機車用手持式便攜mvb網絡數據分析儀及其控制方法
2023-04-23 01:44:56 2
專利名稱：機車用手持式便攜mvb網絡數據分析儀及其控制方法
技術領域：
本發明涉及網絡系統的應用。
背景技術：
TCN標準網絡總線MVB網絡是一種新型的專用於鐵路領域的網絡系統， 由於它的可靠性、靈活性而被世界上越來越多的國家所採用。
但由於MVB網絡的專業性很強(主要應用於在鐵路和部分電力系統等一些 特殊領域)，而且目前的測試手段和測試儀器還很少，尤其是適合於現場使用的 可攜式MVB網絡分析設備更是一片空白。
本發明所述的機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀正是基於鐵路領域 的網絡系統——TCN標準網絡總線的數據分析設備。適用於具有MVB網絡總 線的機車中。
發明內容
鑑於上述現有技術中所存在的問題，本發明的目的是研究設計一種新型的 機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀及其控制方法，從而解決鐵路領域適合 於現場使用的可攜式MVB網絡分析設備更是一片空白問題。本發明所述的機車 用手持式便攜MVB網絡數據分析儀是由主控制器模塊、MVB網絡協議控制模 塊、MVB網絡信號接口單元、數據顯示控制單元和供電單元組成。所述的MVB 網絡信號接口單元具有兩路冗餘結構，分別通過與MVB網絡總線接口的A、 B 引腳接收MVB網絡總線信號，並通過ICA、 ICB、 OC、 SF引腳與MVB網絡 協議控制模塊的I/O腳相連；所述的MVB網絡協議控制模塊通過地址線 MVBA0-MVBA2、 MVBA12-MVBA15與主控制器模塊的PA7-PA14相連，數據 線MVBD0-MVBD7與主控制器模塊的PB11-PB18相連，控制線 MVB-ctll-MVB-ct13與主控制器模塊的PB9-PB11相連，讀寫控制信號/WE、 /RD 和RSTN連接到主控制器模塊的PB0-PB2引腳；所述的數據顯示控制單元的數 據輸入接口 D0-D7引腳與主控制器模塊的PA0-PA7引腳相連，鍵盤控制接口 Sl-S5與主控制器模塊的PA16-PA20腳相連；所述的供電單元部分將+5V電壓送入到MVB網絡信號接口單元、數據顯示控制單元的VCC供電引腳，將+3.3V電壓送入到主控制器模塊的+3.3V供電引腳，+2.5V電壓送入到MVB網絡協議控制模塊供電引腳，其中，供電單元的參考地輸出GND與所有GND引腳相連；MVB網絡信號從MVB網絡總線通過MVB網絡信號接口單元輸入到MVB網絡協議控制模塊，MVB網絡協議控制模塊將輸入的曼徹斯特碼信號，解析為標準信號數據後再送入主控制器模塊，數據在主控制器模塊內進行解析、處理、存儲，最後以8位並口數據的形式發送給數據顯示控制單元。本發明所述的主控制器模塊是由AT91SAM7A3構成的；MVB網絡協議控制模塊是由XC2S50-5TQ1441構成的；MVB網絡信號接口單元包括隔離晶片HCPL0661、高速485信號收發器MAX3088、接口保護晶片LCDA05;數據顯示控制單元是由LCM12864ZK型液晶顯示屏和控制鍵盤組成；所述的供電單元包括+5V隔離晶片B0505T、電源轉換晶片AS1117M3-3.3、電源轉換晶片MIC5207。
本發明所述的機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀的軟體控制方法，其控制過程包括系統初始化和MVB埠初始化的步驟，其特徵在於還包括下述步驟
A、 MVB網絡應用配置；
B、 對主控制器模塊是否接收到MVB網絡數據進行判斷，並在下述歩驟中選擇；
C、 未接收到MVB網絡數據，返回初始化；
D、 接收到MVB網絡數據，則對其進行處理；
E、 數據處理；
F、 向數據顯示控制單元發送數據，並返回系統初始化。
網絡TCN技術是一種符合IEC61375-1《Train Communication Network》技
術的主流鐵路專用網絡，是一種專門為鐵路等工業現場設計的網絡，目前已成為一種在國內外大量使用的高可靠性的列車通信網絡之一。
MVB網絡是TCN網絡的一種構成，即多功能車輛總線(MVB網絡)，這是一種主要用於對有互操作性和互換性要求的互連設備之間的串行數據通信總線。車輛內部的數據通信總線(MVB網絡)為TCN的推薦方案。它具有如下特點*是一種串行數據通信總線，主要用於固定編組的車輛內部通信*傳輸速率固定為1.5Mbit/s
*在不加任何中繼器的情況下，最長傳輸距離決定其物理介質 採用差分曼徹斯特編碼方式*介質分配採用主從方式*採用雙線物理冗餘方式
*過程數據傳輸基本周期最快為lms* 8位或雙8為CRC校驗算法
本發明所述的機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀正是基於TCN標準網絡總線而使用的。這種數據分析儀可對MVB網絡數據進行分析記錄，只要將設備接入TCN標準網絡中就可完成數據分析工作，安裝方便，操作簡單，使用可靠，是在列車控制網絡化的大環境下應運而生的新產品。
由於TCN-MVB網絡技術是國際上許多大公司採用的符合IEC61375-1國際標準的工業現場網絡技術，使用範圍愈加廣泛，而網絡數據的分析又是對列車調試、維護、檢修中的一項重要的工作，因此基於TCN-MVB網絡的機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀既順應發展趨勢又具有很強的實用性，填補了該儀器設計在國內的空白。
本發明提供了一種基於TCN-MVB網絡系統的機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀及其控制方法，整個系統包括硬體和軟體兩部分
硬體的作用主要是提供物理連接，負責控制MVB網絡協議控制晶片的工作時序，讀取MVB網絡的相關數據，提供液晶屏的數據顯示並完成控制功能，同時還要負責工作電源的提供等。
軟體的作用是根據現場應用要求，配置各種相關數據，將MVB網絡數據在主控晶片中進行處理、存儲並將數據送入數據顯示控制單元。
本發明共有八幅附圖，其中
圖l為本發明的結構框圖2為本發明的電路結構圖3為本發明的主控制器模塊電路6圖4為本發明的MVB網絡協議控制模塊電路圖；圖5為本發明的MVB網絡信號接口單元電路圖；圖6為本發明的數據顯示控制單元電路圖；圖7為本發明的供電單元電路圖；圖8為本發明的軟體控制流程圖。
圖中1、 MVB網絡信號接口單元2、 MVB網絡協議控制模塊3、主控制器模塊4、數據顯示控制單元5、供電單元。
具體實施例方式
本發明的具體實施例如附圖所示，附圖1所示為本發明的結構框圖，是由MVB網絡信號接口單元1、 MVB網絡協議控制模塊2、主控制器模塊3、數據顯示控制單元4、供電單元5組成。附圖2為本發明的電路結構圖，MVB數據由MVB網絡信號接口單元1採集到系統內部，經MVB網絡信號接口單元內的保護電路可提高信號的質量和安全性，信兮由MVB網絡信號接口單元1內部的光耦合隔離晶片HCPL0661將變換後的電平信號經過電(磁)隔離後，送入MVB網絡協議控制模塊2，MVB網絡協議控制模塊2將MVB總線的各種信息按TCN標準協議進行解碼，並將相關的信息存入內部RAM，同時實現與主控制器模塊3的通信接口功能，MVB網絡協議控制模塊2和主控制器模塊3之間通過地址線MVBA0-MVBA2、 MVBA12-MVBA15，數據線MVBD0-MVBD7和控制線MVBCtll-MVBCtB、 RSTN相連，主控制器模塊3通過D0-D7八位數據線向數據顯示控制單元4發送數據，並可通過Sl-S5控制鍵向數據顯示控制單元4發送控制信息。
圖5是具有冗餘功能的MVB信號接口單元1，是TCN-MVB網絡的物理接口，它有三部分組成MVB網絡總線保護電路、MVB總線驅動器和隔離電路。
MVB網絡總線保護電路選用TVS陣列器件LCDA05，每個晶片可對兩條高速信號線起到保護作用，由於其本身為雙向器件，所以在傳輸正負電平的線路上均可使用。它具有低漏電流和低箝位電壓的特點，對於高速信號還表現出較低的容性，很適合在MVB網絡中使用，實現對MVB網絡的輸入或輸出信號進行"過壓"、"過流"、"短路"等保護的功能，然後再將信號送入總線MVB網絡總線驅動器。本發明選用MAX3088作為MVB網絡總線驅動器，它是用於RS485通信的高速收發器，內部具有自動防故障裝置的電路，保障了當接收端開路或短路時具有高阻態的特性，MAX3088的驅動轉換率未被限制，傳輸速率可達10Mbps。可將協議控制器送來的數位訊號轉換成標準MVB網絡總線功率信號，然後將該信號通過總線保護電路送入網絡，或者經總線保護電路送來的MVB網絡總線網絡信號，轉換成標準的MVB網絡電平信號送入MVB網絡協議控制模塊2。
木發明採用ESD方式使用光耦HCPL0661進行隔離，提高了節點的穩定性和安全性。隔離電路是將MVB網絡總線驅動器變換後的電平信號經過電(磁)隔離後送入MVB網絡協議控制模塊，或將MVB網絡協議控制模塊送出的電平信號經電(磁)隔離後送至MVB網絡總線驅動器，從而實現外電路與內電路的電氣隔離，提高系統的抗幹擾能力。
圖4是MVB網絡協議控制模塊2，是MVB網絡的核心器件，它負責將MVB網絡總線的各種信息按TCN標準協議進行解碼，並將相關的信息存入內部RAM，同時實現與主處理器單元的通信接口功能，該功能由FPGA實現。
圖3是AT91SAM7A3構成的主控制器模塊3，是整個設備的核心部分，完成了數據分析的功能控制。AT91SAM7A3是32位ARM7系列微控制器中的一員，集成有CAN控制器。片上有256K字節高速Flash和32K字節SRAM和全套外圍設備，包括兩個2.0BCAN控制器，以及整套使外圍設備組件數量最少的功能單元。該微處理器中的片內Flash存儲器可以有JTAG-ICE接口系統內編程。內置鎖定位可以保護固件，防止其被誤覆蓋。AT91SAM7A3的片內Flash模塊共1024頁，每頁256位元組。 一共65536個32位字。Flash模塊包括一個256位元組的寫緩存，可通過32位的接口訪問。當Flash不使用時(讀或寫訪問)，其將自動進入待命模式。
圖6是數據顯示控制單元4，其內部的LCM12864ZK型液晶顯示屏的字型ROM內含8192個16*16點中文字型和128個16*8半寬的字母符號字型；電源操作範圍寬(2.7Vto5.5V)，低功耗設計可滿足產品的省電要求；同時與單片機等微控器的接口界面靈活(三種模式並行8位/4位，串行3線/2線)。塊具有上/下/左/右移動當前顯示屏幕及清除屏幕的命令。
圖7是供電單元5，包括幾種等級的電源晶片及保護電路，負責整個系統的
8供電。產生的電壓等級包括隔離的+5V電壓、+3.3￥電壓和+2.5￥電壓。 圖8是軟體控制流程圖。
權利要求
1、一種機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀及其控制方法。其特徵在於包括主控制器模塊(3)、MVB網絡協議控制模塊(2)、MVB網絡信號接口單元(1)、數據顯示控制單元(4)和供電單元(5)。所述的MVB網絡信號接口單元(1)具有兩路冗餘結構，分別通過與MVB網絡總線接口的A、B引腳接收MVB網絡總線信號，並通過ICA、ICB、OC、SF引腳與MVB網絡協議控制模塊(2)的I/O腳相連；所述的MVB網絡協議控制模塊(2)通過地址線MVBA0-MVBA2、MVBA12-MVBA15與主控制器模塊(3)的PA7-PA14相連，數據線MVBD0-MVBD7與主控制器模塊(3)的PB11-PB18相連，控制線MVB-ctl1-MVB-ctl3與主控制器模塊(3)的PB9-PB11相連，讀寫控制信號/WE、/RD和RSTN連接到主控制器模塊(3)的PB0-PB2引腳；所述的數據顯示控制單元(4)的數據輸入接口D0-D7引腳與主控制器模塊(3)的PA0-PA7引腳相連，鍵盤控制接口S1-S5與主控制器模塊(3)的PA16-PA20腳相連；所述的供電單元(5)部分將+5V電壓送入到MVB網絡信號接口單元(1)、數據顯示控制單元(4)的VCC供電引腳，將+3.3V電壓送入到主控制器模塊(3)的+3.3V供電引腳，+2.5V電壓送入到MVB網絡協議控制模塊(2)供電引腳，其中，供電單元(5)的參考地輸出GND與所有GND引腳相連；MVB網絡信號從MVB網絡總線通過MVB網絡信號接口單元(1)輸入到MVB網絡協議控制模塊(2)，MVB網絡協議控制模塊(2)將輸入的曼徹斯特碼信號，解析為標準信號數據後再送入主控制器模塊(3)，數據在主控制器模塊(3)內進行解析、處理、存儲，最後以8位並口數據的形式發送給數據顯示控制單元(4)。
2、 根據權利要求1所述的機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀及其控 制方法，其特徵在於主控制器模塊(3)是由AT91SAM7A3構成的；MVB網絡 協議控制模塊(2)是由XC2S50-5TQ1441構成的；MVB網絡信號接口單元(1) 包括隔離晶片HCPL0661、高速485信號收發器MAX3088、接口保護晶片 LCDA05;數據顯示控制單元(4)是由LCM12864ZK型液晶顯示屏和控制鍵盤 組成；所述的供電單元(5)包括+5V隔離晶片B0505T、電源轉換晶片 AS1117M3-3.3、電源轉換晶片MIC5207。
3、根據權利要求1所述的機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀及其控制方法，控制過程包括系統初始化和MVB埠初始化的步驟，其特徵在於還包 括下述步驟A、 MVB網絡應用配置；B、 對主控制器模塊(3)是否接收到MVB網絡數據進行判斷，並在下述 歩驟中選擇；C、 未接收到MVB網絡數據，返回初始化；D、 接收到MVB網絡數據，則對其進行處理；E、 數據處理；F、 向數據顯示控制單元(4)發送數據，並返回系統初始化。
全文摘要
本發明公開了一種機車用手持式便攜MVB網絡數據分析儀及其控制方法，涉及網絡系統的應用。包括AT91SAM7A3構成的主控制器模塊、XC2S50-5TQ1441構成的MVB網絡協議控制模塊、MVB網絡信號接口單元、數據顯示控制單元和供電單元。MVB網絡信號從MVB網絡總線通過MVB網絡接口單元輸入到MVB網絡協議控制模塊，MVB網絡協議控制模塊將輸入的曼徹斯特碼信號，解析為標準信號數據後再送入主控制器模塊，數據在主控制器模塊內進行解析、處理、存儲，最後以8位並口數據的形式發送給數據顯示控制單元。
文檔編號H04L12/26GK101488891SQ20091001019
公開日2009年7月22日 申請日期2009年1月19日 優先權日2009年1月19日
發明者田雅華, 董笑辰, 馬晨普 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心