CN216747942U - 无线设备控制电缆综合测量记录仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线设备控制电缆综合测量记录仪，包括主机和副机；主机主要由数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块、主机电源模块和显示模块组成；副机主要由副机多线束切换/线路控制模块和副机电源模块相互连接组成。该装置可用于机车电缆或普通电缆在日常检修维护，它能有效解决在遇到电缆疑似故障时无法进行***检测和检修费时费力的问题，可以极大提高日常检修效率，减少工作人员的工作量，杜绝与因电缆老化、损坏等造成的一系列问题。

Description

无线设备控制电缆综合测量记录仪

技术领域

本实用新型属于无线设备控制电缆检测装置，尤其涉及一种无线设备控制电缆综合测量记录仪。

背景技术

无线设备控制电缆是指连接无线信道主机和主控制终端之间的信号传输电缆。当其出现故障时，将无法将控制信号有效传送到无线信道主机，致使信道机无法正常工作，进而可能造成通信事故。由于铁路使用的特殊性，线缆架设于使用现场，或在机车不同位置或在车站不同机房，不易于拆卸，端口距离较远。经过调研，目前在使用现场(机车或车站上)，各铁路局都没有有效测试手段进行测试，只能拆卸后用万用表对其进行简单的通断测试，或发生故障时才进行整体更换。国内外也没有针对机车电缆的专用测量工具，此类电缆问题曾在多个铁路局出现，造成了大量人力物力的浪费，严重时还会造成机车无法准时完成检修作业。

以下是这两种检修方式及其存在问题：

1.人工使用万用表进行上车检查。

①需要两个人同时操作或者制作简易的延长线进行检查，检查过程中需要在电缆两端来回进行触点切换，整个检查过程费时费力。

②只能对被测电缆进行简单的通断测量。

③在进行混线检查中将耗费更多的时间进行手工的轮循检查。

④若遇到电缆接触不良时，该方式无法准确的进行检查。

2.采用更换电缆的方式，将电缆拿到工区检查。

①需调动多个部门进行配合才能将疑似故障电缆从众多其他电缆中取下。

②在更换的过程中，还可能破坏其他正常电缆。

③更换下来的电缆只能使用万用表进行简单的检查，无法对电缆参数进行真实有效测量。

④若遇到电缆是接触不良的问题时，该方式无法准确的进行检测。

⑤多线测试时候，需要派人不停倒换，十分麻烦，如混线测试需要测试36组。

以上两种方式均是在电缆已经发现疑似故障时的解决方案，不仅浪费大量人力物力，还无法提前发现问题，存在着极大的安全隐患。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种方便实用、准确可靠的无线设备控制电缆综合测量记录仪。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

无线设备控制电缆综合测量记录仪，包括主机和副机；主机主要由数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块、主机电源模块和显示模块组成，数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块依次连接，主机电源模块分别连接数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块和显示模块，显示模块分别连接数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块；副机主要由副机多线束切换/线路控制模块和副机电源模块相互连接组成。

主机和副机通过无线方式连接并传输数据。

主机采用37芯标准航空插头作为被测电缆接口，采用2.5dBi增益、433Mhz可弯折胶棒天线作为无线数据传输天线，采用DB9接口作为数据传输接口，主机电源模块和副机电源模块为锂电池。

针对目前铁路局无线设备控制电缆检修存在的问题，发明人设计了一种无线设备控制电缆综合测量记录仪，包括主机和副机；主机主要由数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块、主机电源模块和显示模块组成；副机主要由副机多线束切换/线路控制模块和副机电源模块相互连接组成。该装置可用于机车电缆或普通电缆在日常检修维护，它能有效解决在遇到电缆疑似故障时无法进行***检测和检修费时费力的问题，可以极大提高日常检修效率，减少工作人员的工作量，杜绝与因电缆老化、损坏等造成的一系列问题。

附图说明

图1是本实用新型无线设备控制电缆综合测量记录仪的模块结构示意图，图中：1数据采集模块，2数据处理及存储模块，3主机多线束切换/线路控制模块，4主机电源模块，5显示模块组成，6副机多线束切换/线路控制模块和7副机电源模块，8主机，9副机。

图2是电阻数据采集基本电路图。

图3是多线束切换/线路控制模块stc8f2k08s2C电路图。

图4是数据处理及存储模块CD4067B(4a)和74HC595D(4b)电路图。

图5是ULN2003示意图。

图6是数据处理及存储模块AT24C512(6a)和SD2403(6b)引脚图。

图7是通断/混线测量基本原理图。

图8是电阻测量基本原理图。

图9是绝缘测量基本原理图。

图10是本实用新型使用时近端、远端和被测量电缆形成的回路图。

具体实施方式

一、基本结构

如图1所示，本实用新型的无线设备控制电缆综合测量记录仪，包括主机和副机，主机和副机通过无线方式连接并传输数据。主机主要由数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块、主机电源模块和显示模块组成，数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块依次连接，主机电源模块分别连接数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块和显示模块，显示模块分别连接数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块；副机主要由副机多线束切换/线路控制模块和副机电源模块相互连接组成。上述***模块来源信息如表1：

表1***模块来源

二、***模块及功能

主机采用37芯标准航空插头(公头)作为被测电缆接口，可通过转接线测量37线及以下的各种线缆；并采用2.5dBi增益、433Mhz可弯折胶棒天线作为无线数据传输天线，传输方案采用E61-TTL-50无线传输，其频点为433MHz，发射功率50mw；采用DB9接口作为数据传输接口，通过一根USB转DB9的数据线可和电脑端的数据管理平台进行数据传输，也可通过电脑端的数据管理平台操作设备。

主机电源模块和副机电源模块为DC8.4V锂电池，并使用AC220V-DC8.4/1A直流充电器进行充电，满电情况下主机可提供不低于4小时的使用时间，副机可提供不低于24小时的使用时间，设备在长时间(预设5分钟)待机情况下将自动关机。

主机中设备采用ARM Cortex-M3内核的STM32F103VET6和STM32F103CBT6为主控芯片，副机中采用ARM Cortex-M3内核的STM32F103CBT6为主控芯片。

2.1数据采集模块

采用4线法进行电阻数据测量。其使用高精度恒流源，调节输出450mA电流，通过一个0.125Ω/1‰的检流电阻后输出到被测线，采样芯片为24位高精度8通道同步采样差分输入AD芯片，其数据速率高达125ksps，过采样率最高位4096，参考电源采用内部低漂移(9ppm/℃)1.2V参考电压。其基本电路如图2所示。采集的数据通过数据处理及存储模块进行计算、判断、整理、记录并显示在显示屏上。

2.2主机/副机多线束切换/线路控制模块

设备在测量过程中需要测量每一根线束的电阻值，因此需要切换各个测量点的位置，主机设备(近端)采用OMRON G5V-1、OMRON G6K-2F-Y、STC8F2K08S2、ULN2003、74HC595D和CD4067B配合完成整个线束的切换工作。

OMRON G5V-1为单刀双掷信号继电器，尺寸为12.5mm*7.5mm*10mm，动作及复位时间5ms以下，电气寿命10万次以上，使用温度-40-+70℃。OMRON G6K-2F-Y为双刀双掷信号继电器，尺寸为5.2mm*6.5mm*10mm，动作及复位时间3ms以下，电气寿命10万次以上，使用温度-40-+70℃。

STC8F2K08S2(图3)是采用sop16封装的单片机，其拥有8Kb的Flash程序存储器(10万次)，2Kb的SRAM，设备使用该芯片作为单根线束的切换主控板，用于控制单根线束的继电器开关状态。

CD4067B是数字控制模拟开关，具有低导通阻抗，低截止漏电流和内部地址译码的特征，具有16通道开关，可通过不同的编码进行控制，工作温度在-40-+85℃，该芯片通过一个8位串行输入、平行输出的位移缓存器74HC595D(工作温度范围-40-+125℃)来控制，而主控芯片通过控制74HC595D(图4)间接控制CD4067B(图4)。

副机设备(远端)则是采用74HC595D和SOP-16封装的ULN2003(图5)共同进行配合，完成对继电器的控制，实现线束的切换。其中ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN复合晶体管组成，每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

2.3数据处理及存储模块

数据存储采用的是4个AT24C512芯片(图6)共同完成，它通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。4个AT24C512分别存储12线标准测量数据、12线快速扫描数据、37线快速扫描数据和机型信息。设备的时间记录采用的是SD2403(图6)实时时钟芯片。

2.4显示模块

显示模块采用5寸彩色显示屏，分辨率为480*272，采用16位并口的接口方式，工作温度-20-+70℃，刷新频率60Hz，窗口尺寸113.3mm*65.25mm。显示屏为非触控显示屏，可用作人机交互主窗口，显示设备的必要信息和测量结果。

三、工作原理及过程

本实用新型的无线设备主控电缆测量记录仪可实现分体测量无线设备控制电缆的通断、电阻、混线、绝缘的功能及参数，根据设备相关信息对测试测量数据绑定存储，利于数据的统计分析。设备可配备相应数据管理平台，通过平台可对设备数据进行上传、删除、时间校正等一系列操作，在电脑端的数据可进行打印、删除、备份、保存(电子档)等一系列操作。

设备测量过程中主要分为三个部分：通断/混线测量、电阻测量、绝缘测量，这三部分均涉及线路、通道、测量点的切换。

3.1通断/混线测量

通断/混线测量的基本原理如图7所示。

在进行通断测量时，CD4067B端口全部接通，CD4067B默认选中无效端口，远端继电器全部接通，此时主控相应IO口取消浮空，依次轮询高低电平，检查相应线束的通断情况。

在此，只单独介绍12线标准测量的情况。原理是一个十六进制的数里面包含16个0或1，只取低12位作为有效数据，每一位对应一根线的情况，其中0为正常，1为异常。首先将1号线设为推挽输出，电平置为0，其他线号全部设为上拉输入，正常情况下，电平应该全部为0。1号线数据为0000 0000 0000 0001(0x0000|0x0001)，2号线为0000 0000 0000 0010(0x0000|0x0002)，3号线为0000 0000 0000 0100(0x0000|0x0004)，依次轮询测量后将12根线的数据全部取与(&)，可得数据0x0000，可判定全部线束均正常。若2号线出现异常(断路)时，此时1号线的数据为0000 0000 0000 0011(0x0002|0x0001)，2号线的数据为00001111 1111 1111(0x0FFD|0x0002)，3号线的数据为0000 0000 0000 0110(0x0002|0x0004)，依次轮询测量后将12根线的数据全部取与(&)，可得数据0x0002，可判定2号线异常，其余正常。

混线测量时CD4067B端口全部接通，CD4067B默认选中无效端口，远端继电器全部断开，此时主控相应IO口取消浮空，依次轮询高低电平，检查相应线束的混线情况。

混线测量和通断测量的原理一致，只是处理结果刚好相反，此时1为正常，0为异常。首先将1号线设为推挽输出，电平置为0，其他线号全部设为上拉输入，正常情况下，电平应该全部为1。并且混线的数据是以数据的形式进行存储，存储的单个数据作为最后的结果。1号线数据为0000 1111 1111 1111 1111(0x0FFE|0x0001)，2号线数据为0000 11111111 1111(0x0FFD|0x0002)，3线数据为0000 1111 1111 1111(0x0FFB|0x0004)，依次轮询测量后将12根线的数据全部进行单独的识别，并显示在显示屏上，因为每一个数据均为0x0FFF，可判定全部线束均正常。若1号和2号线出现异常(混线)时，1号线数据为0000 11111111 1101(0x0FFC|0x0001)，2号线数据为0000 1111 1111 1110(0x0FFC|0x0002)，3号线数据为0000 1111 1111 1111(0x0FFB|0x0004)，依次轮询测量后将12根线的数据全部进行单独的识别，并显示在显示屏上，因为1号线数据为0x0FFD，即第2位数据为0，可判定2号线和1号线混线，2号数据为0x0FFE，即第1位数据为0，可判定1号和2号混线，这和预估的情况是一致的，而3号线数据为0x0FFF，可判定为正常。

在混线测量中，还需要对线束的基本情况进行判定，即判定线束是否是断路了的，若线束本身就是断路的，则不需要进行混线检测，因为这是一个重复的操作，即线路混线时，通断测得的数据在取与(&)后是正常的，而单独的断路在混线检测时也是正常的，因此首先对通断进行检测，检测完毕后进行混线检测，短路的线束标记为0xF000，可以在之后的检测中用于显示判断。

3.2电阻测量

电阻测量的基本原理如图8所示。

在进行电阻测量时，需要不断计算现在的线束分配情况，并根据之前的测量结果(通断/混线测量)进行实时的调整，数据采集时采用同步采集的方式，避免应采集时间不同造成的误差。

在此，只做通断/混线测量时正常情况的说明。以测量2号线电阻值为例，设备首先是进行线束分配，当设备准备测量2号线时，需要将1号线作为接地线，3号线作为回传线，查找完毕后将线束编号和类型按照一定格式进行重组，分别发送到远端和数据处理及存储模块，数据处理及存储模块收到数据后启动恒流源输出，分配测量通道，将数据处理后分发给全部多线束切换/线路控制模块，多线束切换/线路控制模块接收数据后识别数据编码并比对自身编码，当编码一致则处理数据，控制继电器分配线路，远端收到数据后同样解析数据，然后生成具体编码，控制74HC595D和ULN2003来操作继电器进行线路分配。按照此时的情况，远端需要接通1、2、3号线，近端启动恒流源后将测量通道选定2、3通道，并将1号线恒流源地选通，2号线激励源接口和CD4067B接口选通，3号多线束切换/线路控制模块CD4067B接口选通。做完一切后等待主控命令，主控等待线路分配完毕后发送数据请求命令，数据处理及存储模块接收命令后立即测量相关数据，测量结果进行初步的采样筛选后组装数据发送给主控，主控接收数据后进行下一步处理。

3.3绝缘测量

绝缘测量的基本原理如图9所示。

在进行绝缘测量时，需要轮询计算线束的分配情况，并且切换激励源为电压源，设备采用12V电源作为输入，这个值参考的是机车设备上正常使用时的工作电压，在数据采集时，使用24位高精度AD采集器，并配合低至9ppm/℃的高精度参考电源，实现准确的电压值采集。

在此，只做1号线测量情况说明。以测量1号线绝缘值为例，设备首先是进行线束分配，当设备准备测量1号线时，需要将1号线作为激励源，其余线依次测量，此时主控将命令分发给远端和数据处理及存储模块，远端收到命令后断开全部继电器，数据处理及存储模块收到命令后启动高压激励源、分配测量通道，将数据处理后分发给全部多线束切换/线路控制模块，多线束切换/线路控制模块接收数据后识别数据编码并比对自身编码，当编码一致则处理数据，控制继电器分配线路，此时将1号线的激励源接口选通，2号线的高压选通接口选通。做完一切后等待主控命令，主控等待线路分配完毕后发送数据请求命令，数据处理及存储模块接收命令后立即测量相关数据，进行初步的采样筛选后组装数据发送给主控，主控接收数据后进行下一步处理。

3.4设备无线信号同步

设备采用近端、远端的方式，将设备分为两部分，采用无线通信的方式来进行数据交换，并且在内部使用多组继电器，与被测量电缆形成回路(图10)，轮询测量，最大可测距离受限于线缆电阻，实际无线通信，在开旷地区可达1000米以上。

设备在运行时，近端和远端不断的进行数据交互，包括握手、电量信息、运行状态以及在测量过程中的控制命令。尤其是在测量过程中两端以固定的方式进行通信，并且在数据传输时需保证双方共同执行。

测量时，近端通过计算获取需要进行操作的线束编号，将编号按照一定格式进行分组打包后按照固定方式传输给数据处理及存储模块和远端，远端收到数据后反向分解，将数据处理为原始数据进行操作。数据处理及存储模块接收数据后现将数据进行反向分解，再重新组合成单个带有特殊标记的数据，现将这些数据解析成命令后控制相应的器件(74HC595D、CD4067B、激励源)，再通过一条挂有多个多线束切换/线路控制模块的数据线传输出去，多线束切换/线路控制模块在接收到数据后首先判断数据格式，这些数据中包含了操作编码，若数据中的编码和多线束切换/线路控制模块内部数据编号一致，多线束切换/线路控制模块则接收全部数据并按照数据中包含的信息进行相应的单线束控制，从而实现对不同线束的自由切换。

在线束切换完毕后，主控会发送数据请求命令，数据处理及存储模块收到信息后立即控制板载硬件读取当前数据，数据读取后也会经过一个特殊的编码过程，将数据转换为固定格式，再将数据返回主控，在这个期间，主控会一直等待数据处理及存储模块的数据返回，返回数据后主控会判定数据是否正常并根据数据来进行下一步操作，这样，整个设备即可在测量过程中保证数据的正常和测量的同步。

Claims (3)

1.一种无线设备控制电缆综合测量记录仪，其特征在于包括主机和副机；所述主机主要由数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块、主机电源模块和显示模块组成，数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块依次连接，主机电源模块分别连接数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块和显示模块，显示模块分别连接数据采集模块、数据处理及存储模块、主机多线束切换/线路控制模块；所述副机主要由副机多线束切换/线路控制模块和副机电源模块相互连接组成。

2.根据权利要求1所述的无线设备控制电缆综合测量记录仪，其特征在于：所述主机和副机通过无线方式连接并传输数据。

3.根据权利要求1所述的无线设备控制电缆综合测量记录仪，其特征在于：所述主机采用37芯标准航空插头作为被测电缆接口，采用2.5dBi增益、433Mhz可弯折胶棒天线作为无线数据传输天线，采用DB9接口作为数据传输接口，主机电源模块和副机电源模块为锂电池。

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