基于虛擬儀器的ZPW2000接收器測試儀的設計

安志凱，李嘉懿

（西南交通大學 信息科學與技術學院， 成都 610031）

ZPW2000型無絕緣軌道電路的接收器用于對主軌道電路移頻信號解調，配合與發(fā)送端相連接的調諧區(qū)短小軌道電路的檢查條件，動作軌道繼電器，實現(xiàn)與受電端相連接的調諧區(qū)短小軌道電路移頻信號的解調，給出短小軌道電路執(zhí)行條件，并將其送至相鄰軌道電路接收器。此外接收器還能檢查軌道電路是否完好，可減少分路死區(qū)長度，用接收門限實現(xiàn)對BA斷線的檢查。

1 測試儀工作原理

基于虛擬儀器的接收器測試儀設計分為硬件設計和軟件設計兩個部分。通過外接電源和信號源向接收器供電，提供標準的ZPW2000制式信號，由數(shù)據(jù)采集卡將接收器產生的數(shù)據(jù)輸入計算機，通過軟件部分對數(shù)據(jù)進行處理、分析及顯示。在整個測試過程中，軟件部分通過編輯不同的邏輯指令，控制硬件繼電器切換矩陣來選通接收器的不同端口，實現(xiàn)對接收器的各種功能的檢測，其工作原理如圖1。

圖1 接收器測試儀工作原理圖

2 硬件設計

測試系統(tǒng)的硬件部分包括：個人計算機、數(shù)據(jù)采集卡、信號源、電源以及繼電器切換矩陣等。

2.1 個人計算機

個人計算機是測試系統(tǒng)軟硬件的載體，根據(jù)軟硬件的要求，本設計選用Intel core2 主頻為2.86 GHz的CPU，1 G內存，120 G硬盤，19 inch液晶顯示器。

2.2 數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡是硬件的重要組成部分，主要完成指令的傳輸和數(shù)據(jù)的采集、存儲，本設計采用PCI6221多功能數(shù)據(jù)采集卡，該板卡基于PCI總線，具有即插即用的特點，使用方便，其技術指標見表1，滿足系統(tǒng)要求。

表1 PCI6221多功能數(shù)據(jù)采集卡技術指標

時鐘：1 MHz。

驅動軟件：NI-DAQ max for Windows 2000/NT/XP。

2.3 信號源、電源

高精度的信號源對于取得準確的接收器測試數(shù)據(jù)至關重要，本設計選用HP33120A型任意波形信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器具有波形穩(wěn)定、精度高的特點。

軌道電路接收器的工作電壓為直流24 V，設計中采用一款24 V直流電源為接收器供電，保證接收器安全工作。

2.4 繼電器切換矩陣

繼電器切換矩陣用于切換選通接收器的端口，達到對接收器各功能測試的目的。在繼電器切換矩陣中設計鎖存器、寄存器和繼電器矩陣，定義多個邏輯指令，該指令最終由軟件發(fā)送，控制繼電器矩陣的切換。

3 軟件設計

軟件設計中使用了LabVIEW 8.2，該軟件與其他計算機語言采用基于文本語言產生代碼的形式不同，LabVIEW 8.2采取的是一種圖形化編輯語言編寫程序，產生的程序是框圖的形式。使用該語言編程時，基本不寫程序代碼，取而代之的是圖形形式的控件或框圖。它利用高性能模塊化硬件，通過改變軟件編程實現(xiàn)不同儀器儀表的功能，使用戶根據(jù)需要定義和制造各種儀器，充分發(fā)揮計算機強大的數(shù)據(jù)處理功能，可把測試變得更為方便靈活。Lab VIEW集成了滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)，是一個功能強大且靈活的軟件，可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程更為生動直觀。

接收器測試儀軟件部分設計可分兩個部分，即測試程序部分和人機交流部分。測試程序部分主要用于完成對硬件設備的尋址、為測試臺繼電器切換矩陣提供運行指令、對采集到的數(shù)據(jù)或信號信息進行處理等功能，該部分根據(jù)不同的功能設計了相應的功能模塊；人機交流程序部分主要完成用戶常設項定義和測試界面兩種功能，在用戶測試界面程序中要調用測試程序，并顯示測試程序處理的結果。

3.1 測試程序設計

測試程序部分主要包括邏輯指令生成模塊、算法模塊等。

3.1.1 邏輯指令生成模塊

根據(jù)硬件設計中定義的邏輯指令以及用戶選擇的測試項目自動生成邏輯指令表，使繼電器矩陣動作，完成選通接收器不同功能端口的作用。圖2為接收器主機小軌道靈敏度測試的指令表生成程序，該程序編制運用Lab VIEW中數(shù)組控件、邏輯運算控件以及表格存儲控件，把驅動各部分硬件動作的指令進行邏輯運算，生成邏輯指令表后存儲，便于執(zhí)行程序時調用。

3.1.2 算法模塊

主要完成對采集到的數(shù)據(jù)信息進行處理分析并作出判斷的功能，根據(jù)測試項目的不同，該部分設計采用不同的算法，編寫不同功能的算法模塊。該模塊主要包括應變時間算法模塊、靈敏度算法模塊、載頻通帶寬度算法模塊、低頻通帶寬度算法模塊以及負載電壓算法模塊。圖3為載頻通帶寬度算法模塊的程序，在該部分程序的設計中預先編寫一個運算程序生成子模塊（VI），當算法模塊運行時可以直接調用該子VI，使整個程序更為簡潔直觀，便于日后的修改和優(yōu)化處理。

圖2 接收器主機小軌道靈敏度測試的指令表生成程序

圖3 載頻通帶寬度算法模塊程序

3.2 人機交流程序設計

主要包括用戶常設項定義和用戶測試界面兩個模塊。

3.2.1 用戶常設項定義模塊

用于設定并存儲若干經(jīng)常測試的項目，存儲好的項目可以在用戶測試界面模塊中被調用，測試時只需選擇常設項測試即可由程序自動完成對常設項的測試，不必每次對測試項目進行選擇，設計較為人性化。在該部分的設計中使用了Labview的樹形圖控件和子面板控件，簡單直觀，圖4為選擇了“主機小軌道應變時間指標”的用戶常設項設置界面。

圖4 “主機小軌道應變時間指標”的用戶常設項設置界面

3.2.2 用戶測試界面模塊

根據(jù)用戶選擇的測試項目，調用指令表生成模塊生成驅動繼電器切換矩陣動作的指令，選通接收器相應的端口，由數(shù)據(jù)采集卡將接收器產生的數(shù)據(jù)信息采入系統(tǒng)，通過算法模塊的處理分析最終實現(xiàn)測試結果的顯示，該模塊仍使用樹形圖控件和子面板控件，樹形圖控件顯示測試的項目，子面板顯示測試結果，樹形圖方式的設計可以使測試項目時刻顯示，方便用戶觀察或更改測試項目，子面板的設計則使用戶直觀實時測試結果。

其中，設置了即時測試和常設測試，即時測試可由用戶選擇當前需要測試的項目，常設測試是已存儲好的由用戶在用戶常設項定義模塊中預先定義的測試項目，這一設計方便了用戶靈活地選擇測試項目。圖5為選擇了“主機小軌道應變時間指標”的測試界面。

圖5 “主機小軌道應變時間指標”的測試界面

4 結束語

采用虛擬儀器技術實現(xiàn)的無絕緣軌道電路接收器測試儀具有測試精度高、速度快、工作穩(wěn)定的特點。接收器測試儀的研究實現(xiàn)為未來無絕緣軌道電路其他設備測試儀的研發(fā)奠定了基礎，采用虛擬儀器技術的設計思想也為無絕緣軌道電路測試方法的研究開拓了思路，對保障鐵路設備可靠工作具有一定的現(xiàn)實意義。

[1]趙會兵. 虛擬儀器技術規(guī)范與系統(tǒng)集成[M]. 北京：清華大學出版社，2003.

[2]王 鵬，李開成. 軌道電路移頻信號檢測系統(tǒng)的軟件設計[J]. 儀器儀表用戶，2008（2）：66-67.