專利名稱：Mvb接口型機(jī)車用能耗記錄儀及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有的用于機(jī)車能耗測量記錄的方法是基于傳統(tǒng)的控制方式，通過電壓、電流傳感器接收設(shè)備的電壓和電流值，然后將這些值通過硬線直接連接的方式送到司機(jī)室內(nèi)，并與儀表相連，從而顯示或記錄能耗情況。由于這種方法需要將每個設(shè)備分別接入，設(shè)備越多所需的接線量越大，故搭建的測能系統(tǒng)復(fù)雜，使系統(tǒng)構(gòu)成成本增加，可靠性降低，操作、維護(hù)及檢修工作也相對繁瑣。如今很多機(jī)車在控制上實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化，而記錄能耗需測量的電壓電流信息也和其他數(shù)據(jù)一樣在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，如何使用一種設(shè)備從已搭建好的網(wǎng)絡(luò)上直接得到相關(guān)信息，從而避免傳統(tǒng)的測量方式帶來的問題，成為能耗測量的新方向。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明所述的MVB接口型機(jī)車用能耗記錄儀及其控制方法正是基于鐵路領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一TCN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線的能耗記錄設(shè)備。它直接從網(wǎng)絡(luò)上取出電壓電流信息進(jìn)行記錄，從而拋棄了傳統(tǒng)的基于傳感器的控制方式，解決了所需設(shè)備多、接線量越大、搭建的測能系統(tǒng)復(fù)雜、使系統(tǒng)構(gòu)成成本增加、可靠性降低、操作、維護(hù)及檢修工作也相對繁瑣等問題。本發(fā)明所述的MVB接口型機(jī)車用能耗記錄儀包括主控制器模塊、MVB協(xié)議控制模塊、MVB信號接口單元、數(shù)據(jù)顯示控制單元和供電單元。所述的MVB信號接口單元通過ICA、 ICB、 OC、 SF引腳與MVB協(xié)議控制模塊的I/0腳相連。所述的MVB協(xié)議控制模塊的地址線MVBA0-MVBA2、 MVBA12-MVBA15與主控制器模塊的P6 口相連，數(shù)據(jù)線MVBD0-MVBD7與主控制器模塊的Pl 口相連，控制線MVB-ctll-MVB-ctl3與主控制器模塊的P2 口相連，讀寫控制信號/WE、 /RD和RSTN連接到主控制器模塊的50、 91、 92號引腳。所述的數(shù)據(jù)顯示控制單元的D0-D7管腳與主控制器模塊的P7 口數(shù)據(jù)線相連，數(shù)據(jù)顯示控制單元的液晶顯示屏控制鍵盤與主控制器模塊的P5 口相連。所述的供電單元部分將
4+5￥電壓送入到，8信號接口單元、數(shù)據(jù)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協(xié)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。所述的MVB信號從MVB總線通過MVB信號接口單元輸入到MVB協(xié)議控制器模塊，信號經(jīng)處理后再送入主控制器模塊，數(shù)據(jù)在主控制器模塊內(nèi)進(jìn)行解析、處理、存儲，最后以8位并口數(shù)據(jù)的形式發(fā)送給數(shù)據(jù)顯示控制單元并在液晶顯示屏控制鍵盤上進(jìn)行顯示。本發(fā)明所述的主控制器模塊包括主控制芯片C8051F040。所述的MVB信號接口單元包括隔離芯片HCPL0661、高速485信號收發(fā)器MAX3088、接口保護(hù)芯片LCDA05。所述的MVB協(xié)議控制模塊包括XC2S50-5TQ1441。所述的數(shù)據(jù)顯示控制單元包括LCM12864ZK型液晶顯示屏和控制鍵盤。所述的供電單元部分包括+5V隔離芯片B0505T，電源轉(zhuǎn)換芯片AS1117M3-3.3，電源轉(zhuǎn)換芯片MIC5207。本發(fā)明所述的MVB信號接口單元包括兩路MVB接收電路，其中MAX3088芯片的1、 3、 4引腳與隔離芯片的6、 7號引腳相連，隔離芯片的2、 3號引腳與MVB協(xié)議控制模塊相連，保護(hù)芯片分別接到接口處的信號線上。
本發(fā)明所述的MVB接口型機(jī)車用能耗記錄儀及其控制方法，其控制過程包括系統(tǒng)初始化和MVB端口初始化的步驟，其特征在于還包括下述步驟
A、 MVB應(yīng)用配置；
B、 讀取電壓、電流信息；
C、 計算能耗；
D、 顯示存儲信息；
E、 判斷有、無按鍵信息，并在下述步驟中進(jìn)行選擇
F、 無按鍵信息，返回系統(tǒng)初始化；
G、 有按鍵信息，進(jìn)行鍵盤處理，并返回系統(tǒng)初始化。
TCN技術(shù)是一種符合IEC61375-1《Tmin Communication Network》技術(shù)的
主流鐵路專用網(wǎng)絡(luò)，是一種專門為鐵路等工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)，目前己成為一種在國內(nèi)外大量使用的高可靠性的列車通信網(wǎng)絡(luò)之一。
MVB是TCN網(wǎng)絡(luò)的一種構(gòu)成，即多功能車輛總線(MVB)，這是一種主要用于對有互操作性和互換性要求的互連設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)通信總線。車輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信總線(MVB)為TCN的推薦方案。它具有如下特點
*是一種串行數(shù)據(jù)通信總線，主要用于固定編組的車輛內(nèi)部通信
參傳輸速率固定為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(zhì)
*采用差分曼徹斯特編碼方式
*介質(zhì)分配采用主從方式
*采用雙線物理冗余方式
參過程數(shù)據(jù)傳輸基本周期最快為lms
* 8位或雙8為CRC校驗算法
本發(fā)明所述的MVB接口型機(jī)車用能耗記錄儀正是基于TCN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線 而使用的。這種能耗記錄儀擺脫了傳統(tǒng)的傳感器模式，只要將設(shè)備接入TCN標(biāo) 準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)中通過接收其它節(jié)點設(shè)備發(fā)送的電壓、電流及機(jī)車工況就可完成測能工 作，安裝方便，操作簡單，使用可靠，是在列車控制網(wǎng)絡(luò)化的大環(huán)境下應(yīng)運而 生的新產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的是提供一種基于TCN-MVB網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的MVB接口型機(jī)車用能 耗記錄儀。當(dāng)MVB網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于機(jī)車上時，幾乎所有數(shù)據(jù)都是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸， 在這個過程中機(jī)車運行的電壓電流等信息也由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主控制器發(fā)送到MVB 網(wǎng)上(此過程由網(wǎng)絡(luò)自主完成)，設(shè)備則直接從網(wǎng)上讀取電壓電流信息進(jìn)行記錄。 整個系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。
硬件的作用主要是為各模塊電路提供物理連接，接收或截留MVB總線中的 電壓、電流信號并負(fù)責(zé)信號物理傳輸過程，同時為設(shè)備提供工作電源。
軟件的作用是根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用要求，將送入主控制器模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 轉(zhuǎn)換。同時處理人機(jī)接口的鍵盤掃描工作


本發(fā)明共有八張附圖，其中
圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2硬件實現(xiàn)方案；
圖3軟件控制流程圖4為主控模塊C8051F040芯片電路圖；圖5為MVB協(xié)議控制模塊電路圖； 圖6為MVB信號采集模塊電路圖； 圖7為數(shù)據(jù)顯示控制單元電路圖； 圖8為供電單元電路圖。
圖中1、 MVB信號接口單元2、MVB協(xié)議控制模塊3、主控制器模塊 4、數(shù)據(jù)顯示控制單元5、供電單元。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體實施例如附圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖所示，MVB接口型機(jī)車用能耗 記錄儀的硬件組成包括主控制器模塊3、 MVB協(xié)議控制模塊2、 MVB信號接口 單元l、數(shù)據(jù)顯示控制單元4和供電單元5。硬件實現(xiàn)方案如圖2所示，系統(tǒng)包 括兩路MVB信號接口單元1，可保證MVB信號傳輸?shù)目煽颗c穩(wěn)定。每路MVB 信號接口單元1通過MAX3088的6、 7引腳將來自MVB網(wǎng)絡(luò)的差分信號采集 進(jìn)來，轉(zhuǎn)換成MVB協(xié)議控制模塊2可識別的曼徹斯特編碼信號后，通過光耦合 器連接到MVB協(xié)議控制模塊2。 MVB協(xié)議控制模塊2與主控制器模塊3通過 互連的數(shù)據(jù)線、地址線及控制線進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，主控制器模塊3將轉(zhuǎn)換后的 數(shù)據(jù)通過P7 口傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示控制單元4的D0-D7數(shù)據(jù)引腳內(nèi)。與二者相連的 S1-S5鍵控制顯示單元的/RST、 PSB、 SCLK、 R/W和CS信號并可通過TO旋鈕 控制顯示屏的明亮度。
圖4—8是各組成部分的電路圖。
MVB信號接口單元1中的MVB總線保護(hù)電路選用TVS陣列器件LCDA05， 每個芯片可對兩條高速信號線起到保護(hù)作用，由于其本身為雙向器件，所以在 傳輸正負(fù)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，對于 高速信號還表現(xiàn)出較低的容性，很適合在MVB網(wǎng)絡(luò)中使用，實現(xiàn)對MVB的輸 入或輸出信號進(jìn)行"過壓"、"過流"、"短路"等保護(hù)的功能，然后再將信號送入總 線MVB總線驅(qū)動器。
本發(fā)明選用MAX3088作為MVB總線驅(qū)動器，它是用于RS485通信的高速 收發(fā)器，內(nèi)部具有自動防故障裝置的電路，保障了當(dāng)接收端開路或短路時具有 高阻態(tài)的特性，MAX3088的驅(qū)動轉(zhuǎn)換率未被限制，傳輸速率可達(dá)10Mbps?？?將MVB協(xié)議控制模塊2送來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)MVB總線功率信號，然后將該信號通過總線保護(hù)電路送入網(wǎng)絡(luò)，或者經(jīng)總線保護(hù)電路送來的MVB總線網(wǎng) 絡(luò)信號，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的MVB電平信號送入MVB協(xié)議控制模塊2。
本發(fā)明采用ESD方式使用光耦HCPL0661進(jìn)行隔離，提高了節(jié)點的穩(wěn)定性 和安全性。隔離電路是將MVB總線驅(qū)動器變換后的電平信號經(jīng)過電(磁)隔離 后送入MVB協(xié)議控制模塊2，或?qū)VB協(xié)議控制模塊2送出的電平信號經(jīng)電 (磁)隔離后送至MVB總線驅(qū)動器，從而實現(xiàn)外電路與內(nèi)電路的電氣隔離，提 高系統(tǒng)的抗干擾能力。
MVB協(xié)議控制模塊2是MVB網(wǎng)絡(luò)的核心器件，它負(fù)責(zé)將MVB總線的各 種信息按TCN標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行解碼，并將相關(guān)的信息存入內(nèi)部RAM，同時實現(xiàn) 與主處理器單元的通信接口功能，該功能由FPGA實現(xiàn)。
主控制器模塊3內(nèi)的C8051F040是整個設(shè)備的核心部分，完成了能耗記錄 的功能控制。C8051F040是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU，具有64個 數(shù)字1/0弓l腳，片內(nèi)采用Silicon Lab的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。每個MCU 都可在工業(yè)溫度范圍(-45。C到+85。C)工作，工作電壓為2.7 3.6V。由于能耗 記錄儀的應(yīng)用需要，要求設(shè)備具有存儲數(shù)據(jù)的功能，當(dāng)系統(tǒng)暫時掉電時，F(xiàn)LASH 存儲器除了用于存儲程序代碼之外還可以用于非易失性數(shù)據(jù)存儲。這就有效的 保證了應(yīng)用的安全可靠。
數(shù)據(jù)顯示控制單元4采用了 LCM12864ZK型液晶顯示屏，其字型ROM內(nèi) 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 范圍寬(2.7Vto5.5V)，低功耗設(shè)計可滿足產(chǎn)品的省電要求；同時與單片機(jī)等微 控器的接口界面靈活(三種模式并行8位/4位，串行3線/2線)。
系統(tǒng)的供電單元5部分包括幾種電源芯片及保護(hù)電路，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的供 電。產(chǎn)生的電壓等級包括隔離的+5V電壓、+3.3V電壓和+2.5V電壓。
權(quán)利要求
1、一種MVB接口型機(jī)車用能耗記錄儀及其控制方法，所述的能耗記錄儀包括主控制器模塊(3)、MVB協(xié)議控制模塊(2)、MVB信號接口單元(1)、數(shù)據(jù)顯示控制單元(4)和供電單元(5)；其特征在于MVB信號接口單元(1)通過ICA、ICB、OC、SF引腳與MVB協(xié)議控制模塊(2)的I/O腳相連；所述的MVB協(xié)議控制模塊(2)的地址線MVBA0-MVBA2、MVBA12-MVBA15與主控制器模塊(3)的P6口相連，數(shù)據(jù)線MVBD0-MVBD7與主控制器模塊(3)的P1口相連，控制線MVB-ct11-MVB-ct13與主控制器模塊(3)的P2口相連，讀寫控制信號/WE、/RD和RSTN連接到主控制器模塊(3)的50、91、92號引腳；所述的數(shù)據(jù)顯示控制單元(4)的D0-D7管腳與主控制器模塊(3)的P7口數(shù)據(jù)線相連，數(shù)據(jù)顯示控制單元(4)的液晶顯示屏控制鍵盤與主控制器模塊(3)的P5口相連；所述的供電單元(5)部分將+5V電壓送入到MVB信號接口單元(1)、數(shù)據(jù)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協(xié)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；所述的MVB信號從MVB總線通過MVB信號接口單元(1)輸入到MVB協(xié)議控制器模塊(2)，信號經(jīng)處理后再送入主控制器模塊(3)，數(shù)據(jù)在主控制器模塊(3)內(nèi)進(jìn)行解析、處理、存儲，最后以8位并口數(shù)據(jù)的形式發(fā)送給數(shù)據(jù)顯示控制單元(4)并在液晶顯示屏控制鍵盤上進(jìn)行顯示。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MVB接口型機(jī)車用能耗記錄儀及其控制方法，其特征在于所述的主控制器模塊(3)包括主控制芯片C8051F040;所述的MVB信號接口單元(1)包括隔離芯片HCPL0661、高速485信號收發(fā)器MAX3088、接口保護(hù)芯片LCDA05;所述的MVB協(xié)議控制模塊(2)包括XC2S50-5TQ1441;所述的數(shù)據(jù)顯示控制單元(4)包括LCM12864ZK型液晶顯示屏和控制鍵盤；所述的供電單元(5)部分包括+5V隔離芯片B0505T，電源轉(zhuǎn)換芯片AS1117M3-3.3，電源轉(zhuǎn)換芯片MIC5207。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MVB接口型機(jī)車用能耗記錄儀及其控制方法，其特征在于所述的MVB信號接口單元(1)包括兩路MVB接收電路，其中MAX3088芯片的1、 3、 4引腳與隔離芯片的6、 7號引腳相連，隔離芯片的2、3號引腳與MVB協(xié)議控制模塊(2)相連，保護(hù)芯片分別接到接口處的信號線上。
4、 一種如權(quán)利要求1所述MVB接口型機(jī)車用能耗記錄儀及其控制方法，其控制過程包括系統(tǒng)初始化和MVB端口初始化的步驟，其特征在于還包括下述步驟A、 MVB應(yīng)用配置；B、 讀取電壓、電流信息；C、 計算能耗；D、 顯示存儲信息；E、 判斷有、無按鍵信息，并在下述步驟中進(jìn)行選擇F、 無按鍵信息，返回系統(tǒng)初始化；G、 有按鍵信息，進(jìn)行鍵盤處理，并返回系統(tǒng)初始化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于TCN-MVB網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的MVB接口型機(jī)車用能耗記錄儀及其控制方法。包括主控制器模塊、MVB協(xié)議控制模塊、MVB信號接口單元、數(shù)據(jù)顯示控制單元和供電單元。MVB信號從MVB信號接口單元接收，經(jīng)MVB協(xié)議控制模塊和主控制器模塊的存儲和轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給數(shù)據(jù)顯示控制單元，完成能耗記錄和顯示的功能。
文檔編號G07C5/00GK101477716SQ20091001019
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)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(fā)中心