </p><

2、p>　　Abstract： Signal testing is an important prerequisite for the safe operation of equipment. Test platform and the technical measures taken are often decided the objectivity of the data. Therefore， this paper takes

3、the signal test project in urban rail transit project as an example， uses the current comprehensive test platform for testing， and improves the testing process and supporting technical measures according to the test requ

4、irements to ensure the objectivity of the test data， so as to provi</p><p>　　關(guān)鍵詞：采集裝置；信號檢測；單片機；電源模塊；上位機 </p><p>　　Key words： harvester；signal detection；singlechip；power module；host computer <

5、/p><p>　　中圖分類號：TN911.23 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）24-0153-04 </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路。模擬信號的傳輸頻率、信號周期以及峰峰值對電路工作狀態(tài)的影響非常大，信號按照設(shè)定的頻率、周期進行傳輸

6、，無疑是確保轉(zhuǎn)換器正常工作的重要條件。 </p><p>　　鄭州計量檢測公司中標(biāo)鄭州市軌道交通2號線一期工程通信系統(tǒng)第三方檢測項目。該工程起于廣播臺站，止于南四環(huán)站，線路長20.649km，均為地下線，設(shè)車站16座（其中紫荊山站與1號線同步實施），設(shè)車輛段1處，控制中心設(shè)于鄭州軌道交通控制中心大樓內(nèi)。檢測中心最終利用專業(yè)化的信號綜合測試平臺順利完成該工程的信號測試工作，為軌道正常運行提供了可靠的信號檢測依據(jù)。此

7、外，測試過程中，針對該測試平臺所采取的信號測試技術(shù)也值得同類測試項目借鑒。 </p><p>　　1 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理 </p><p><b>　　1.1 系統(tǒng)組成 </b></p><p>　　本綜合測試平臺由信號采集裝置與終端顯示裝置兩部分組成，主要用于實現(xiàn)多路（包含12路單通道，20路雙通道路）信號的調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、USB2.0串口

8、通訊以及上位機顯示、判定等，具有電壓信號的智能檢測與診斷、過壓、過流、接地等保護功能，能夠以數(shù)字與文字形式顯示電壓數(shù)值與檢測結(jié)果。其信號采集裝置包含箱體、電源模塊、信號調(diào)理模塊、12路單端A/D模塊、2個10路差分A/D模塊、USB串口通訊模塊及連接電纜組成；終端顯示裝置由上位機軟件與計算機組成。具體如圖1所示。 </p><p><b>　　1.2 工作原理 </b></p>

9、<p>　　信號綜合測試平臺的工作原理見圖2。多路模擬信號經(jīng)連接電纜輸入至信號采集裝置的信號調(diào)理模塊，經(jīng)信號衰減、隔離、阻抗匹配等處理；處理后的模擬信號分三路分別傳輸至12路單端A/D模塊、10路差分A/D模塊I、10路差分A/D模塊II，以分別完成數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換；各模塊經(jīng)轉(zhuǎn)換后采用UART串口方式發(fā)送至12路單端A/D模塊，該模塊再由USB2.0串口發(fā)送至上位機；上位機將接收的A/D信號進行實時顯示，同時與數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)

10、進行比對，同時顯示對應(yīng)通道輸入信號是否符合要求，并進行評判。 </p><p><b>　　2 信號采集裝置 </b></p><p><b>　　2.1 電源模塊 </b></p><p>　　電源模塊由±18VDC開關(guān)電源模塊、±15VDC-DC電源模塊、±5VDC-DC電源模塊、3.3V

11、DC-DC電源模塊、 </p><p>　　±1.2VDC-DC電源模塊組成。 </p><p>　　±18VDC開關(guān)電源用于將220VAC轉(zhuǎn)換為±18VDC電源，用于DC-DC電源變換。 </p><p>　　±15VDC-DC電源模塊采用朝陽CS18-30-15電源模塊，用于信號調(diào)理模塊放大器工作電源。 </p>

12、;<p>　　±5VDC-DC電源模塊采用朝陽CS18-20-5電源模塊，作為3.3VDC-DC與±1.2VDC-DC電源輸入。 </p><p>　　3.3VDC電源采用專用電源模塊DC-DC變換獲得，作為單片機工作電源。 </p><p>　　±1.2VDC-DC電源采用專用電源模塊變換獲得，作為A/D轉(zhuǎn)換參考電壓。 </p>

13、<p>　　2.2 信號調(diào)理模塊 </p><p>　　信號調(diào)理模塊由信號衰減電路、信號隔離電路與阻抗匹配電路組成。 </p><p>　　信號衰減電路用于將26V～180VDC電壓進行分壓，滿足輸入信號賦值范圍，同時保護后級電路。信號衰減電路利用分壓電路實現(xiàn)，采用精密電阻（誤差1%）搭建。 </p><p>　　信號隔離電路用于將經(jīng)分壓后的±1

14、5V電壓信號進行隔離、放大至±2.4VDC，滿足A/D變換電路的輸入要求。信號隔離電路采用差分比例放大電路設(shè)計，其工作原理如圖3所示。 </p><p>　　Vo=Vi（R2/R1） </p><p>　　為適應(yīng)A/D變換電路阻抗要求，對隔離輸出電路信號采用射級輸出器，進行阻抗匹配，電路原理如圖4所示。利用電壓跟隨器輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點，不僅匹配阻抗特性，同時實現(xiàn)電壓翻轉(zhuǎn)

15、。 　　2.3 信號采集模塊 </p><p>　　本系統(tǒng)信號采集通道數(shù)量較多，且包含單端與差分兩種輸入方式，因此本系統(tǒng)將其分為3個A/D轉(zhuǎn)換模塊，同時采樣轉(zhuǎn)換的方式完成系統(tǒng)硬件配置需求。3個A/D轉(zhuǎn)換模塊分為1主2輔結(jié)構(gòu)，兩個輔助A/D轉(zhuǎn)換模塊均為10路差分輸入，1個主轉(zhuǎn)換模塊為12單端輸入。主A/D模塊與輔A/D模塊之間采用UART串口通訊，接收其轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，同時采用USB2.0串口與上位機通訊，上傳轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

16、。 </p><p>　　主A/D轉(zhuǎn)換模塊核心芯片采用C8051F340芯片，該芯片自帶17路A/D通道，1個USB2.0C，2個UART串口，滿足系統(tǒng)硬件配置需求。其A/D轉(zhuǎn)換工作原理如圖5所示。 </p><p>　　C8051F340單片機內(nèi)置的USB2.0串口為標(biāo)準(zhǔn)USB接口，符合USB2.0規(guī)范。其工作原理框圖如圖6所示。 </p><p>　　2個輔助A

17、/D模塊相互獨立，主芯片采用C8051F410芯片，該芯片自帶12路12位差分A/D輸入通道，2個UART串口通訊。能夠很好的滿足本系統(tǒng)硬件配置需求。 </p><p>　　2.4 A/D通道分配 </p><p>　　針對被測試對象30路信號，在不影響信號輸入/輸出端口定義的情況下，本系統(tǒng)對A/D通道進行了分配，以固化其單端或差分輸入端口地址。 </p><p>

18、<b>　　3 終端顯示裝置 </b></p><p>　　終端顯示裝置工作平臺為計算機?？刂栖浖長abview虛擬軟件開發(fā)的顯示界面。能夠?qū)崿F(xiàn)收集下位機上傳的信號采集數(shù)據(jù)，同時與數(shù)據(jù)庫進行比對，根據(jù)數(shù)據(jù)庫預(yù)先設(shè)置的取值范圍判定輸入模擬信號的性質(zhì)，同時顯示測量電壓，判定結(jié)果等信息。 </p><p><b>　　4 測試結(jié)果 </b></

19、p><p><b>　　4.1 測試指標(biāo) </b></p><p>　?、兕l率、周期測試：用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率范圍為1Hz～100kHz的方波信號（TTL電平，占空比50%），用標(biāo)準(zhǔn)頻率計測出標(biāo)準(zhǔn)頻率，再用設(shè)計的測量儀測出頻率，求出誤差。②峰峰值測量：用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率范圍為1Hz～100kHz的正弦波信號，用標(biāo)準(zhǔn)交流毫伏表測出有效值，通過運算得到標(biāo)準(zhǔn)峰峰值，再

20、用設(shè)計的測量儀測出峰峰值，求出誤差。 </p><p><b>　　4.2 測試結(jié)果 </b></p><p>　　通過對信號頻率和電壓峰值的測試，得到表1～表2所示的測試結(jié)果。從三項測試結(jié)果來看，該信號測試平臺在一定的信號周期內(nèi)，信號頻率和電壓峰值實測結(jié)果都符合標(biāo)準(zhǔn)值，個別測試項雖然與標(biāo)準(zhǔn)值之間有一定誤差，但是都在控制范圍內(nèi)，對總體測試結(jié)果的干擾程度非常小，所以綜合

21、測試結(jié)果符合要求。 </p><p><b>　　5 結(jié)論 </b></p><p>　　根據(jù)該軌道工程信號測試結(jié)果可以看出，本文所采用的綜合測試平臺及配套的測試技術(shù)最終能夠得到客觀的、具有公信力的測試數(shù)據(jù)，為軌道安全運行提供了可靠的信號測試依據(jù)。在以后的同類項目的實際應(yīng)用中，建議根據(jù)現(xiàn)場的信號測試環(huán)境、測試要求對本套測試技術(shù)進行調(diào)整和改進，以使之日臻完善，不斷提高信

22、號測試水平。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]薛世潤，高曉丁.基于單片機的鐵路巡檢儀設(shè)計[J].電子世界，2013（13）. </p><p>　　[2]先甫克特?阿布來提.通用電源模塊測試平臺上位機系統(tǒng)設(shè)計[D].山東大學(xué)，2015. </p><p>　　[3]邵宇平.寬