兼容型GYK模擬運行試驗裝置的研制

楊 成 西安鐵路局電務處

兼容型GYK模擬運行試驗裝置的研制

楊 成 西安鐵路局電務處

軌道車運行控制設備（GYK）是鐵路行車安全裝備，為提高技術人員測試效率，針對廣泛應用的不同廠家的GYK設備存在的差異，開發(fā)兼容型試驗裝置，實現(xiàn)GYK軟件以及揭示信息模擬試驗一體化測試。

軌道車；控制；測試

1 引言

軌道車運行控制設備（以下簡稱GYK）采用地面數(shù)據(jù)預先存儲，運行中按交路調(diào)用，揭示數(shù)據(jù)發(fā)車前讀入，運行中檢索調(diào)用的數(shù)據(jù)車載模式，GYK地面數(shù)據(jù)和揭示數(shù)據(jù)在使用前均需進行運行模擬測試，目前GYK主機廠家產(chǎn)品軟、硬件均不兼容，本文探索一種兼容不同廠家GYK運行試驗環(huán)境的單一模擬運行試驗裝置關鍵技術的實現(xiàn)方法。

2 技術關鍵

2.1 主控記錄插件的兼容問題

GYK主控記錄插件CPU目前選用的有ARM7LPC2468、ARM9 S3C2440兩種芯片，研制開發(fā)測試裝置采用2個獨立插槽切換使用的方式，在測試不同廠家GYK設備時，通過切換開關實現(xiàn)選型。

2.2 人機界面屏幕和鍵盤共用問題：

各廠家GYK人機界面核心板選用的有Intel PXA270、S3C2440兩種系統(tǒng)模塊，共同點是與彩色液晶屏的接口兼容，因此測試裝置采用兩個DMI核心板通過切換方式共用同一個液晶屏。同時GYK鍵盤內(nèi)部編碼有 4×6、3×8兩種矩陣，需要各自獨立的掃描電路，可以通過使用中切換實現(xiàn)兼容。

2.3 模擬運行條件問題

GYK主控記錄插件一種是通過信號發(fā)生器電路接收模擬運行所需要的速度、壓力信號，另一種通過CAN通信接收模擬運行需要速度、壓力信號，測試裝置。

3 技術實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件總體構架

測試裝置系統(tǒng)總體構架見圖1所示，虛線框內(nèi)部分是測試的2類GYK的基本運行系統(tǒng)，在裝載控制程序和數(shù)據(jù)后，運行情況與GYK車載系統(tǒng)完全一致。虛線框外部分是模擬器控制操作及模擬運行條件發(fā)生系統(tǒng)。

圖1 模擬器系統(tǒng)硬件示意圖

3.2 模擬器信號控制插件

3.2.1 MPU系統(tǒng)

信號控制插件的MPU使用NXP公司的ARM7 LPC2294，該芯片集成度高，接口豐富，能夠以比較緊湊的硬件系統(tǒng)完成模擬器上述功能，如：

（1）內(nèi)置4通道CAN通信控制器，可以無需外加CAN控制器芯片和晶振，即可實現(xiàn)與GYK的CAN通信功能。

（2）內(nèi)置6通道脈寬調(diào)制器（PWM），輸出模擬速度傳感器方波可軟件控制頻率、占空比和相位。

（3）內(nèi)置串行外設接口（SPI）總線，只要3線就可控制數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換輸出，用以模擬壓力傳感器信號。

以壓力信號發(fā)生為例，介紹信號控制插件輸出模擬運行條件的原理。

3.2.2 壓力信號發(fā)生電路

通過信號發(fā)生器電路接收所需的壓力信號是2路（0-20）mA電流量,由D/A+V/I轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生，如圖2所示，U20 (TLV5638D)是TI公司12位D/A芯片，通過SPI總線很方便與MPU接口，工作在從機狀態(tài)，MPU作為主機，D/A轉(zhuǎn)換命令、數(shù)據(jù)均通過三根信號線實現(xiàn)，SSEL從機選擇，是U20的片選信號，由MPU發(fā)出，低電平有效，當MPU需控制多個SPI總線器件時，對每個器件的操作由片選信號控制。 SCK SPI串行同步時鐘，由MPU發(fā)出，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r基。MOSI主機輸出從機輸入，是MPU發(fā)送U20接收的串行數(shù)據(jù)信號。U20按MPU控制輸出2路DC（0～5）V電壓，經(jīng)U4構成的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路變成（0～20）mA電流量，表示（0～1000）kP壓力信號。U4（LM258）是NS公司低失調(diào)電壓大電流運放。

圖2 壓力信號發(fā)生電路

信號發(fā)生器電壓/電流轉(zhuǎn)換電路原理如下：

根據(jù)運放原理：Ub=((R6+WR2)/(R6+WR2+R9))U' R6+WR2等于R9，則：Ub=U'/2

根據(jù)運放原理：Ua=(Ui-Uo)/(R4+R10)*R10+Uo R4=R10，Ua=(Ui+Uo)/2

由于R10很大，則：Ua=Ub；Ui+Uo=U'

壓力1輸出電流：I=(U'-Uo)/R12=Ui/R12

綜合上述表明：當R6、WR2、R9參數(shù)匹配后，輸出電流是一個正比例于D/A輸出電壓量，與負載大小無關。因此用軟件控制U20輸出電壓，就能控制U4輸出給主控記錄插件的壓力電流信號。

3.3 測試裝置DMI鍵盤功能的實現(xiàn)

測試裝置DMI鍵盤硬件采用4×6矩陣薄膜按鍵，GYK在該模式工作時完全由鍵盤掃描電路獲取鍵值發(fā)送給DMI核心板，GYK在3×8模式工作時，將掃描鍵值轉(zhuǎn)換成相應格式發(fā)送到DMI核心板，轉(zhuǎn)換處理電路由NXP公司的ARM7 LPC1114實現(xiàn)，如圖3所示，U21由4位I/O口PIO3_0-PIO3_3工作在輸出狀態(tài)，完成鍵掃描輸出，6位I/O口PIO2_0-PIO2_5工作在輸入出狀態(tài)，完成鍵掃描讀入，處理后轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)據(jù)格式，通過異步串行口TXD,RXD與DMI核心板通信，完成測試裝置鍵盤輸入功能。

圖3 測試裝置DMI鍵盤電路

4 結論

本方案在硬件上兼容不同廠家的GYK系統(tǒng)，在用戶操作上僅采用一套統(tǒng)一的輸入設備和輸出設備，既保證了設備結構的簡化，又最大程度的方便了用戶操作，將為GYK使用單位，如鐵路局工務段、供電段以及鐵路工程公司等，提供了一種攜帶使用方便、結構緊湊、高性價比的數(shù)據(jù)校核試驗設備。

[1]周立功．ARM嵌入式系統(tǒng)基礎教程 [M]．北京航空航天大學出版社，2006．

[2]杜憲．GYK軌道車運行控制設備的設計與實現(xiàn)[J]．北京：鐵道出版社，2007.

責任編輯：萬寶安

來稿日期：2016-09-27