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，開發兼容型試驗裝置，實現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）采用地面數據預先存儲，運行中按交路調用，揭示數據發車前讀入，運行中檢索調用的數據車載模式，GYK地面數據和揭示數據在使用前均需進行運行模擬測試，目前GYK主機廠家產品軟、硬件均不兼容，本文探索一種兼容不同廠家GYK運行試驗環境的單一模擬運行試驗裝置關鍵技術的實現方法。

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

3.1 系統硬件總體構架

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

圖1 模擬器系統硬件示意圖

3.2 模擬器信號控制插件

3.2.1 MPU系統

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完成模擬器上述功能，如：

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

（2）內置6通道脈寬調制器（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）內置串行外設接口（SPI）總線，只要3線就可控制數模（D/A）轉換輸出，用以模擬壓力傳感器信號。

以壓力信號發生為例，介紹信號控制插件輸出模擬運行條件的原理。

3.2.2 壓力信號發生電路

通過信號發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轉換電路產生，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，MPU作為主機，D/A轉換命令、數據均通過三根信號線實現，SSEL從機選擇，是U20的片選信號，由MPU發出，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發出，是數據傳輸的時基。MOSI主機輸出從機輸入，是MPU發送U20接收的串行數據信號。U20按MPU控制輸出2路DC（0～5）V電壓，經U4構成的電壓/電流轉換電路變成（0～20）mA電流量，表示（0～1000）kP壓力信號。U4（LM258）是NS公司低失調電壓大電流運放。

圖2 壓力信號發生電路

信號發生器電壓/電流轉換電路原理如下：

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

根據運放原理：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

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送給DMI核心板，GYK在3×8模式工作時，將掃描鍵值轉換成相應格式發送到DMI核心板，轉換處理電路由NXP公司的ARM7 LPC1114實現，如圖3所示，U21由4位I/O口PIO3_0-PIO3_3工作在輸出狀態，完成鍵掃描輸出，6位I/O口PIO2_0-PIO2_5工作在輸入出狀態，完成鍵掃描讀入，處理后轉換成相應的數據格式，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，在用戶操作上僅采用一套統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、高性價比的數據校核試驗設備。

[1]周立功．ARM嵌入式系統基礎教程 [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[J]．北京：鐵道出版社，2007.

責任編輯：萬寶安

來稿日期：2016-09-27