铁路调车车载设备检测装置的硬件设计

■ 梁明亮

梁明亮：郑州铁路职业技术学院，讲师，河南 郑州，450052

《铁路主要技术政策》提出，铁路发展的总目标是实现铁路现代化，要采用先进的监控、检测诊断技术，逐步完善列车安全保障体系，实现对机车车辆的动态监测，提高设备的故障检查检测速度和准确率，以保障行车效率。基于ARM嵌入式技术的铁路调车系统车载设备检测装置研究项目旨在解决铁路调车作业时，当平调车载设备发生故障时，难以在短时间内对调车机上的平调主机、平调接口控制器（也称接口盒或接线盒）及列车监控装置接口电路及相关设备进行有效检测、诊断和故障分析的问题。

1 技术背景与主要设计原理

在铁路调车作业过程中，平面调车系统起着实现自动化选路、自动下达转动道岔命令、自动测量溜放车辆过岔速度、保证调车作业安全等重要控制作用。同时车载平调系统主机把信号状态、调车作业命令通过接口控制器（接口盒）及时传送给机车监控装置主机。当机车调车系统设备或监控设备出现故障时，车载设备技术人员一般在平调主机、平调接口控制盒、机车监控装置范围内查找故障，由于其原理及电路较复杂，难以快速准确地查找出存在故障的具体电路。

现有的故障诊断和排除方法通常有以下几种：一是通过简单的万用表检测，只能对设备损坏严重的情况进行判断，准确率很低；二是不经过严格检测直接更换平面调车控制盒或其他设备，使得检修面过大，增加维修费用；三是采用现有的功能单一的同类测试设备进行检测，这类测试设备绝大多数只能向平调控制盒发送简单的模拟信号，即只能对平调接口控制盒进行故障判断，不能对平调主机送来的信号进行分析，且此类检测产品技术手段落后，存在无触摸液晶屏、界面不友好、操作麻烦、功能简单等问题。使用此种设备进行故障检测，容易再次出现调车设备故障，影响调车作业效率。

所设计开发的检测装置采用便携式设计，重量轻；采用32位ARM系统，运算速度快，装置性能好；开发语音提示功能；采用触摸式高亮液晶显示屏，设计友好显示界面，方便现场技术人员操作；以先进的检测诊断技术对铁路平调主机输出信号、平调接口盒、列车监控接口电路进行全面故障检测，快速检测故障，提高检测的准确率。

检测装置由ARM7控制器、电源电路和语音模块、液晶及按键模块、信号输入/输出电路等接口电路组成。

2 ARM7控制器设计

ARM7控制器电路（见图1）。ARM7嵌入式微处理器为LPC2132，是PHILIPS 半导体公司推出的一个基于ARM7TDMI-S核、支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位微控制器。该处理器封装较小功耗极低，价格低廉，具有2个32位定时器、8路10位ADC、10位DAC、PWM通道和47个可承受5V电压的通用I/O接口，其在通信网络、工业控制和医疗系统得到了广泛的应用。

LPC2132为单电源供电，含有上电复位和掉电检测电路，CPU操作电压为3.0~3.6 V。本控制器采用3.3 V供电，系统时钟使用外部11.0592 MHz晶振，支持LPC2132微控制器芯片内部PLL及ISP功能，RST为系统复位按键，ISP为调试用功能键，J2为JTAG程序调试及下载端口。

3 接口电路设计

接口电路主要包括语音模块、液晶及按键模块、信号输入/输出电路等。语音和液晶电路见图2，信号输入输出电路见图3。

语音模块U4由集成电路WT588D和FLASH存储器25X16组成，LPC2132的第15、19、21脚分别作为数据线、检测信号和复位信号与WT588D相连接，SPK1、SPK2用于外接扬声器。WT588D为3.3 V供电，25X16为5 V供电。WT588D语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。WT588D让语音芯片不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足以取代复杂的外围控制电路。配套WT588D VioceChip上位机操作软件可随意更换WT588D语音单片机芯片的任何一种控制模式。语音模块有PWM音频和DAC音频2种输出方式：PWM音频输出为直接驱动扬声器的方式，扬声器两端接SP+和SP-，此状态输出时，SP+/SP-两端不可短路、不可接电容电阻到地。也可采用DAC音频输出方式，此时 PWM+/DAC端做音频输出，PWM-端腾空。DAC端接一个1.2 K电阻和104电容到地，再把音频输出给三极管8550构成的功率放大电路。

图1 ARM7控制器电路

图2 语音和液晶电路原理

图3 信号输入/输出电路

采用彩色液晶触摸屏和5个独立式按键作为装置显示和人机对话窗口。液晶模块分辨率为320×240，+3.3 V供电，采用16位并行标准8080数据接口，内置背光亮度驱动控制（PWM方式），内置SSD1289液晶控制器。SSD1289液晶控制器由16位并行数据接口、内部控制器和LCD驱动器组成。液晶数据传输方式为16位并行方式，LPC2132的16根I/O口线分别接液晶模块的数据线。

液晶模块底板带ADS7843触摸屏控制器。ADS7843是TI公司生产的四线电阻触摸屏转换接口芯片。它是一款具有同步串行接口的12位取样模数转换器。在125 kHz吞吐速率和2.7 V电压下，功耗为750μW。在关闭模式下，功耗仅为0.5μW。由于具有低功耗和高速等特性，被广泛应用在电池供电的小型手持设备上。触摸屏部分由触摸传感部件和触摸屏控制器ADS7843组成。触摸传感部件是一个四线电阻屏幕，屏上引出四根线，分别对应X轴和Y轴各两根。测量X方向的时候，将X+，X-之间加上参考电压Vref，Y-断开，Y+作为A/D输入，获得X方向的电压；同理测量Y方向的时候，将Y+，Y-之间加上参考电压Vref，X-断开，X+作为A/D输入，进行A/D转换获得Y方向的电压，之后再完成电压与坐标的换算，整个过程类似一个电位器，触摸不同的位置分得不同的电压。以上所需要的参考电压、A/D转换等工作由触摸屏控制器ADS7843直接完成的，微处理器LPC2132只需将相应的控制命令传输到ADS7843即可，以获得相应电压的数据。

信号输入/输出电路的主要功能为接收平调系统送入的各种信号、模拟输出人为设定的各种信号状态。U31(74HC245)、R300～R305、R310～R315、J3等元件构成信号输入通道，U31为双向驱动器，其第1引脚DIR设置为高电平（+5 V），A1-A6为信号输入端、B1-B6为信号输出端，即平调系统输入的信号经J3到U31的A1-A6，从B1-B6、R300～R305、R310～R315到LPC2132的数据口D0—D5。U32(74HC245)、R310～R315、J4等元件构成模拟信号输出通道，U32第1引脚DIR同样设置为高电平（+5 V），即在模拟信号输出工作状态时，信号从LPC2132的数据口D0—D5输出，经R310～R315、U32的A1-A6、B1-B6，最终从J4输出。

测试装置电源采用监控系统的+12 V直流电源供电。+5 V电路由三端集成稳压电路7805产生，+3.3 V电源由LM1117产生。

4 结束语

在铁路智能检测设备中，采用先进的ARM嵌入式技术、数字语音技术和液晶触摸屏技术，具有操作简便、界面友好、功能较强等优点。本检测装置采用便携式设计，重量轻，旨在解决铁路企业实际技术问题，满足了铁路沿线调车机平调及监控接口设备故障时的维修使用，对于提高检测速度和准确率有重要作用。设计开发完成后，已直接应用于铁路监控车间及车载设备维保部门，装置运行可靠，使用方便，验证了系统设计的可行性，有很好地推广应用价值和市场前景。

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