LKJ2000检修指南

1、LKJ2000型监控记录装置检修指南1. 系统电路原理1.1 系统构成说明LKJ2000型监控装置车载系统主要由主机箱、显示器、事故状态记录器（选件）、速度传感器、压力传感器、双针速度表组成，其中显示器分数码显示器与屏幕显示器二种。装置主机采用双套热备冗余工作方式，由A、B二组完全独立的控制单元组成，每组单元都有完整的信号输入及控制输出接口模块，单元内部各不带CPU的模块之间采用VME并行总线与监控主机模块连接，不带CPU的模块包括模拟量输入/输出模块、数字量输入模块、数字量输入/输出模块及电源模块；带CPU的模块之间采用CAN标准串行总线连接，这些模块包括监控主机模块、地面信息处理模块及通信

2、模块。系统内部串行通信网络CAN也采用A、B组冗余方式。A、B组监控主机模块之间采用同步通信方式进行数据交换。主机箱与显示器及事故状态记录器之间采用与主机箱内部网络相同的双路CAN网络进行连接。系统框图如下：CAN(A)CAN(B)监控主机A监控主机B事故状态记录器显示器1显示器2地面信息A地面信息B通 信 A通 信 B电 源 A电 源 BVME（A）VME（B）模拟输入/出 A数字输入A模拟输入/出B数字输入B数字输入/出A数字输入/出B同步通信图1 LKJ2000型监控装置系统框图1.2 信号输入电路1.2.1 数字信号输入电路数字量输入信号包括机车信号点灯条件输入和机车工况信号输入。机车

3、信号输入为50V电平信号，取自通用式机车信号装置；机车工况输入为110V电平信号，取自机车控制回路。监控装置从通用式机车信号装置获得机车信号点灯条件后同时输入至数字输入插件A及数字输入插件B，经隔离等处理后分别输出至监控主机A及监控主机B。机车工况信号输入主机后，先经过过压抑制板处理（抗干扰），然后输入至数字输入/输出插件A及数字输入/输出插件B。机车工况信号输入见下图：机车控制回路过压抑制板数字输入/出A数字输入/出B机车工况图2 机车工况信号输入电路图1.2.2 模拟信号输入电路 1) 压力信号输入 装置可提供4路压力信号输入接口。在通常情况下，输入列车管压力信号、制动缸压力信号以及均衡风

4、缸压力信号各1路；有时根据不同的车型，需要输入2路制动缸压力信号或均衡风缸压力信号。压力信号采集全部采用相同的压力传感器TQG14型，各个压力传感器采用同一供电电源，此15V电源由A、B机电源插件输出的压力传感器电源并联后供给。 每路压力信号同时输入至A、B机模拟量输入/输出插件的压力信号接口。压力信号输入电路图如下：列车管压力传感器制动缸压力传感器均衡风缸压力传感器模拟量输入/输出A模拟量输入/输出B电源A电源B图3 压力信号输入电路图2） 速度信号输入装置可提供3路速度信号输入接口，在通常情况下，输入2路速度信号。速度信号取自安装在车轴上的TQG15型速度传感器，速度信号可取自1个或2个速

5、度传感器，如果采用相位防溜功能，则要求2路速度信号相位相差90。 2路或3路速度信号同时输入至A、B机模拟量输入/输出插件的速度信号接口。各个速度传感器采用同一供电电源，此15V电源由A、B机电源插件输出的速度传感器电源并联后供给。速度信号输入电路图类同压力信号输入电路图。1.3 信号输出电路1.3.1 数字信号输出装置提供6路常用制动控制输出及1路紧急制动控制输出，其中3路常用制动控制输出用于“卸载”、“常用”或“关风”、“减压”，另外3路备用。常用制动控制输出为继电器触点输出，输出容量为300mA（110V），可直接驱动常用制动装置放风阀， 并可根据要求采用常开触点或常闭触点方式输出。紧急

6、制动控制输出采用电压输出方式，输出容量为300mA（110V）。主机内A机与B机数字输入/输出插件中常用制动控制输出采用常开触点并联、常闭触点串联的联接方式，而紧急制动控制输出采用并联输出电压方式（注意：紧急制动控制输出不能直接驱动电力机车主断路器动作）。以卸载控制为例，常用制动控制输出联接方式如下图所示：卸载常开（1）卸载常开（2）（A机内卸载继电器）卸载常闭（2）（B机内卸载继电器）卸载常闭（1）图4 常用制动控制输出联接方式图 6路常用制动控制输出及1路紧急制动控制输出信号均经过过压抑制板处理，以防止外部110V回路干扰进入内部电路。1.3.2 模拟信号输出 模拟输出信号用于驱动双针速度

7、表，可驱动实际速度与限制速度及里程计，实际速度与限制速度驱动信号为020mA的电流信号，驱动信号为24V脉冲信号。双针速度表驱动信号由模拟输入/输出插件提供，其中实际速度与限制速度驱动信号经过继电器触点输出，以实现A、B机驱动切换。实际速度与限制速度信号驱动机车I、II端双针速度表采用串联的联接方式，里程计信号仅驱动机车I端双针速度表。在安装了数/模转换盒的情况下，双针速度表里程计也可由数/模转换盒驱动。I端端子排II端端子排限制速度信号地(-)实际速度信号地(-)里程计信号地(-)里程计信号(+)限制速度信号(+)3 4 5 6II端双针速度表T1T2T3T4实际速度信号(+)7 8 3 4

8、 5 6I端双针速度表图5 双针速度表接线示意图1.4 系统故障电路当主机A、B机同时故障时，将产生系统故障输出，一方面输出110V故障信号至显示器，驱动蜂鸣器报警，另一方面启动过压抑制板上3分钟延时电路，要求在3分钟内关闭主机电源，否则实施紧急制动。在出现系统故障时，将封锁A、B机制动控制输出，3分钟后紧急制动控制由过压抑制板完成。过压抑制板延时电路110V A机故障B机故障110V紧急制动显示器图6 系统故障电路图2 监控记录插件2.1 插件基本功能监控记录插件作为2000型监控装置的主机模块，是系统的核心部件。模块以32位微处理器MC68332为CPU，主要完成地面线路数据的存储与调用、

9、运行状态数据的记录与同步、控制模式曲线的计算、实时时钟的产生，并通过双路CAN串行总线或VME并行总线现实对系统其它模块的控制与管理。其它模块中带CPU的模块通过CAN网络与主机模块交换数据，而不带CPU的模块通过VME并行总线与主机模块联接。工作主机与热备主机之间的数据交换是通过同步通信实现的。记录用数据存储器与实时时钟器件采用非易失性存储器件，因而在无需外部电池情况下可实现数据的长期可靠保存。记录数据的转储通过RS232通信接口完成。2.2 主要功能模块监控记录插件的主要功能模块包括CPU模块（MC68332）、程序存储器与地面线路数据存储器模块（27C040）、记录数据存储器模块（DS1

10、250）、实时时钟模块（DS1386）、CAN通信接口模块（AN82527及82C250等）、同步通信模块、RS232通信模块以及VME并行总线接口模块。2.3.1 电路原理分析2.3.1 微处理器（MC68332）说明MC68332是32位集成化微控制器MCU（即单片机），它具有强大的数据处理能力及完善的外围子系统。其内部数据通道和运算硬件为32位，对外数据总线宽度为16位（D0D15）。 内部地址总线为32位，外部地址总线为24位（A0A23）。其智能化的定时处理器单元（TPU）可提供16个独立的通道（TP0TP15），用于进行与时间有关的操作（如速度脉冲信号的测量），其测量分辨率达0.2

11、us。内部队列串行模块（QSM）可实现高速串行同步与异步通信。12个片选输出端（CS0CS10，CSBOOT）可提供快速外部存储器或外部设备访问的能力。MC68332采用全静态、高速互补CMOS技术，最大功耗0.6W，工作频率为16MHz（最高可达25 MHz），采用132脚方形扁平塑料封装（PQFP）。其工作温度范围为-40+85。C。2.3.2 板内系统总线数据总线（D0D15）为三态双向信号，它为CPU和其他外围器件之间提供数据通道。数据总线可支持8位或16位数据传送（最大16位）。D15是数据总线的最高位。数据总线D0D7称之为低8位，数据总线D8D15称之为高8位。16位宽度的外部设

12、备与全部数据总线（D0D15）联接，8位宽度的外部设备则与高8位数据总线（D8D15）联接，这样所需传输周期数最少，并能保证CPU与外部设备的正确数据传送。地址总线（A0A23）为三态输出端，它为当前总线周期提供地址，由CPU驱动。A23为地址总线的最高位。当地址选通（AS）信号有效时，该地址有效。24根地址线可提供16M（224）的寻址空间。由于MC68332具有内部片选逻辑功能（无需外部地址译码），因而可为外部设备提供片选信号。片选信号包括CS0CS10，CSBOOT。片选信号的地址范围可通过软件编程实现，CSBOOT为含有用户复位向量和初始化程序的自引导EPROM芯片（U3，U4）提供片

13、选信号。 片选信号与地址总线结合共同完成对外部存储器或外部设备的寻址。 在本系统中控制总线主要包括数据选通（DS）、传输数据宽度（SIZ0，SIZ1）以及读/写（R/W）等。数据选通（DS）为低有效的输出端，是数据总线的选通信号。 在读总线周期期间，由CPU驱动DS信号，以使外部设备将数据输出到数据总线上供CPU读取。对于写总线周期，CPU发出DS信号表示数据总线上的数据有效，外部设备可以读走数据总线上的数据。传输数据宽度信号SIZ0和SIZ1表示在一个操作周期内需要传输的数据字节数，即数据宽度。SIZ0和SIZ1与传输的数据宽度的关系如下：SIZ0 SIZ1 传输的数据宽度 0 1 字节 1

14、 0 字 1 1 字节 0 0 长字 读/写（R/W）输出端由CPU驱动，它指明数据总线上数据传输的方向。在读总线周期期间，R/W信号为高电平，在CPU对外部设备写数据时，此信号为低电平。系统数据总线宽度为16位，外部设备数据宽度分16位和8位二种。CPU对16位宽度外设进行读操作时，将16位数据一次读出；对8位宽度外设进行读操作时，先将16位数据读出，由于外部设备则与高8位数据总线（D8D15）联接，CPU在内部去除低8位，取高8位数据。CPU对16位宽度外设进行写操作时，可一次将16位数据写入，也可将低8位数据（D0D7）或8位数据（D8D15）分别写入；对8位宽度外设进行单字节写操作时，

15、CPU将单字节数据同时放在低8位与高8位数据总线上，高8位数据被写入到外部设备中。 EPROM RAM逻辑电路16位外设低8位16位外设高8位16位外设低8位16位外设高8位8位外设CPU A0A23 D0D7 D8D15 CSBOOT CS1 CS2 R/W RD WRL SIZ0 WRH A0图7 监控记录插件框图对16位宽度外设进行读/写操作时的控制逻辑如下（WRL为低字节写信号，WRH为高字节写信号，RD为读信号）：信号 R/D SIZ0 A0 RD WRL WRH8/16位读操作 1 X X 0 1 116位写操作 0 1 0 1 0 0低8位写操作 0 0 1 1 0 1高8位写操

16、作 0 0 0 1 1 0（1：表示高电平，0：表示低电平，X：表示高/低电平）2.3.3 复位电路MC68332系统复位可分为外部复位和内部复位。外部复位包括上电复位及外部强制复位；内部复位包括CPU执行RESET指令以及内部监视器、定时器出现异常情况后引起的复位。CPU的RESET引脚信号线是一个双向信号线，既可由CPU复位外部电路，也可由外部电路复位CPU系统。外部复位电路DS1232一方面执行上电复位功能，另一方面在电源电压低于保护值4.6V时，将RESET信号拉低，使系统复位。当电源电压恢复正常时，低压保护电路使RESET信号恢复正常。当复位信号产生时，将同时复位CPU及外部设备，并

17、保护数据储存器（封锁片选信号）。2.3.4 CAN通信接口电路CAN通信接口电路主要包括CAN通信控制器、光电隔离器、CAN驱动控制器以及隔离电源组成。CAN通信控制器（AN82527）通过数据和地址端口与系统数据总线和地址总线相连，CPU通过数据总线对通信控制器进行数据的写入与读出。通信控制器根据设定的工作方式将需要发送的数据转换为串行数据通过串行接口（TX）发送出去，同时从串行接口（RX）接收串行数据并转换为并行数据供CPU读取。通信控制器串行接口（TX、RX）通过光电隔离（6N137）与CAN驱动控制器（82250）连接，同时通过隔离电源器件（DCP0105）向驱动控制器供电，从而达到外

18、部电路与内部电路的完全电气隔离。驱动控制器一方面将隔离后的串行发送数据转换为满足CAN标准电气规范的电平信号发送至CAN总线（CANH、CANL），另一方面将CAN总线数据转换为普通串行数据经过光电隔离后供通信控制器读取。在CAN总线CANH与CANL之间接有120欧姆终端电阻，以消除高速传输信号的反射。CAN通信接口电路框图如下： 通信控制器光电隔离 驱动控制器隔离电源 5V 5VA/B 数据总线 TX TX CANH 地址总线 RX RX CANL图8 CAN通讯接口电路框图2.3.5 同步通信接口采用同步通信接口实现双机（A、B机）热备冗余方式中工作机与热备机之间数据交换。CPU具备同步

19、通信接口，其引脚信号为：主出/从入（MOSI）、主入/从出（MISO）及同步时钟（SCK）。MC68332进行同步通信时，既可作为主机（M），也可作为从机（S），主机驱动同步时钟信号（SCK），从机接收同步时钟（SCK）。通常情况下，工作机充当主机，热备机充当从机。同步通信速率为1Mbit/s。主机与从机之间同步通信采用光电隔离方式进行隔离。由于工作机与热备机之间可以相互切换，因此主机与从机之间也可以相互切换。MOSI信号作为主机（M）是输出（MO）信号，作为从机（S）是输入（SI）信号，MISO信号作为主机（M）是输入（MI）信号，从机（S）是输出（SO）信号，SCK信号作为主机是输出信号（

20、SCKO），作为从机是输入信号（SCKI）。CPU通过主/从（M/S）信号控制同步通信接口的工作方式，M/S为低电平时同步接口以主机方式工作，为高电平时以从机方式工作。 同步通信接口作为主机的电路框图如下： 开关 控制HC244光耦隔离 MOSI MO SCK SCKO MISO MI图9 同步通讯接口电路框图 A、B机之间同步通信联接如下： A机 B机 MOA MOB SCKOA SCKOB MIA MIB SIA SIB SCKIA SCKIB SOA SOB图10 AB机同步通信联接图3 地面信息处理插件地面信息处理插件的功能实际上就相当于LKJ-93监控装置上的绝缘节检测插件，主要是完

21、成地面轨道电路绝缘节点的识别，为监控记录插件提供用以校正距前方信号机的距离绝缘节信号。此外插件还留有对轨道电路叠加信息处理（哈大线）电路的接口，完成对轨道叠加信息的利用。LKJ-93型监控装置的绝缘节检测插件对机车地面感应器信号采用模拟电路进行滤波，而我国铁路信号的制式相对比较复杂，有交流计数25、50、75Hz，移频、极频、UM-71等等，每一种制式又必须有与之相对应的滤波电路，因此造成电路相对复杂，且不能完全兼顾。为解决上述模拟滤波带来的诸多不便，在LKJ2000型监控装置中，采用数字信号处理（DSP）技术实现数字滤波。地面信息处理插件。其原理示意框图如下：图11 地面信息处理插件电路原理

22、框图3.1 插件的工作原理主处理器D1（TMS320F206）通过2路CAN总线与监控记录插件通信得到由监控记录插件发送来的当前轨道电路信号的制式、上下行等信息，D1（TMS320F206）根据此信息初始化相应的数字滤波器。CAN总线的硬件电路由CAN总线控制器D6、D7（AN82527）；高速光耦D8、D9、D10、D11（6N137），CAN总线收发器D12、D13（82C250）组成。高速光耦6N137作用是对外部信号进行光电隔离，以降低外界干扰对系统的影响。 来自机车地面信号感应器上的轨道信号经隔离放大器D17（ISO124）隔离后，输入到A/D转换器D3（TLC32044），D3对输

23、入的模拟信号采样并进行模数转换，输出的数字信号通过一个同步串行口输入到D1（TMS320F206），由它对输入的数字信号进行数字滤波，并判别绝缘节，发出过绝缘节信号。D1（TMS320F206）通过双端口RAM芯片D5（IDT7132）实现与轨道电路叠加信息处理单元的通信。3.2 插件的设计原理1主要芯片 主处理器（原理图中D1）。主处理器采用德州仪器TI公司生产的一种数字信号处理（DSP）芯片TMS320F206。TMS320F206结合了先进的哈佛总线结构、片内外设、片内存储器和高效专用的指令系统使TMS320F206具备以下优点： 32K16字的片内快闪EEPROM减少了系统的花费和促进

24、了最小化。 增强的TMS320结构设计提高了性能与多功能性。 F206芯片引脚与指令兼容与C203芯片。 F206 DSP的软件源代码兼容于C1x 和 C2x DSP且向上兼容与第五代DSP (C5x)。 新的静态设计技术降低了电源的消耗并提高了对辐射的承受能力。表1 TMS320F206处理器的特性 芯片 片内存储器 I/O口电源（V）时钟周期（ns）封装类型与引脚数量RAMROMFLASHEEPROM数据数据/程序程序程序串行并行TMS320F2062884K+256-32K264K550TQFP 100脚A/D转换芯片（原理图中D3）。A/D转换芯片采用的是TI公司生产的话带模数接口芯片

25、（简称AIC）TLC32044。该芯片集A/D与D/A于一体，具有两个模拟输入口和一个模拟输出口，最高采样频率19.2K，A/D与D/A转换精度为14位。芯片的主要特点是：软件可编程，其工作方式的设定、输入滤波器带宽、采样频率等参数的设定均可由主处理器通过软件设定。TLC32044与TMS320F206通过各自的同步串行口直接连接，中间不需要任何外围电路。CAN总线控制器（原理图中D6、D7）。CAN总线控制器采用的是INTEL公司生产的AN82527。AN82527是一种执行CAN总线协议的高性能的串行通信芯片，它支持标准CAN2.0A和扩展CAN2.0B两种工作模式。AN82527的数据/

26、地址总线接口可灵活地配置成与各类8位和16位数据/地址总线复用或分离的CPU连接。与80C31等CPU不同，DSP芯片TMS320F206的数据与地址总线是完全分离的，为了方便连接，并减少电路开支，本插件采用AN82527作为CAN总线的控制器。双端口RAM（原理图中D5）。双端口RAM采用目前使用较多的高速4K字节双端口静态RAM IDT7132。IDT7132具有两个独立的端口，各自具有一套相应独立的数据、地址与控制总线，允许两个端口独立、异步地对存储器的任何单元进行存取操作。当两个端口同时对存储器中的同一单元进行存取操作时可由其内部仲裁逻辑决定优先权。 2TMS320F206外围芯片地址

27、分配 表2地址外围芯片I/O寻址空间数据存储器寻址空间A15,A14A13A12A11A10A0A15 A0CANA（D6）000-CANB（D7）001-面板指示灯010-双口RAM（D5） 4 通信插件通信插件的功能：1. 通过CAN总线,按LKJ2000型通信协议与LKJ2000型监控主机板通信。 2. 通过RS485总线,按LKJ93A通信协议与TAX监测装置通信。 3. 预留RS485总线接口,实现与列车总线通信。4. 预留HDLC总线接口，将实现与机车信号或地面点式信息接口。 通信插件以8位单片机80C320为核心器件组成。该单元主要设有80C320单片微机最小系统、2路CAN总线

28、接口、2路RS485总线接口、1路HDLC总线接口，由48芯插头、96芯插头通过机箱内母板与监控主机板相联系，并通过机箱后背板专用插座与监控主机板等通信。 4.1 CPU总线和总线上的外围芯片 主CPU采用DALLAS公司的DS80C320。该芯片与MCS-51系列完全兼容，但在相同的晶振频率与代码条件下，运行速度比原51系列平均提高2.5倍。控制总线AD0-AD7A0-A15 U1 (80C320) A15-A8AD7-AD0 PSEN/ RD/ WR/ U3HC573U227C256(程序)U662256(外存)D15SAF82526(HDLC总线) U13 U14 SJA1000(CAN

29、总线) 图12 CPU总线和总线上的外围芯片U2为程序存储器，容量为32K，用于存放通信程序。U6为静态RAM存储器，容量为32K，可使用的寻址范围16K。作为程序运行的中间结果缓冲区。U15为HDLC接口芯片。U13、U14为CAN接口芯片。 80C320的P0.7P0.0作为数据总线AD7AD0直接与程序存储器27C256（U2）、静态RAM 62256（U6）、HDLC接口芯片SAF82526 （U15）、CAN接口芯片SJA1000（U13、U14）相连80C320的P2.7P2.0直接构成高8位地址总线A15A8。80C320低8位地址总线则通过HC573（U3）锁存后输出。P3.0

30、、P3.1用于RS485总线接口,它按LKJ93A通信协议与TAX监测装置通信。P1.2P1.3用于扩充通信接口，作为预留RS485总线接口,实现与列车总线通信通信。 P3.4用于控制监视器（DS1232），激活由DS1232芯片构成的外部WATCHDOG，以增强程序的抗干扰能力。DS1232芯片具有电压监视、软件执行监视和外部复位功能。DS1232的2、3腿皆接+5V。这样电压监视为4.5V，WATCHDOG时间为1.2s。软件执行监视电路在程序正常时，由CPU输出的上升沿脉冲激活DS1232内的看门狗。一旦被触发，DS1232的第5脚维持低电平，但必须在1.2s内再次触发。否则将引起DS1

31、232复位，第5脚产生一个脉冲宽度为250ms复位信号。 控制总线有RD、WR、PSEN/和ALE。4.2 选片信号及地址译码范围 通讯记录单元具有一片程序片U2（27C256），其选片输入端接地，由80C320的程序存储器读选通信号PSEN/来进行对该芯片的访问。 静态RAM存储器U6（62256），其选片输入端接高位地址A15。 对于挂在80C320总线上的其它芯片如HDLC接口芯片SAF82526及CAN接口芯片SJA1000的片选信号则要提供选片信号。这些选片信号由三八译码器U5（74HC138）译码器产生。 三八译码器74HC138（U5）编码来控制。译码器的输入为A10A12，使能

32、控制断由A13、A14、A15控制。 表3 通信插件选片信号输入输出所选芯片使能选择A15A14A13A12A11A10100000HDLC_CSU15:SAF82526100001CAN0_CSU13:SJA1000100010CAN1_CSU14:SJA1000 有关地址译码范围：表4 通信插件地址分配表名 称信号说明地址范围外部RAMA150000-7FFFHHDLC总线HDLC_CS8000-83FFHCAN-A总线CAN0_CS8400-87FFHCAN-B总线CAN1_CS8800-8BFFH4.3 通信接口 在通信插件中设有的通信接口：2路CAN总线接口、2路RS485总线接口、

33、1路HDLC总线接口。为提高电路的抗干扰能力，通信接口对外皆采用光电隔离。接口外部电路通过隔离电源DC/DC模块进行供电。 1）两路CAN总线：两路CAN总线的电路是一致的：U13、U7、U8、U11及有关外围电路组成第一路CAN总线；U14、U9、U10、U12及有关外围电路组成第二路CAN总线。以第一路为例说明CAN总线的电路原理。 CAN总线的电路部份包括：CAN控制器、光电隔离和控制接口等。CAN控制器采用了PHILIPS公司的SJA1000（即U13），CAN控制接口芯片采用了PHILIPS公司的PCA82C250（即U11）。 SJA1000是具有完成CAN通信协议所要求的全部特性

34、，经过简单总线连接的SJA1000可完成CAN总线的物理和数据链路层的所有功能。它是应用于汽车和一般工业环境的独立CAN总线控制器。 作为CAN总线收发器PCA82C250目的是进一步提高SJA1000的总线驱动能力。 2)HDLC总线：HDLC总线总线由U15、U23、U17、U22、U21、U20、U16及有关外围电路组成。 HDLC是High level Data Link Control的缩写，也叫高级数据链路控制。U15（SAF82526）具备两个全双工HDLC通道，两个独立的波特率发生器，具备内部时钟发生器外接4M晶振XTAL4，由23、U17及U22、U21、U20、U16组成R

35、S485/422通道。光电隔离器（6N137）U23、U22、U21、U20用于RS485/422总线的内/外部电路之间的隔离。通信接口芯片U17、U16采用MAX487E。将用于实现与点式信号或机车信号接口。 3）RS485总线：具备两路半双工通信RS485总线。一路已实现与TAX2监测装置通信，由U24、U25、U26、U18及有关外围电路组成；另一路预留与列车总线通信。由U27、U28、U29、U19及有关外围电路组成。光电隔离器（6N137）U24、U25、U26、U27、U28、U29用于RS485/422总线的内/外部电路之间的隔离。通信接口芯片U18、U19采用MAX487E。5

36、 模拟量输入/输出插件 本插件是压力传感器（三路）、速度传感器、转速传感器、原边电流、电压互感器、加速度传感器及双指针式仪表与监控插件之间的接口。把速度传感器、转速传感器输入的信号进行调整处理后送到监控主机插件，并把压力传感器（三路）、原边电流、电压互感器、加速度传感器输入的信号进行调整处理经模数转换后送到监控主机插件，同时通过VME接口进行数模转换并进行调整后驱动双指针式速度表和里程计。5.1 频率量输入 1）运行速度VT0VT2 VT0VT2来自机车上的光电式传感器。三路信号经滤波和保护电路后由施米特比较器整形成方波，方波通过光电隔离整形后供监控CPU进行频率采样并经比例运算之后换算为机车

37、速度值km/h。 图13 速度输入接口框图 以VT0一路信号为例，VT0经R53、C38组成的低通滤波和经D1、D2的保护电路后，由LM139J构成的施米特比较器整形成方波，方波通过OP5（TLP521-4）光电隔离整形后供监控主CPU（MC68332）进行频率采样并经比例运算之后还原为机车速度值km/h。 2）柴油机转速 柴油机转速ESI来自柴油机上的测速电机，其频率为025Hz（对应于01500转/分）。其接口框图及电路与速度通道类似。5.2 模拟量输入 模拟量输入（四路压力传感器、原边电流、电压互感器、加速度传感器输入、自检信号）的信号进行调整处理经模数转换器U4：AD1674转换后送到

38、监控主机插件1）压力信号 四路压力传感器信号GY0GY3。GY0、GY1O、GY2O、GY3O分别为列车管压力、制动缸压力、均衡风缸传感器的电压输出信号，压力传感器的变比为1000KPa（或800KPa）:5V。压力信号GY0、GY1、GY2O、GY3O经过RC滤波，GY0O、GY1O、GY2O、GY3O送至模数器U4：AD1674。2） 原边电流、电压信号 图14 原边电流、电压接口框图 原边电流、电压（FCI、FVI）来自电流、电压互感器。信号通过RC滤波后送到LM124组成的差动输入级（A12：A、A11：A），以提高输入阻抗。再进行全波整流，其脉动信号通过RC滤波后经输出级（A12：D

39、、A11：D）输出（FCO、FVO）送至模数器U4：AD1674。 3）加速度信号 通过装配在该插件上的加速度板上的加速度传感器检测到纵向加速度，其输出直接送至模数转换器U4：AD1674。 4）模数转换电路 经调整的信号管压信号（ GY0O、GY1O、GY2O、GY3O）、原边电流电压信号（FIO、FVO）、加速度信号（JSDO）及自检信号（GY4O）经多选一开关（A10：ADG508）再经隔离放大器（A7：ISO124）送至12位A/D转换器（U4：AD1674）进行模数转换，输出至监控主机；监控主机通过检测GY4O（2.5V）来对模数转换电路进行自检。 图15 模数转换电路 采用了多路模

40、拟转换开关，便可以公用隔离放大器和AD转换器。在AD转换器进行转换时，多路转换器就可以搜索下一通道。输入通道的切换是通过采用模拟集成开关ADG508实现的。ADG508为单端8选一多路模拟开关，其内部包含8路模拟通道(如图2)。其主要参数为：导通电阻Ron=300(25)；导通电阻温漂0.6；开关时间为：ton=200ns;toff=200ns。通过监控主机CPU过来（VME总线）高位数据总线D13D15经U5（74HC574）锁存和OP2OP4（4N25）光耦隔离对ADG508地址译码端(A0A2)进行地址译码，其使能端(EN)始终为高电平，就可以实现8路通道的切换。信号经模拟多路开关切换后

41、，进入同一个隔离放大器（A7：ISO124）。 ISO124隔离放大器的内部结构见图16。 在输入侧，输入信号VIN经调制后，以数字量的形式由差分电容耦合到输出侧。调制过程通过切换100A、200A电流源来实现。在输出侧，数字信号解调并滤除解调过程中产生的纹波，还原为模拟量信号输出。 VOUT 经200k电阻反馈到加法器与100A、200A电流源综合，从而使得 VOUT平均值正比于VIN 。输出端的采样保持器则用于滤除解调过程中产生的固有纹波。由于采用了数字化调制手段，隔离栅的性能不会影响到模拟信号的完整性，所以有较高的可靠性和良好的频率特性。 ISO124不需要外接其它元件就可以工作。其线性

42、度优于0.01%，带宽50kHz。输入侧和输出侧各需要一组15V电源（4.518V) 图16 ISO124隔离放大器的内部结构 采用的模数转换器AD1674。AD1674是高精度12位逐次逼近型快速ADC芯片，其内部包含采样保持电路。采样速度为10s。AD1674的电源电压要有较好的稳定性和较小的噪声，噪声大的电源就会产生不稳定的代码，所以它对地接一个钽电解电容C49和一个独石电容C50滤波及去耦。该AD转换器有一个片选信号CS（第3脚），它低电平时选中该芯片；有一个使能信号CE（第6脚），它高电平时使该芯片进行读操作和转换；有一个启动信号输入端R/C（5脚）。负脉冲触发后，AD开始转换。上述

43、三信号是通过监控主机CPU过来（VME总线）高位数据总线D8D10（VME总线）经U5（74HC574）锁存输出。有一个转换完成信息STATUS（第28脚）：当它为0时，表示转换完成；等于1时，表示转换正在进行。转换完成后，AD1674向监控主机CPU发出中断请求信号。转换后的12位数字量和相应的状态信息接到两片三态双向总线收发器74HC245上，监控主机CPU读取数据和状态信息进行处理。 5）原边功率的检测 原边电流、电压信号经RC滤波和差动放大器输出FCA、FVA送至功率乘法器（A2：AD7755）输出FPO通过光电隔离送至监控主机进行原边功率计算。 AD7755内部包含两路模数转换器（A

44、DC），一个基准电压源和用来计算有功功率的全部信号处理电路。AD7755还包含直接驱动机电式计度器（即电能记录器）的数字频率转换器（F1、F2）和用于校验和通信的高频脉冲输出电路（CF）,该板只采用高频脉冲输出电路产生频率信号FP，信号FP是两个输入电压信号乘积的时间平均值 成正比，它经OP6光电隔离送监控主板CPU采样处理。5.3 模拟量输出 图17 驱动双针速度表输出 采用的数模转换器AD7247A。AD7247A含双路（分A、B两路）12位D/A转换器。每一路是一种带双缓冲寄存器的D/A转换器；第一级缓冲由1个高8位输入寄存器和1个低4位输入寄存器组成，第二级缓冲由1个12位DAC寄存器

45、（LATCH）组成；最后一个是一个12位的D/A转换器；每一路输出自带放大器实现电流转换成电压输出。结构框图如图所示。由第19脚写信号WR/、片选信号第18脚CSA/、第17脚CSB/组合控制选用A路还是B路D/A转换器。第1脚REFOUT为内部参考电压+5V输出，它接第24脚REFIN，第23脚ROFSA和第2脚ROFSB分别为A、B路D/A转换的输出偏置电阻，它们接地（GND），第21脚VOUTA和第3脚VOUTB分别为A、B路D/A转换的电压输出，范围为010V。 A、B路D/A转换的电压输出分别经A5、A6芯片（ISO124）隔离输出至由A4（MC33178P）构成的V/I变换电路，V

46、/I变换电路以电流源方式控制机车双针速度表。电压/电流变换的比例为6V:20mA（满刻度值）。当SYSFALL*为“0”时，Q3（2N5551）输出U5OC/为高电平，使U5（74HC574）禁止输出，输出高阻态，SZBQH为高阻态使Q2截止，通过12V继电器RL1A、RL1B控制禁止双针速度表驱动信号输出。 当SYSFALL*为“1”时，Q3（2N5551）输出U5OC/为低电平，使U5（74HC574）允许输出，当监控主机CPU计算走行1公里，通过监控主机CPU过来（VME总线）高位数据总线D13D15的D12经U5（74HC574）锁存输出一个100ms宽的方波信号LC，该LC信号经OP

47、1（TLP627-2）光电隔离控制三极管Q1（2N5401）输出24V驱动里程计。6 数字量输入插件设计说明 数字量输入插件，是完成机车信号输入（50V）隔离与电平转换的接口，并将转换后的电平送到数据总线，供监控主机采样用。插件共有16路信号处理电路。其中12路已经应用于L、LU、U、U2、UU、HU、H、B、SD1、SD2、SD3、ZS、JYJ等机车信号，这些机车信号在数字量输入面板上对应灯的顺序分别为1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B、7A。其余3路备用。 为了提高电路的抗干扰能力和进行电平转换，50V机车信号先通过光电隔离后，经过74HC14整形后，通

48、过并行输入接口，再输入到VME数据总线，供监控主机插件读取。16路信号输入的处理电路原理和参数完全一致，现以L灯信号号的处理过程为例，见图18，说明其工作原理：图18V33、V34起整流作用，R17和R18有限流作用，C32做滤波用，V25防止极性接反时毁坏元器件，稳压管Z9起抗干扰作用。当有50V绿灯机车信号输入时，根据基尔霍夫回路定律，我们可以估算OP3光电二极管中约有3mA的电流通过时，光电三极管导通，5V电压经过R53和电容C9滤波，再送到D3施密特非门整形，D3输出脚为低电平，发光二极管LD9（面板指示灯1A灯）亮，表示有50V绿灯机车信号输入，最后经D5（三态双向总线收发器），送到

49、数据总线供CPU读取。D5为74HC245三态双向总线收发器，其第19脚为低电平时，输出才跟随输入。即50V机车信号经过电平转换后，保证主机接收到的为正确的信号，即便信号前沿有一点高压，74HC14前的电容C9也能够抑制住。电路设计保证当输入在80%100%额定电压时，做输入逻辑“1”处理；当输入在低于60%额定电压时，做逻辑“0”处理，以避免误信号。电路设计包含有光电输入的自检电路，当AM1为0，WRITE为1，D1D0为10时，各路指示灯全亮。监控主机的CPU通过选片信号和数据总线读到各路光电输入的状态。在监控主机，片选信号CS5和地址线A13A14A15通过三八译码器给出变址地址信号AM

50、1（CS8）选中数字量输入板。在实际应用中，给了50V绿灯信号，如果发现面板指示灯1A灯不亮，先检查D8的输出脚是否为低电平，如果是低电平，肯定LD1坏；如果是高电平，检查该通道回路中的元器件V33，R18，稳压管以及光耦和R53、非门D3应该有被烧坏的元器件，换掉烧坏的元器件，则1A灯亮。7 数字量输入输出插件 数字量输入输出插件实现如下功能： 1)将机车工况等110V信号进行隔离和电平转换后送数据总线，并且各通道具有自检功能。 2)对数据锁存数字量输出控制信号，隔离后通过三极管控制继电器动作，并以继电器接点的形式控制机车进行紧急制动、常用制动等动作。开关量输出通道具有自检功能。 3)将系统

51、工作正常时监控板送来的“系统正常”脉冲转换成“系统故障信号”，控制系统故障输出使故障交权。7.1 数字量输入部分 通过稳压二极管提高机车条件信号输入门限和电阻限流分压后送光耦输入端，光耦隔离后，经74HC14整形后送数据总线。其中机车工况开关量5路，分别是零位（LW），向前（XQ），向后（XH），牵引（QY），制动（ZD）；备用110V信号3路。每路信号电路图原理和参数都一致，原理示意如图19所示，电阻R和稳压管Z的取值保证80额定输入电压，光耦导通，60额定输入电压，光耦的发光二极管截止。图19 数字量输入部分原理示意 数据低2位D0、D1锁存出自检控制信号，通过光耦隔离驱动三极管送出110V机车条件信号输入通道的自检信号110VCS。该输入部分原理详见数字量输入插件的说明。7.