基于微机监测的故障信号研究与应用

摘要

微机监测系统实时不间断监测、显示和记录信号设备的工作状况，为电务维修工作提供重要支持。电务维修人员通过学习了解更多的监测信号曲线，及时分析、判断故障原因，排查隐患，也是微机监测的重要功能。但是在实验室条件下，无论是场地空间还是成本因素都无法再现一个车站的信号设备，无法为微机监测系统提供大量的信号源，尤其是难以获得各种各样的故障信号，难以发挥学习微机监测的作用。
　　论文由此出发设计了一个基于微机监测的故障信号研究与应用平台，能为微机监测系统提供转辙机、轨道电路等信号设备在正常及有故障情况下的信号，为微机监测系统的学习提供支持。该应用平台分为硬件部分故障信号发生器、功率放大电路和软件部分故障信号发生系统两部分，论文的研究基于应用平台的软硬件设计展开。
　　故障信号发生器是应用平台的核心内容，采用具备DAC、PWM输出、CAN通信等功能的嵌入式芯片STM32F103ZET6作为核心处理器，能输出ZD6直流转辙机、S700K交流转辙机的道岔动作电流信号以及25Hz相敏轨道电路信号，论文完成了故障信号发生器的电路原理图设计及PCB制作;为了使信号能达到微机监测的要求，论文还设计了LM3886功率放大电路放大输出的信号。软件方面，论文基于嵌入式系统开发移植了μC/OS-Ⅱ实时操作系统和emWin图形支持系统，通过μC/OS-Ⅱ实现多任务调度，协调各个信号的发送，用emWin在2.8寸触摸液晶屏上设计了用于选择信号和显示信号波形的人机交互界面;论文还利用C＃语言设计了上位机软件故障信号发生系统，通过CAN总线控制故障信号发生器发送信号。故障信号发生器和故障信号发生系统都能直接通过CAN总线向监测站机发送信号数据。
　　论文最后用示波器和微机监测系统测试了故障信号发生器输出的信号，测试结果表明故障信号发生器能够输出多种类型的故障信号，可以接受故障信号发生系统的控制发送信号;故障信号发生器和故障信号发生系统都能向站机通过CAN总线发送信号数据，应用平台整体达到了预期目标。

目录

声明

致谢

摘要

序言

1 引言

1．1 信号微机监测系统

1．2 信号微机监测维修

1．3 国内外研究现状

1．4 论文研究的意义

1．5 论文主要内容与结构

2 基于微机监测的故障信号研究与应用平台

2．1 应用平台方案设计

2．2 通信方式选择

2．2．1 CAN总线

2．2．2 微机监测中CAN总线通信协议

2．3 应用平台硬件方案设计

2．3．1 核心芯片选型

2．3．2 故障信号发生器方案设计

2．4 应用平台软件方案设计

2．4．1 嵌入式操作系统选择

2．4．2 嵌入式图形界面选择

2．4．3 软件方案设计内容

2．5 本章小结

3 应用平台硬件设计

3．1 故障信号发生器设计

3．1．1 故障信号发生器原理图

3．1．2 最小系统模块

3．1．3 复位电路

3．1．4 LED电路

3．1．5 引出I／O口

3．1．6 电源接口模块

3．1．7 USB串口／下载电路

3．1．8 DAC输出模块

3．1．9 PWM输出模块

3．1．10 CAN通信模块

3．1．11 TFTLCD模块

3．2 电路板制作

3．2．1 PCB制作

3．2．2 焊接与调试

3．2．3 电路板实物图

3．3 放大电路设计

3．3．1 整流滤波电路

3．3．2 功率放大电路

3．4 本章小结

4 应用平台软件设计

4．1 嵌入式系统开发环境的搭建

4．1．1 μC／OS-Ⅱ移植

4．1．2 emWin移植

4．2 故障信号发生器初始化程序设计

4．3 道岔动作电流故障信号模拟的软件设计

4．3．1 道岔动作电流监测原理

4．3．2 ZD6转辙机道岔动作电流模拟的软件设计

4．3．3 S700K转辙机道岔动作电流模拟的软件设计

4．4 轨道电路故障信号模拟的软件设计

4．4．1 轨道电路的监测原理

4．4．2 25Hz相敏轨道电路信号模拟

4．5 CAN通信程序设计

4．6 微机监测故障信号发生系统设计

4．7 本章小结

5 应用平台验证测试

5．1 故障信号发生器验证测试

5．1．1 ZD6转辙机道岔动作电流信号测试

5．1．2 S700K转辙机道岔动作电流信号测试

5．1．3 25Hz相敏轨道电路信号测试

5．1．4 与站机之间的CAN通信测试

5．2 微机监测故障信号发生系统验证测试

5．2．1 与故障信号发生器之间的CAN通信测试

5．2．2 故障信号发生器控制测试

5．3 本章小结

6 总结

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集