安志凱，李嘉懿

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 成都 610031）

ZPW2000型無絕緣軌道電路的接收器用于對主軌道電路移頻信號解調(diào)，配合與發(fā)送端相連接的調(diào)諧區(qū)短小軌道電路的檢查條件，動作軌道繼電器，實現(xiàn)與受電端相連接的調(diào)諧區(qū)短小軌道電路移頻信號的解調(diào)，給出短小軌道電路執(zhí)行條件，并將其送至相鄰軌道電路接收器。此外接收器還能檢查軌道電路是否完好，可減少分路死區(qū)長度，用接收門限實現(xiàn)對BA斷線的檢查。

1 測試儀工作原理

基于虛擬儀器的接收器測試儀設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個部分。通過外接電源和信號源向接收器供電，提供標(biāo)準(zhǔn)的ZPW2000制式信號，由數(shù)據(jù)采集卡將接收器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)輸入計算機，通過軟件部分對數(shù)據(jù)進行處理、分析及顯示。在整個測試過程中，軟件部分通過編輯不同的邏輯指令，控制硬件繼電器切換矩陣來選通接收器的不同端口，實現(xiàn)對接收器的各種功能的檢測，其工作原理如圖1。

圖1 接收器測試儀工作原理圖

2 硬件設(shè)計

測試系統(tǒng)的硬件部分包括：個人計算機、數(shù)據(jù)采集卡、信號源、電源以及繼電器切換矩陣等。

2.1 個人計算機

個人計算機是測試系統(tǒng)軟硬件的載體，根據(jù)軟硬件的要求，本設(shè)計選用Intel core2 主頻為2.86 GHz的CPU，1 G內(nèi)存，120 G硬盤，19 inch液晶顯示器。

2.2 數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡是硬件的重要組成部分，主要完成指令的傳輸和數(shù)據(jù)的采集、存儲，本設(shè)計采用PCI6221多功能數(shù)據(jù)采集卡，該板卡基于PCI總線，具有即插即用的特點，使用方便，其技術(shù)指標(biāo)見表1，滿足系統(tǒng)要求。

表1 PCI6221多功能數(shù)據(jù)采集卡技術(shù)指標(biāo)

時鐘：1 MHz。

驅(qū)動軟件：NI-DAQ max for Windows 2000/NT/XP。

2.3 信號源、電源

高精度的信號源對于取得準(zhǔn)確的接收器測試數(shù)據(jù)至關(guān)重要，本設(shè)計選用HP33120A型任意波形信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器具有波形穩(wěn)定、精度高的特點。

軌道電路接收器的工作電壓為直流24 V，設(shè)計中采用一款24 V直流電源為接收器供電，保證接收器安全工作。

2.4 繼電器切換矩陣

繼電器切換矩陣用于切換選通接收器的端口，達到對接收器各功能測試的目的。在繼電器切換矩陣中設(shè)計鎖存器、寄存器和繼電器矩陣，定義多個邏輯指令，該指令最終由軟件發(fā)送，控制繼電器矩陣的切換。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計中使用了LabVIEW 8.2，該軟件與其他計算機語言采用基于文本語言產(chǎn)生代碼的形式不同，LabVIEW 8.2采取的是一種圖形化編輯語言編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。使用該語言編程時，基本不寫程序代碼，取而代之的是圖形形式的控件或框圖。它利用高性能模塊化硬件，通過改變軟件編程實現(xiàn)不同儀器儀表的功能，使用戶根據(jù)需要定義和制造各種儀器，充分發(fā)揮計算機強大的數(shù)據(jù)處理功能，可把測試變得更為方便靈活。Lab VIEW集成了滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)，是一個功能強大且靈活的軟件，可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程更為生動直觀。

接收器測試儀軟件部分設(shè)計可分兩個部分，即測試程序部分和人機交流部分。測試程序部分主要用于完成對硬件設(shè)備的尋址、為測試臺繼電器切換矩陣提供運行指令、對采集到的數(shù)據(jù)或信號信息進行處理等功能，該部分根據(jù)不同的功能設(shè)計了相應(yīng)的功能模塊；人機交流程序部分主要完成用戶常設(shè)項定義和測試界面兩種功能，在用戶測試界面程序中要調(diào)用測試程序，并顯示測試程序處理的結(jié)果。

3.1 測試程序設(shè)計

測試程序部分主要包括邏輯指令生成模塊、算法模塊等。

3.1.1 邏輯指令生成模塊

根據(jù)硬件設(shè)計中定義的邏輯指令以及用戶選擇的測試項目自動生成邏輯指令表，使繼電器矩陣動作，完成選通接收器不同功能端口的作用。圖2為接收器主機小軌道靈敏度測試的指令表生成程序，該程序編制運用Lab VIEW中數(shù)組控件、邏輯運算控件以及表格存儲控件，把驅(qū)動各部分硬件動作的指令進行邏輯運算，生成邏輯指令表后存儲，便于執(zhí)行程序時調(diào)用。

3.1.2 算法模塊

主要完成對采集到的數(shù)據(jù)信息進行處理分析并作出判斷的功能，根據(jù)測試項目的不同，該部分設(shè)計采用不同的算法，編寫不同功能的算法模塊。該模塊主要包括應(yīng)變時間算法模塊、靈敏度算法模塊、載頻通帶寬度算法模塊、低頻通帶寬度算法模塊以及負(fù)載電壓算法模塊。圖3為載頻通帶寬度算法模塊的程序，在該部分程序的設(shè)計中預(yù)先編寫一個運算程序生成子模塊（VI），當(dāng)算法模塊運行時可以直接調(diào)用該子VI，使整個程序更為簡潔直觀，便于日后的修改和優(yōu)化處理。

圖2 接收器主機小軌道靈敏度測試的指令表生成程序

圖3 載頻通帶寬度算法模塊程序

3.2 人機交流程序設(shè)計

主要包括用戶常設(shè)項定義和用戶測試界面兩個模塊。

3.2.1 用戶常設(shè)項定義模塊

用于設(shè)定并存儲若干經(jīng)常測試的項目，存儲好的項目可以在用戶測試界面模塊中被調(diào)用，測試時只需選擇常設(shè)項測試即可由程序自動完成對常設(shè)項的測試，不必每次對測試項目進行選擇，設(shè)計較為人性化。在該部分的設(shè)計中使用了Labview的樹形圖控件和子面板控件，簡單直觀，圖4為選擇了“主機小軌道應(yīng)變時間指標(biāo)”的用戶常設(shè)項設(shè)置界面。

圖4 “主機小軌道應(yīng)變時間指標(biāo)”的用戶常設(shè)項設(shè)置界面

3.2.2 用戶測試界面模塊

根據(jù)用戶選擇的測試項目，調(diào)用指令表生成模塊生成驅(qū)動繼電器切換矩陣動作的指令，選通接收器相應(yīng)的端口，由數(shù)據(jù)采集卡將接收器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息采入系統(tǒng)，通過算法模塊的處理分析最終實現(xiàn)測試結(jié)果的顯示，該模塊仍使用樹形圖控件和子面板控件，樹形圖控件顯示測試的項目，子面板顯示測試結(jié)果，樹形圖方式的設(shè)計可以使測試項目時刻顯示，方便用戶觀察或更改測試項目，子面板的設(shè)計則使用戶直觀實時測試結(jié)果。

其中，設(shè)置了即時測試和常設(shè)測試，即時測試可由用戶選擇當(dāng)前需要測試的項目，常設(shè)測試是已存儲好的由用戶在用戶常設(shè)項定義模塊中預(yù)先定義的測試項目，這一設(shè)計方便了用戶靈活地選擇測試項目。圖5為選擇了“主機小軌道應(yīng)變時間指標(biāo)”的測試界面。

圖5 “主機小軌道應(yīng)變時間指標(biāo)”的測試界面

4 結(jié)束語

采用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)的無絕緣軌道電路接收器測試儀具有測試精度高、速度快、工作穩(wěn)定的特點。接收器測試儀的研究實現(xiàn)為未來無絕緣軌道電路其他設(shè)備測試儀的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)，采用虛擬儀器技術(shù)的設(shè)計思想也為無絕緣軌道電路測試方法的研究開拓了思路，對保障鐵路設(shè)備可靠工作具有一定的現(xiàn)實意義。

[1]趙會兵. 虛擬儀器技術(shù)規(guī)范與系統(tǒng)集成[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2]王 鵬，李開成. 軌道電路移頻信號檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計[J]. 儀器儀表用戶，2008（2）：66-67.