引言

      機車電子控制柜是機車(SS4G、SS6B等型號的機車)控制電路的核心，其主要功能是實現機車的牽引、制動控制及空轉、滑行保護控制等。由于整個電子控制柜由很多個模擬、數字電路插件板組成(絕大多數為模擬電路板)，其本身就是一個極其復雜的電子設備，再加上其長期工作在高溫、振動和強磁的惡劣條件下，因而造成了機車電子控制柜的故障發生率極高(竄車、無流等故障)。而且診斷難度很大。傳統的監測方法是依靠一些儀器儀表，按照跟蹤信號逐點尋跡的思路，依靠人的邏輯判斷來判定設備的故障所在，該方法效率低，實時性不強，不能實時監測機車電子柜的運行狀態。因此，設計一個機車電子柜的實時監測系統是提高機車檢修效率和行車安全的關鍵。

1系統結構原理

      本系統可由信號調理電路、信號采集板和存儲發送單元組成。電子柜信號經信號調理電路轉換成采集板可以采集的信號后，經信號采集板采集后，再通過CAN總線發送到存儲發送單元，然后通過標準RS-485接口發送到診斷單元進行故障診斷。數據采集也可以通過U盤從USB接口中取出，以便用到地面分析處理系統。整個系統的結構框圖如圖1所示。

2信號調理電路設計

      通常電子控制柜的狀態信號有三種：模擬信號、開關量信號和脈沖信號。考慮到電子柜的重要性與特殊性。信號采集的前提條件是絕對不能對電子柜的實際工作產生干擾，因此，在信號采集前，必須對信號進行隔離。同時，考慮到插槽中的模擬信號較小，為了保證采集數據的精度，這些較小的模擬信號還需進行適當的放大。

2．1模擬信號調理電路

       模擬信號的隔離調理可由運放構成的電壓跟隨器來完成，電壓跟隨器的特點是輸入阻抗高，可降低外加電路對電子柜系統的干擾，實現信號隔離。隔離運放可選用專用隔離運放，器件參數主要應考慮輸入阻抗等。由于待采集的模擬信號范圍為1～8 V不等，為保證數據的可靠性，這些信號在采集前還需進行適當的放大，具體放大倍數應根據A／D轉換器的參數確定，一般為1～10倍，運放的選擇也應視實際情況而定。其中一通道的模擬信號調理電路圖如圖2所示。

2．2開關信號調理電路

       開關信號都是司機給定和電子控制柜發出響應的信號，或系統發出的比較慢的指令信號，這些信號高電平時為5 V，低電平為0 V，本設計使用TLP521-4來進行光電隔離，其開關信號隔離電路如圖3所示。當KGI為高電平時，光藕截止。此時可通過3.3 kQ的下拉電阻R3使整形電路74HCl4的輸入為低電平；而當KGI為低電平時。光耦導通，整形電路74HCl4的輸入變為高電平。R2直接與電子控制柜信號相連接，可起保護作用。該電路的實驗測試結果表明，在直接測量整形后的電路時，其Ton=12μs，toff=35μs，可見其可以滿足系統開關信號的采集要求。

2．3脈沖信號調理電路

       脈沖信號是電子控制柜產生的三段橋晶閘管觸發信號，具有高頻、高速等特點。其信號隔離需采用高速光電隔離器隔離，本系統選用高速光耦為6N137，其高速光電隔離電路如圖4所示。

       由于晶閘管的觸發脈沖是周期為40μs，占空比為50％的信號，而6N137的實驗參數測量結果大約為：ton=50 ns；toff=50 ns，由此可見，其可以滿足系統需求。

3信號采集電路設計

       本系統采用的是以Philips公司生產的的P87C591單片機為控制核心的信號采集系統。P87C591是一個單片8位高性能微控制器。該器件具有片內CAN控制器，它采用強大的80C51指令集，并成功的包括了sJAl000型CAN控制器的PeliCAN功能。由于單片機P87C591中內嵌有CAN控制器sJAl000的信號輸出口且驅動能力較低，因此，本系統中加入了CAN總線接口驅動芯片P82C250，該器件主要是為高速通訊應用而設計的，它可對總線提供差動發送能力，并對CAN控制器提供差動接收能力。另外，為了增加通信距離，保護總線、降低干擾，提高系統的瞬間抗干擾能力，本設計還在P87C591和P82C250之間加入了由高速光耦6N137構成的隔離電路。其具體的CAN總線接口電路如圖5所示。