转辙机拉力测试装置的制作方法

1.本实用新型属于仪器仪表技术领域，具体的说，涉及了一种转辙机拉力测试装置。


背景技术：

2.目前地铁上对道岔的检测，使用的是拉力传感器、电流传感器，均为有线的传感器，通过航空插头接在主机上。由于传感器导线较长，当需要对多个检测点进行检测时，操作和连接不方便。另外，道岔的检测点非常多，采用有线连接的话接口较多、导线经常使用，容易发生导线内部导线断线等故障，尤其是对于测量可动部件等应用场景，导线较长更是增加了故障点风险。再者，由于现场检修过程对时间要求严格，检修作业时间有限，延长作业时间将影响列车运行。减少中间环节，减少装配接插件等环节有助于节省时间，提高作业效率。而且，有线传感器的检测只能连接到主机上进行操作和显示，无法单独工作，数据无法实时上传和检测。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种转辙机拉力测试装置。
4.为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
5.本实用新型提供了一种转辙机拉力测试装置，包括：测试主机、多个无线拉力传感终端、多个无线电流传感终端和手持终端；
6.所述无线拉力传感终端安装在被测转辙机的连接处，采集转辙机的拉力数据，并输出数字拉力数据；
7.所述无线电流传感终端安装在被测转辙机电机接线端子处，采集转辙机电机的电流数据，并输出数字电流数据；
8.所述手持终端、所述测试主机、所述无线拉力传感终端和所述无线电流传感终端任意两者之间通过蓝牙组网通讯；
9.所述手持终端和所述测试主机接收并显示各无线拉力传感终端和各无线电流传感终端采集的数据；
10.所述测试主机还设置有线接口，外接有线拉力传感器和有线电流传感器，以接收并显示各有线拉力传感器和有线电流传感器采集的数据。
11.基于上述，所述测试主机包括主控板，模拟板，以及用于提供电源的电池管理电路；
12.所述模拟板包括用于有线连接拉力传感器的拉力检测模块和有线连接电流传感器的电流检测模块；
13.所述拉力检测模块包括顺次连接的输入保护电路、第一信号调理电路、差分放大电路、第一反相比例放大电路和第一adc测量电路；
14.所述电流检测模块包括依次连接的信号缓冲电路、第二信号调理电路、第二反向比例放大电路和第二adc测量电路；以及依次连接的信号衰减电路、真有效值测量电路、同
相比例放大电路、第三adc测量电路；
15.所述主控板包括mcu主控模块和分别连接到所述mcu主控模块上的第一蓝牙模块、数码管显示电路、第一蜂鸣器、第一串行存储器、第一串口电路和第一usb接口。
16.基于上述，所述无线拉力传感终端和所述无线电流传感终端均包括终端电源板和终端主控板；
17.所述终端电源板包括usb充电接口、锂电池充电电路、3.7v锂电池、开关机电路、升压电路、降压电路、传感器供电电路和主控板供电电路；其中，usb充电接口、锂电池充电电路、3.7v锂电池、开关机电路、升压电路和传感器供电电路依次连接，用于为力传感器或电流传感器供电；主控板供电电路通过降压电路连接到升压电路，用于为终端主控板供电；
18.所述终端主控板包括mcu控制器和分别连接到所述mcu控制器上的第二蓝牙模块、tft显示屏、第二蜂鸣器、第二串行存储器、第二串口电路和第二usb接口。
19.本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：
20.本实用新型中手持终端、测试主机、无线拉力传感终端和无线电流传感终端任意两者之间通过蓝牙组网通讯，即各传感终端既可以独立工作，又可以组网工作，便于维修、年检时候测试，又可以在线持续检测设备运行状态，灵活性和操作性更强，使用更方便。
附图说明
21.图1为实施例1的转辙机拉力测试装置的原理框图。
22.图2为实施例1中测试主机的原理框图。
23.图3为实施例1中无线传感终端的原理框图。
24.图4为传感终端检测子程序流程图。
25.图5为测试主机的模拟板的拉力测量电路原理图。
26.图6为测试主机的模拟板的电流测量电路原理图。
27.图7为测试主机的电池管理电路的模拟5v电源电路。
28.图8为测试主机的电池管理电路的隔离电源电路。
29.图9为测试主机的模拟板输出fpc接口电路。
30.图10为测试主机的电池管理电路的电源开关机电路。
31.图11为测试主机的电池管理电路的dc-dc降压电路。
32.图12为测试主机的电池管理电路的ldo降压电路。
33.图13为测试主机的主控板的接口电路。
34.图14为测试主机的主控板的mcu主控模块电路。
35.图15为测试主机的主控板的按键接口电路。
36.图16为测试主机的主控板的数码管显示电路的lcd mcu显示屏接口电路。
37.图17为测试主机的主控板的蓝牙模块电路。
38.图18为测试主机的主控板的按键板电路。
39.图19为测试主机的主控板的数码管显示电路的ldo电源电路。
40.图20为测试主机的主控板的数码管显示电路的lcd屏的显示电路。
41.图21为无线拉力传感终端的终端电源板的mt3608升压电路。
42.图22为无线拉力传感终端的终端电源板的ams1117-3.3ldo降压电路及ref3025电
压基准电路。
43.图23为无线拉力传感终端的终端电源板的锂电池电源开关机电路。
44.图24为无线拉力传感终端的终端电源板的传感器信号衰减电路。
45.图25为无线拉力传感终端的终端电源板的usb充电电路。
46.图26为无线拉力传感终端的终端电源板和终端主控板的接口电路。
47.图27为无线拉力传感终端的终端主控板的mcu电路部分。
48.图28为无线拉力传感终端的终端主控板的mcu的电源供电电路部分。
49.图29为无线拉力传感终端的终端主控板的wh-ble103蓝牙模块。
50.图30为无线拉力传感终端的终端主控板的接口电路。
51.图31为无线拉力传感终端的终端主控板的液晶接口电路。
52.图32为无线拉力传感终端的终端主控板的串行存储电路。
53.图33为无线拉力传感终端的终端主控板的触摸接口电路。
54.图34为无线电流传感终端的终端电源板的usb充电电路。
55.图35为无线电流传感终端的终端电源板的mt3608升、降压电路。
56.图36为无线电流传感终端的终端电源板的锂电池电源开关机电路。
57.图37为无线电流传感终端的终端主控板的mcu电路部分。
58.图38为无线电流传感终端的终端主控板的蓝牙模块电路部分。
59.图39为无线电流传感终端的终端主控板的显示等其它电路部分。
具体实施方式
60.下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
61.实施例1
62.如图1所示，本实施例提供一种转辙机拉力测试装置，包括：测试主机、多个无线拉力传感终端、多个无线电流传感终端和手持终端；所述无线拉力传感终端安装在被测转辙机的连接处，采集转辙机的拉力数据，并输出数字拉力数据；所述无线电流传感终端安装在被测转辙机电机接线端子处，采集转辙机电机的电流数据，并输出数字电流数据；所述手持终端、所述测试主机、所述无线拉力传感终端和所述无线电流传感终端任意两者之间通过蓝牙组网通讯；所述手持终端和所述测试主机接收并显示各无线拉力传感终端和各无线电流传感终端采集的数据；所述测试主机还设置有线接口，外接有线拉力传感器和有线电流传感器，以接收并显示各有线拉力传感器和有线电流传感器采集的数据。
63.具体的，如图2所示，所述测试主机包括主控板，模拟板，以及用于提供电源的电池管理电路；
64.所述模拟板包括用于有线连接拉力传感器的拉力检测模块和有线连接电流传感器的电流检测模块；所述拉力检测模块包括顺次连接的输入保护电路、第一信号调理电路、差分放大电路、第一反相比例放大电路和第一adc测量电路，在其它实施例中，还可以包括传感器类型检测电路和第四adc测量电路；所述电流检测模块包括依次连接的信号缓冲电路、第二信号调理电路、第二反向比例放大电路和第二adc测量电路；以及依次连接的信号衰减电路、真有效值测量电路、同相比例放大电路、第三adc测量电路。所述主控板包括mcu主控模块和分别连接到所述mcu主控模块上的第一蓝牙模块、数码管显示电路、第一蜂鸣
器、第一串行存储器、第一串口电路和第一usb接口。
65.如图3所示，所述无线拉力传感终端和所述无线电流传感终端均包括终端电源板和终端主控板；
66.所述终端电源板包括usb充电接口、锂电池充电电路、3.7v锂电池、开关机电路、升压电路、降压电路、传感器供电电路和主控板供电电路；其中，usb充电接口、锂电池充电电路、3.7v锂电池、开关机电路、升压电路和传感器供电电路依次连接，用于为力传感器或电流传感器供电；主控板供电电路通过降压电路连接到升压电路，用于为终端主控板供电；
67.所述终端主控板包括mcu控制器和分别连接到所述mcu控制器上的第二蓝牙模块、tft显示屏、第二蜂鸣器、第二串行存储器、第二串口电路和第二usb接口。
68.图4为传感终端检测子程序流程图，无线拉力传感终端和无线电流传感终端均采用该流程图。如图4所示，传感终端自检完成后，加载预配置信息；当开始测量时，各检测电路工作，adc采集检测到的电压值，并根据配置信息对采集到电压值进行换算为数字值。当通讯已经连接时，通过已组网的蓝牙网络，发送数字数据到测试主机和手持终端进行显示，并判断是否停止测量。如果满足停止条件，结束该子程序。没有满足停止测量条件时，继续读取配置信息，执行上述流程。
69.实施例2
70.本实施例与实施例1的区别在于：提供了一种转辙机拉力测试装置的具体实现方案。
71.测试主机的模拟板
72.如图5所示为拉力传感器测量电路原理图，以p7端口一路为例，p7端口外接力传感器，2、3为外接力传感器的差分信号，d1型号psot05c为5v tvs管，用于输入信号的esd保护。电阻r14、r19和电容c13、c15构成rc滤波，r17为外接信号源的负载电阻，c14为滤波电容。ad620a为程控放大器，通过r13设置放大倍数，该差分输入信号放大倍数为66.8倍。输出信号通过u4的6输出，u2b构成反相比例放大电路，放大倍数为-6倍，输出信号经过u2b的7输出，经过r18和r15分压后从j1_1输出。
73.如图6所示，该电路为电流测量电路，d5为外部锂电池充电保护二极管，防止输入电压过高。d4为psot05c，5vtvs芯片，用于j1_13和j1_14的usb数据传输的esd保护。v 为 5v供电，v-为-5v供电，gnd为参考地。p1_1为外接的电流传感器接口，外部输入为模拟电压。u3a构成电压跟随器，u3b构成反相比例放大电路，最终从u3b的7管脚输出，r10和r7分压后从j1_5输出。ad736为真均方根直流转换器芯片，p1_1为外部输入电流信号，r2和r4分压后输入给u1的ad736，将p1_1输入电压值的瞬时值从6脚以直流量输出。r5为输入保护电阻，防止输入电压过高，u2a、r1、r3构成同相比例放大电路，最终从j1_4输出。
74.用于提供测试主机电源的电池管理电路
75.如图7所示，该电路为模拟5v电源电路，通过3v基准电压源作为基准电压，q1为npn三极管作为线性ldo的功率管，r26、r25为取样电阻，用于设定输出电压值。c17为滤波电容用于交流通路，降低交流分量的放大倍数，稳定输出电压。u5为运算放大器，c26为运放供电滤波电容，c16构成交流负反馈，降低反应速率。r21为三极管q1的基极电阻，用于基极限流。r23为发射极电阻，用于稳定静态工作点。r28为假负载电阻，用于电流泄放。c20为输出滤波电容，稳定输出电压；
76.如图8所示，该电路为隔离电源电路，输入vcc为电池供电电压，u10为wra0505s-3wr2隔离电源模块，输出正负5v电源。经过c38、c37、c44、c43滤波后给模拟板供电。u9为3v基准电压源芯片ref3030，经过c40、c39滤波后输出3v电源给模拟部分供电；
77.如图9所示，j1为模拟板输出fpc接口，用于和主控板连接。u8a、u8b、u8c、u8d为电压跟随器，vi1、vi2、vi3为拉力传感器的电压输入信号，经过电压跟随器的缓冲后，从j1_8、j1_7、j1_6输出；
78.如图10所示，该电路为电源开关机电路。p1为锂电池接口，u3为si4401bdy pmos管，用于控制电源开关。q3为电源开机控制三极管，当en_power为高电平时，三极管q3导通，u3的g极拉低使u3导通。r20和r21串联构成电压取样电路，c7为滤波电容，io_adcbat用于电源电源的取样采集。d5、d6为二极管，k1为开关机按键。当k1按下后，sw_power为低电平，u3的g极拉低使u3导通，同时io_swpower拉低，mcu检测到按键动作，mcu控制en_power输出高电平，使q3持续高电平，从而使u3持续拉低实电源持续导通。关机时，长按k1后，io_swpower拉低，mcu检测到按键动作，而此时en_power已经为高电平状态，松开k1后，io_swpower为高，控制en_power输出低电平q3断开，u3的g极恢复到高电平，从而实现u3的断开；
79.如图11所示，该电路为dc-dc降压电路，mp1593电路用于锂电池的电压降到系统的5v电压；
80.如图12所示，该电路为ldo降压电路，ams1117-3.3用于5v电压降到3.3v；
81.如图13所示，该电路为主控板的接口电路，用于和模拟板连接。j1_1为模拟输入电压，经过28和c15的rc滤波后输入到mcu的io_ad1接口。j1_1到j1_8各路相同。
82.测试主机的主控板
83.如图14所示，主控板的mcu主控模块电路，使用st公司的32位单片机stm32f429；
84.如图15所示，该电路为按键接口电路，q4为按键背光使能控制电路，当io_led为低时，q4导通，背光led亮。q5为蜂鸣器控制电路，当io_bz为高电平时，蜂鸣器bz1响，作为蜂鸣器状态指示；
85.如图16所示，该电路为lcd mcu显示屏接口电路，用于lcd显示屏和主控板的连接；
86.如图17所示，该电路为ble103蓝牙模块电路，q1为蓝牙模块供电使能控制mos管，当io_enble为低电平时q1导通。d2为蓝牙连接状态led，用于指示蓝牙模块工作状态；
87.如图18所示，该电路为按键板电路，j1为按键板的fpc接口。k1到k15为矩阵按键，使用锅仔片按键，使用pcb布局作为按键焊盘。d1到d9为背光led，用于按键板的背光指示；
88.如图19所示，该电路为液晶板的ldo电源电路，u1为ams1117-3.3用于将5v降压到3.3v。r2和d1、j4构成电源指示灯。r4、r5、r6、r7、r8、r9用于设置lcd id的配置，设置不同的lcd屏驱动模式；
89.如图20所示，该电路为lcd屏的显示电路，lcd屏使用lcdt351440al，j1为lcd mcu的fpc接口。r1和q1构成lcd背光驱动电路，通过bl_ctr调节背光亮度。
90.无线拉力传感终端的终端电源板
91.如图21所示，该电路为mt3608升压电路，将锂电池的3.7v升压到12v和5v；
92.如图22所示，该电路为ams1117-3.3 ldo降压电路，将5v降压到3.3v，为主控板供电；ref3025电压基准电路，将5v降压到2.5v，作为传感器的基准电压；
93.如图23所示，该电路为锂电池电源开关机电路，p4接锂电池，d4为肖特基二极管
ss34用于防反接保护。q1为si2301 pmos管，作为电源供电电子开关使用。当按键k2按下后，电流从r7、d2经过k2构成回路，q1的g极电位下降使q1导通。q1导通后bat得电，从而使后续电路供电。k2按键上的指示灯点亮，作为电源状态指示灯。系统正常运转后，mcu工作，控制power1输出高电平，控制q3点亮，从而实现供电只保持。当工作状态，按下k2按键后，r10和d5和k2构成通路，使power2由高电平变成低电平，mcu识别到电平变化从而控制power1由高电平变成低电平，从而实现关键操作；
94.如图24所示，r11为0r电阻，用于电路调试。r15和r2串联构成传感器信号衰减电路。r5和r6电阻分压，构成电池电压采集电路；
95.如图25所示，该电路为usb充电电路，type-c接口用于充电和usb通讯。锂电池充电使用slm4900锂电池充电芯片，r13用于设定充电电流。c13用于输出滤波，接锂电池。bat_stdby和bat_chrg将锂电池充电状态发送给mcu，识别电池充电状态；
96.如图26所示，为电源板和主控板的接口电路，r12和c14构成mcu的上电自复位电路，k1为复位按键。
97.无线拉力传感终端的终端主控板
98.如图27所示，为终端主控板的mcu电路部分，使用stm32f407vet6。r1和d1，r2和d2构成led指示电路，用于指示工作状态。c14-c20用于mcu供电的电源滤波。xtal2、c1、c3为rtc时钟晶振电路，r6、xtal1、c6、c7构成mcu的主晶振电路。r4、r3通过10k电阻接地，用于设置mcu的工作模式boot0和boot1为00。r7和c10构成上电自复位电路，key1外接电源板的外部按键复位电路。c11和c12构成内部的内核供电电源去耦；
99.如图28所示，为主控板的mcu的电源供电电路部分。3.3v电源经过二极管d3给u2b的vbat供电。纽扣电池bt1经过二极管d4后接u2b的6脚，用于内部的vbat 供电。u4为ref3033电压基准源芯片，将5v变成3.3v基准电压给mcu的vref 供电，作为adc采集的基准电压。p1为串口接口，p4为下载接口。npn三极管用于驱动蜂鸣器buzzer1，r10串联在三极管基极，用于驱动三极管，防止基极电流过大；
100.如图29所示，为wh-ble103蓝牙模块，c4为供电滤波电容。该模块通过jdtxd、jdrxd、jdcs和mcu通讯；
101.如图30所示，为主控板的接口电路，c24为5v的电源滤波电容，c9为3.3v的电源滤波电容。通过该接口实现主控板和电源板的接线连接；
102.如图31所示，该电路为主控板的液晶接口电路。q1为nmos管si2302ds，r11为g极串联电阻。leda和ledk为液晶屏背光的接口，r5为串联电阻，限制背光led最大电流。通过控制ldcpwm的频率从而驱动q1的导通频率，从而实现背光亮度的控制；
103.如图32所示，该电路为串行存储电路，w25q128为串行存储芯片，该芯片通过fcs、spi2miso、spi2sck、spi2mosi和主控通讯；
104.如图33所示，该电路为触摸接口电路，通过fpc排线和触摸连接。
105.无线电流传感终端的终端电源板
106.如图34所示，该电路为usb充电电路，type-c接口用于充电和usb通讯。锂电池充电使用slm4900锂电池充电芯片，r20用于设定充电电流。c16用于输出滤波，接锂电池。bat_stdby和bat_chrg将锂电池充电状态发送给mcu，识别电池充电状态；
107.如图35所示，该电路为mt3608的升、降压电路，将锂电池的3.7v降压到3.3v，将锂
电池的3.7v升压到24v；
108.如图36所示，锂电池电源开关机电路，p4接锂电池，d4为肖特基二极管ss34用于防反接保护。q1为si2301 pmos管，作为电源供电电子开关使用。当按键k2按下后，电流从r7、d2经过k2构成回路，q1的g极电位下降使q1导通。q1导通后bat得电，从而使后续电路供电。k2按键上的指示灯点亮，作为电源状态指示灯。系统正常运转后，mcu工作，控制power1输出高电平，控制q3点亮，从而实现供电自保持。当工作状态，按下k2按键后，r10和d5和k2构成通路，使power2由高电平变成低电平，mcu识别到电平变化从而控制power1由高电平变成低电平，从而实现关机操作。
109.无线电流传感终端的终端主控板
110.如图37所示，上图为mcu电路部分，主控使用stm32f030c8t6。c8、c9、c10、c11用于mcu供电的电源滤波。xtal1、c1、c3构成mcu的主晶振电路。r21和c6构成上电自复位电路。p1为mcu的下载接口；
111.如图38所示，u1为wh-ble103蓝牙模块，c2为供电滤波电容。该模块通过jdtxd、jdrxd、jdcs和mcu通讯；
112.如图39所示，q2为npn三极管用于驱动蜂鸣器buzzer1。r1串联在三极管基极，用于驱动三极管，防止基极电流过大；ca13461ah为共阳数码管，r2、r3、r4、r5为串联的限流电阻。q4、q5、q6、q7为npn三极管，当pin1为高电平时，q4导通，dig1该路数码管使能。a、b、c、d、e、f、g、dp为段码，当驱动段码的驱动位为低电平时，该段码点亮。
113.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。