专利名称：一种养路机械电子插件自动测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种针对电子产品部件的检测装置，特别是一种养路机械电子插件自动测试系统。
背景技术：
目前市场上的养路机械的电子插件测试系统只能检测D08-32捣固车一种车的电子插件，测试范围有限；只能达到1％的测试精度，10V的信号就有100mV的误差这样的精度对大型养路机械的电子插件是不能满足的；因为保护电路不完善，很容易被有故障的电子插件对测试台造成损坏，只有简单的检测程序，只能对电子插件的功能进行简单的测试。

发明内容
本发明是针对大型养路机械电子插件检修难的特点研制的，试图提供一种具有良好的人机交互性、高精度的检测和智能化的养路机械电子插件自动测试系统。
它包括上位机1、下位机2、测试接口3和电源20；所述上位机1包括工业控制计算机4、多路函数卡5、多路静态电压信号源电路6、多路信号采集通道7、打印机8、输入装置9和显示器10；其中所述工业控制计算机4通过PCI总线分别与多路函数卡5、多路静态电压信号源电路6、多路信号采集通道7相连；所述多路函数卡5在所述工业控制计算机4的控制下产生幅值为0~5伏、频率范围在0~10千赫兹之间的方波、正弦波和三角波；所述多路静态电压信号源电路6在工业控制计算机4的控制下产生绝对精度是±5毫伏，精度为万分之二点五的电压信号；所述多路信号采集通道7采集多通道的测试数据并通过PCI总线输入到所述工业控制计算机4；所述打印机8通过USB接口与所述工业控制计算机4相连，它完成对测试结果的打印；所述输入装置9由鼠标、键盘等输入设备构成，通过PSI总线与工业控制计算机4相连，它完成对所述工业控制计算机4的控制指令输入；所述显示器10与工业控制计算机4相连，完成界面和测试结果的屏幕显示；所述下位机2包括单片机13、信号变换电路11和继电器矩阵12；其中所述信号变换电路11包含多个分别对应于所述上位机1的多路函数卡5、多路静态电压信号源电路6和多路信号采集通道7的各路输入/输出信号进行滤波、去耦，保护的电路，并将处理后的来自多路函数卡5的二路函数信号送至所述继电器矩阵12的多路函数信号输入端，将处理后的来自多路静态电压信号源电路6的多路静态电压信号源信号送至所述继电器矩阵12的电压信号输入端，将各来自继电器矩阵12的各测试通道的测试数据结果送至所述多路信号采集通道7；所述单片机13的RS-232串口通过双绞线与所述上位机1的工业控制计算机4的串口相连；并通过总线与所述继电器矩阵12相连；所述单片机13由8031单片机及其外围电路构成，完成对继电器矩阵12的控制和与上位机1的通讯；所述继电器矩阵12由可扩充至16×48单端继电器通道，每48个继电器节点连接成矩阵形式共有16个矩阵，每个继电器节点容量为24VDC，3A；上位机1对继电器矩阵进行编程控制将系统信号源和工作电源引入被测电子插件48芯的任何管脚，也可将其输出信号引入系统中进行测试。
所述测试接口3包括捣固车接口14、稳定车接口15、非标准3U板测试接口16和电阻/电压采集通道17；其中所述稳定车接口15的数字信号端口通过总线与所述单片机13对应的输入/输出端相连，其模拟信号端口通过插头/座与所述继电器矩阵12相连；所述继电器矩阵12通过导线分别与所述捣固车接口14、非标准3U板测试接口16和电阻/电压采集通道17的各插脚相连；所述电源21包括产生+12伏直流电源、±15伏直流电源的第一电源电路20和与之相连的产生+5伏直流电源、+24伏直流电源的第二电源电路19，所述第一电源电路20和第二电源电路19的输出分别与所述单片机13、继电器矩阵12和信号变换电路11的供电端相连，为其提供直流工作电源。
所述捣固车接口14为一个48芯插头座；所述稳定车接口15为一个96芯插头座；所述继电器矩阵12分成48个/块，每路信号对应一块继电器板，同一块继电器板上的每个继电器对应48芯插头中的一根插针，继电器的一对常开触点分别接到信号和其中的一根插针上。
所述继电器矩阵12采用了二级矩阵来完成整个测试信号的切换，包括一级矩阵23和二级矩阵22，其中所述一级矩阵23为28×14的继电器矩阵，它的各继电器分别与所述多路函数卡5、多路静态电压信号源电路6和多路信号采集通道7的对应端口相连，其供电端与所述电源21的电源输出端相连；所述二级矩阵22与所述一级矩阵23相连，它是一个14×48的继电器矩阵，它的各继电器分别与所述测试接口3的对应接口相连。


图1为本发明原理框图；图2为二级结构继电器矩阵原理框图。
具体实施例方式
如图1、图2所示它包括上位机1、下位机2、测试接口3和电源20，所述上位机1包括工业控制计算机4、二路函数卡5、四路静态电压信号源电路6、十四路信号采集通道7、打印机8、输入装置9和显示器10；其中所述工业控制计算机4通过PCI总线分别与二路函数卡5、四路静态电压信号源电路6、十四路信号采集通道7相连；所述二路函数卡5在所述工业控制计算机4的控制下产生幅值为0~5伏、频率范围在0~10千赫兹之间的方波、正弦波和三角波；所述四路静态电压信号源电路6在工业控制计算机4的控制下产生绝对精度是±5毫伏，精度为万分之二点五的电压信号；所述十四路信号采集通道7采集多通道的测试数据并通过PCI总线输入到所述工业控制计算机4；所述打印机8通过USB接口与所述工业控制计算机4相连，它完成对测试结果的打印；所述输入装置9由鼠标、键盘等输入设备构成，通过PSI总线与工业控制计算机4相连，它完成对所述工业控制计算机4的控制指令输入；所述显示器10与工业控制计算机4相连，完成界面和测试结果的屏幕显示；所述下位机2包括单片机13、信号变换电路11和继电器矩阵12；其中所述信号变换电路11包含多个分别对应于所述上位机1的二路函数卡5、四路静态电压信号源电路6和十四路信号采集通道7的各路输入/输出信号进行滤波、去耦，保护的电路，并将处理后的来自二路函数卡5的二路函数信号送至所述继电器矩阵12的二路函数信号输入端，将处理后的来自四路静态电压信号源电路6的四路静态电压信号源信号送至所述继电器矩阵12的电压信号输入端，将各来自继电器矩阵12的各测试通道的测试数据结果送至所述十四路信号采集通道7；所述单片机13的RS-232串口通过双绞线与所述上位机1的工业控制计算机4的串口相连；并通过总线与所述继电器矩阵12相连；所述单片机13由8031单片机及其外围电路构成，完成对继电器矩阵12的控制和与上位机1的通讯；所述继电器矩阵12由可扩充至16×48单端继电器通道，每48个继电器节点连接成矩阵形式共有16个矩阵，每个继电器节点容量为24VDC，3A；上位机1对继电器矩阵进行编程控制将系统信号源和工作电源引入被测电子插件48芯的任何管脚，也可将其输出信号引入系统中进行测试。
所述测试接口3包括捣固车接口14、稳定车接口15、非标准3U板测试接口16和电阻/电压采集通道17；其中所述稳定车接口15的数字信号端口通过总线与所述单片机13对应的输入/输出端相连，其模拟信号端口通过插头/座与所述继电器矩阵12相连；所述继电器矩阵12通过导线分别与所述捣固车接口14、非标准3U板测试接口16和电阻/电压采集通道17的各插脚相连；所述电源21包括产生+12伏直流电源、±15伏直流电源的第一电源电路20和与之相连的产生+5伏直流电源、+24伏直流电源的第二电源电路19，所述第一电源电路20和第二电源电路19的输出分别与所述单片机13、继电器矩阵12和信号变换电路11的供电端相连，为其提供直流工作电源。
所述捣固车接口14为一个48芯插头座；所述稳定车接口15为一个96芯插头座；所述继电器矩阵12分成48个/块，每路信号对应一块继电器板，同一块继电器板上的每个继电器对应48芯插头中的一根插针，继电器的一对常开触点分别接到信号和其中的一根插针上。
所述继电器矩阵12采用了二级矩阵来完成整个测试信号的切换，包括一级矩阵23和二级矩阵22，其中所述一级矩阵23为28×14的继电器矩阵，它的各继电器分别与所述5、6、7的对应端口相连，其供电端与所述电源21的电源输出端相连；所述二级矩阵22与所述一级矩阵23相连，它是一个14×48的继电器矩阵，它的各继电器分别与所述测试接口3的对应接口相连。
该系统能根据各种车型上各电子插件正常工作时的各种参数，模拟给出相应的输入信号，作必要的人工干预后采集其输出信号和正常信号作比较，来判断电子插件的功能和精度。
上位机由工业控制计算机、电压源卡、数据采集卡、SANSING的液晶显示器、HP1000的激光打印机组成，主要完成整个系III统的信号产生、数据采集、数据处理、通讯以及各种数据的输入输出等。采用台湾研华的工业控制计算机作主机(PIII1G的CPU，256M内存、40G硬盘)，并配40X光驱、1.44’的软驱和鼠标。
单片机系统由8031及其相应的外围电路组成，其作用是控制继电器矩阵、电阻测量，以及和上位机的通讯。上、下位机之间的数据流不太大，系统的实时性要求不高，因此采用RS-232的串行通讯，这还将有利于以后系统的扩展。
同时为了防止被测电子插件过流，每次上电前都要测量电源的对地电阻，如果电阻过小产生报警信号。系统能提供下位机正常工作时的五路电源(+5V、+12V、±15V、+24V)，每路都有过载、短路、过热的自动保护。供被测电子插件的各路电源都通过自恢复保险隔离，当出现过流时，将自动切断电源。系统也能随时监测和显示测试的各路电源。
系统设计了3个小信号通道、3个-14V～+14V的采集通道，一个-24V～+24V通道。每个通道的采样频率为200k/s，据对精度为±5mV。
电源过流、过压是造成系统损坏最常见的原因，因此系统采用了双重保护，上电前，测量被测电路板的电源和地之间的电阻，当电阻过小，系统人为电源短路，不能进入下面的测试程序；测试过程中出现过流或过压时，电路断开被测插件的电源，同时提示操作者排除故障。其他的信号通道都有过压过流保护。
为了使整个系统在-10V～+10V(所有的控制量输入输出都在这个区间)范围里的精度可以达到±5mV采取多种抗干扰技术(1).采用并联一点接地法减少各信号对地的干扰；(2).各信号通道都采用去耦技术减少信号干扰；(3).布线时强电信号与弱电信号分离、数字信号与模拟信号分离减少自身互相干扰；(4).数据采集后进行数字滤波减少混叠噪声和量化噪声，及其它干扰；(5).系统元器件选型各信号通道电路中采用适当的元器件，减少元器件带来的的误差。
系统的软件由三大部分组成主程序、操作界面、数据库。
主程序主程序按功能可分为自检子程序、调试子程序和其他子程序。自检子程序对测试台本身进行必要的检测，及时发现测试台本身存在的错误及故障，保证测试台本身的正确性。调试子程序是本程序的核心，执行所有的调试及维修任务。调试子程序对相应的电子插件选用相应的电路板调试大纲，解释调试大纲后对测试台进行控制；在电路板上电前进行电源短路检测；在调试时提供单步调试、连续调试及任意步骤调试；遇到故障时提示调试员，显示相应的故障出理方法；控制信号的采集，信号的输出；控制虚拟示波器和万用表的显示。其它子程序是测试台的外围控制程序，包括帐号的管理、上下位机的通信、报表处理、故障记录、打印机管理等等。
操作界面整个操作界面有两种调试界面、报表界面。调试界面是测试台人机对话主界面，调试员通过调试界面对测试台进行操作。调试界面上的信息窗口可以显示出调试时的各种信息(调试状态、通过条件、错误提示、故障处理方法等等)，方便调试员进行各种处理；调试界面上有虚拟的示波器和万用表，可随时观察信号的波形，并能显示信号的频率、幅值、电压、阻值等常用数值。测试台通过报表处理程序，可以生成单板的故障记录表及一段时间内的维修报表，报表界面将故障记录或维修报表以表格的形式显示出来，可以方便的查寻、统计维修，并可通过打印机打印出来。
数据库调试大纲数据库将电路板的调试大纲按一定的格式存贮在数据库中，可以方便的查寻和调用。调试大纲直接影响了测试台的运作，是不允许随意更改的，更改不当会引起测试台的硬件故障。维修记录数据库测试台会自动将检测过的电路板、调试过程中出现的故障、调试员、调试时间等记录到数据库，经过转换可以生成完整的维修报表。针对每一种不同的电子插件，系统都有唯一的调试大纲数据库与之对应，其中包含测试电路板所有条件和数据，根据不同的权限可进行增加、修改和删除。进入调试界面选好电子插件的型号后，系统自动将相应的调试大纲文件加载进来。然后系统根据调试大纲的调试步骤中信息作出相应控制。信号由上位机通过信号卡输出到继电器的一级矩阵上，然后上位机通过串口将继电器矩阵的控制信息发到下位机，下位机译码后闭合相应的继电器，测试信号通过继电器矩阵所形成的电路和接口送到对应的管脚。电源是由下位机接到上位机的控制指令后通过继电器矩阵送到被测电子插件。当电源和测试信号送到被测电子插件对应的官脚后，电子插件工作起来，并会有输出信号通过继电器矩阵送到上位机的采集通道，上位机将其转化成数字量显示在调试街面上，同时显示的还有调试大纲中所对应的正确值和允许误差，超出允许偏差时系统会有报警声。如果可以调节，界面上还会信息指示操作者调节。当检测点在电子插件某个元器件的管脚时，操作者可根据界面上的提示通过表笔输入。出现过流时，系统切掉被测电子插件所有电源和信号，同时会有报警并指示过流的相应通道。测试过程中，还可通过虚拟仪器测量电阻、电压、频率、幅值，也可察看波形。系统根据调试大纲重复以上步骤，将电子插件的所有功能测试完后会生成测试报表，从而完成一块电子插件的测试。
本测试系统能测试四种大型养路机械的标准电子插件，测试系统在±10V的信号范围里绝对误差达到了±5mV，完全满足大型养路机械电子插件的要求；具有完善的保护电路，对每一路电源都有监测、过压保护、过流保护的功能，对每一路信号通道和采集通道都过载保护，保证了测试系统的安全运行；采用了多种测试方式，智能化的调试程序，虚拟仪器技术给用的操作带来了极大的方便，能对电子插件的功能和精度进行完整的检测和调试，同时外型新颖美观，突破了测试台传统的造型，具有良好的市场前景。
本测试系统测试范围包括09-32型捣固车、08-32型捣固、08-475型捣固车、WD320型稳定车、标准电子插件的功能、精度测试，若通过扩展可用于任意48芯接口和非标小于等于48芯的电子插件的检测。
权利要求
1.一种养路机械电子插件自动测试系统，它包括上位机(1)、下位机(2)、测试接口(3)和电源(20)；其特征在于所述上位机(1)包括工业控制计算机(4)、多路函数卡(5)、多路静态电压信号源电路(6)、多路信号采集通道(7)、打印机(8)、输入装置(9)和显示器(10)；其中所述工业控制计算机(4)通过PCI总线分别与多路函数卡(5)、多路静态电压信号源电路(6)、多路信号采集通道(7)相连；所述多路函数卡(5)在所述工业控制计算机(4)的控制下产生幅值为0~5伏、频率范围在0~10千赫兹之间的方波、正弦波和三角波；所述多路静态电压信号源电路(6)在工业控制计算机(4)的控制下产生绝对精度是±5毫伏，精度为万分之二点五的电压信号；所述多路信号采集通道(7)采集多通道的测试数据并通过PCI总线输入到所述工业控制计算机(4)；所述打印机(8)通过USB接口与所述工业控制计算机(4)相连，它完成对测试结果的打印；所述输入装置(9)由鼠标、键盘等输入设备构成，通过PSI总线与工业控制计算机(4)相连，它完成对所述工业控制计算机(4)的控制指令输入；所述显示器(10)与工业控制计算机(4)相连，完成界面和测试结果的屏幕显示；所述下位机(2)包括单片机(13)、信号变换电路(11)和继电器矩阵(12)；其中所述信号变换电路(11)包含多个分别对应于所述上位机(1)的多路函数卡(5)、多路静态电压信号源电路(6)和多路信号采集通道(70的各路输入/输出信号进行滤波、去耦，保护的电路，并将处理后的来自多路函数卡(5)的二路函数信号送至所述继电器矩阵(12)的多路函数信号输入端，将处理后的来自多路静态电压信号源电路(6)的多路静态电压信号源信号送至所述继电器矩阵(12)的电压信号输入端，将各来自继电器矩阵(12)的各测试通道的测试数据结果送至所述多路信号采集通道(7)；所述单片机(13)的RS-232串口通过双绞线与所述上位机(1)的工业控制计算机(4)的串口相连；并通过总线与所述继电器矩阵(12)相连；所述单片机(13)由8031单片机及其外围电路构成，完成对继电器矩阵(12)的控制和与上位机(1)的通讯；所述继电器矩阵(12)由可扩充至16×48单端继电器通道，每48个继电器节点连接成矩阵形式共有16个矩阵，每个继电器节点容量为24VDC，3A；上位机(1)对继电器矩阵进行编程控制将系统信号源和工作电源引入被测电子插件48芯的任何管脚，也可将其输出信号引入系统中进行测试；所述测试接口(3)包括捣固车接口(14)、稳定车接口(15)、非标准3U板测试接口(16)和电阻/电压采集通道(17)；其中所述稳定车接口(15)的数字信号端口通过总线与所述单片机(13)对应的输入/输出端相连，其模拟信号端口通过插头/座与所述继电器矩阵(12)相连；所述继电器矩阵(12)通过导线分别与所述捣固车接口(14)、非标准3U板测试接口(16)和电阻/电压采集通道(17)的各插脚相连；所述电源(21)包括产生+12伏直流电源、±15伏直流电源的第一电源电路(20)和与之相连的产生+5伏直流电源、+24伏直流电源的第二电源电路(19)，所述第一电源电路(20)和第二电源电路(19)的输出分别与所述单片机(13)、继电器矩阵(12)和信号变换电路(11)的供电端相连，为其提供直流工作电源。
2.如权利要求1的一种养路机械电子插件自动测试系统，其特征在于所述继电器矩阵(12)采用了二级矩阵来完成整个测试信号的切换，包括一级矩阵(23)和二级矩阵(22)，其中所述一级矩阵(23)为28×14的继电器矩阵，它的各继电器分别与所述多路函数卡(5)、多路静态电压信号源电路(6)和多路信号采集通道(7)的对应端口相连，其供电端与所述电源(21)的电源输出端相连；所述二级矩阵(22)与所述一级矩阵(23)相连，它是一个14×48的继电器矩阵，它的各继电器分别与所述测试接口(3)的对应接口相连。
3.如权利要求1或2的一种养路机械电子插件自动测试系统，其特征在于所述继电器矩阵(12)分成48个/块，每路信号对应一块继电器板，同一块继电器板上的每个继电器对应48芯插头中的一根插针，继电器的一对常开触点分别接到信号和其中的一根插针上。
4.如权利要求1或2的一种养路机械电子插件自动测试系统，其特征在于所述捣固车接口(14)为一个48芯插头座。
5.如权利要求1或2的一种养路机械电子插件自动测试系统，其特征在于所述稳定车接口(15)为一个96芯插头座。
全文摘要
一种养路机械电子插件自动测试系统，它包括上位机、下位机、测试接口和电源；其中上位机包括工业控制计算机、多路函数卡、多路静态电压信号源电路、多路信号采集通道、打印机、输入装置和显示器；测试接口包括捣固车接口、稳定车接口、非标准3U板测试接口和电阻/电压采集通道。该系统能根据各种车型上各电子插件正常工作时的各种参数，模拟给出相应的输入信号，作必要的人工干预后采集其输出信号和正常信号作比较，来判断电子插件的功能和精度。
文档编号G01R1/02GK1595174SQ20041004501
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月7日 优先权日2004年7月7日
发明者李石平, 王建宏, 李懿, 孙恩元 申请人:株洲时代电子技术有限公司