專利名稱：機(jī)車用手持式便攜mvb網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
TCN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線MVB網(wǎng)絡(luò)是一種新型的專用于鐵路領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 由于它的可靠性、靈活性而被世界上越來越多的國家所采用。
但由于MVB網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)性很強(qiáng)(主要應(yīng)用于在鐵路和部分電力系統(tǒng)等一些 特殊領(lǐng)域)，而且目前的測試手段和測試儀器還很少，尤其是適合于現(xiàn)場使用的 便攜式MVB網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)備更是一片空白。
本發(fā)明所述的機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀正是基于鐵路領(lǐng)域 的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——TCN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線的數(shù)據(jù)分析設(shè)備。適用于具有MVB網(wǎng)絡(luò)總 線的機(jī)車中。

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)明的目的是研究設(shè)計一種新型的 機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀及其控制方法，從而解決鐵路領(lǐng)域適合 于現(xiàn)場使用的便攜式MVB網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)備更是一片空白問題。本發(fā)明所述的機(jī)車 用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀是由主控制器模塊、MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模 塊、MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元、數(shù)據(jù)顯示控制單元和供電單元組成。所述的MVB 網(wǎng)絡(luò)信號接口單元具有兩路冗余結(jié)構(gòu)，分別通過與MVB網(wǎng)絡(luò)總線接口的A、 B 引腳接收MVB網(wǎng)絡(luò)總線信號，并通過ICA、 ICB、 OC、 SF引腳與MVB網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議控制模塊的I/O腳相連；所述的MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)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(shù)據(jù) 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(shù)據(jù)顯示控制單元的數(shù) 據(jù)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(wǎng)絡(luò)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網(wǎng)絡(luò)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；MVB網(wǎng)絡(luò)信號從MVB網(wǎng)絡(luò)總線通過MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元輸入到MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊，MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊將輸入的曼徹斯特碼信號，解析為標(biāo)準(zhǔn)信號數(shù)據(jù)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。本發(fā)明所述的主控制器模塊是由AT91SAM7A3構(gòu)成的；MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊是由XC2S50-5TQ1441構(gòu)成的；MVB網(wǎng)絡(luò)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;數(shù)據(jù)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)明所述的機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀的軟件控制方法，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網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用配置；
B、 對主控制器模塊是否接收到MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并在下述歩驟中選擇；
C、 未接收到MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，返回初始化；
D、 接收到MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，則對其進(jìn)行處理；
E、 數(shù)據(jù)處理；
F、 向數(shù)據(jù)顯示控制單元發(fā)送數(shù)據(jù)，并返回系統(tǒng)初始化。
網(wǎng)絡(luò)TCN技術(shù)是一種符合IEC61375-1《Train 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)，目前已成為一種在國內(nèi)外大量使用的高可靠性的列車通信網(wǎng)絡(luò)之一。
MVB網(wǎng)絡(luò)是TCN網(wǎng)絡(luò)的一種構(gòu)成，即多功能車輛總線(MVB網(wǎng)絡(luò))，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網(wǎng)絡(luò))為TCN的推薦方案。它具有如下特點(diǎn)*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*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
*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)明所述的機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀正是基于TCN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線而使用的。這種數(shù)據(jù)分析儀可對MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析記錄，只要將設(shè)備接入TCN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)中就可完成數(shù)據(jù)分析工作，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(yùn)而生的新產(chǎn)品。
由于TCN-MVB網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是國際上許多大公司采用的符合IEC61375-1國際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用范圍愈加廣泛，而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的分析又是對列車調(diào)試、維護(hù)、檢修中的一項重要的工作，因此基于TCN-MVB網(wǎng)絡(luò)的機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀既順應(yīng)發(fā)展趨勢又具有很強(qiáng)的實(shí)用性，填補(bǔ)了該儀器設(shè)計在國內(nèi)的空白。
本發(fā)明提供了一種基于TCN-MVB網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀及其控制方法，整個系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分
硬件的作用主要是提供物理連接，負(fù)責(zé)控制MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制芯片的工作時序，讀取MVB網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)數(shù)據(jù)，提供液晶屏的數(shù)據(jù)顯示并完成控制功能，同時還要負(fù)責(zé)工作電源的提供等。
軟件的作用是根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用要求，配置各種相關(guān)數(shù)據(jù)，將MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在主控芯片中進(jìn)行處理、存儲并將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)顯示控制單元。


本發(fā)明共有八幅附圖，其中
圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖3為本發(fā)明的主控制器模塊電路6圖4為本發(fā)明的MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊電路圖；圖5為本發(fā)明的MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元電路圖；圖6為本發(fā)明的數(shù)據(jù)顯示控制單元電路圖；圖7為本發(fā)明的供電單元電路圖；圖8為本發(fā)明的軟件控制流程圖。
圖中1、 MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元2、 MVB網(wǎng)絡(luò)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(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)施例如附圖所示，附圖1所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖，是由MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元1、 MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊2、主控制器模塊3、數(shù)據(jù)顯示控制單元4、供電單元5組成。附圖2為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖，MVB數(shù)據(jù)由MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元1采集到系統(tǒng)內(nèi)部，經(jīng)MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元內(nèi)的保護(hù)電路可提高信號的質(zhì)量和安全性，信兮由MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元1內(nèi)部的光耦合隔離芯片HCPL0661將變換后的電平信號經(jīng)過電(磁)隔離后，送入MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊2，MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊2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(shí)現(xiàn)與主控制器模塊3的通信接口功能，MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線向數(shù)據(jù)顯示控制單元4發(fā)送數(shù)據(jù)，并可通過Sl-S5控制鍵向數(shù)據(jù)顯示控制單元4發(fā)送控制信息。
圖5是具有冗余功能的MVB信號接口單元1，是TCN-MVB網(wǎng)絡(luò)的物理接口，它有三部分組成MVB網(wǎng)絡(luò)總線保護(hù)電路、MVB總線驅(qū)動器和隔離電路。
MVB網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)對MVB網(wǎng)絡(luò)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網(wǎng)絡(luò)總線驅(qū)動器。本發(fā)明選用MAX3088作為MVB網(wǎng)絡(luò)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?？蓪f(xié)議控制器送來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)MVB網(wǎng)絡(luò)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網(wǎng)絡(luò)總線網(wǎng)絡(luò)信號，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的MVB網(wǎng)絡(luò)電平信號送入MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊2。
木發(fā)明采用ESD方式使用光耦HCPL0661進(jìn)行隔離，提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。隔離電路是將MVB網(wǎng)絡(luò)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網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊，或?qū)VB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊送出的電平信號經(jīng)電(磁)隔離后送至MVB網(wǎng)絡(luò)總線驅(qū)動器，從而實(shí)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。
圖4是MVB網(wǎng)絡(luò)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網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)與主處理器單元的通信接口功能，該功能由FPGA實(shí)現(xiàn)。
圖3是AT91SAM7A3構(gòu)成的主控制器模塊3，是整個設(shè)備的核心部分，完成了數(shù)據(jù)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(jié)高速Flash和32K字節(jié)SRAM和全套外圍設(shè)備，包括兩個2.0BCAN控制器，以及整套使外圍設(shè)備組件數(shù)量最少的功能單元。該微處理器中的片內(nèi)Flash存儲器可以有JTAG-ICE接口系統(tǒng)內(nèi)編程。內(nèi)置鎖定位可以保護(hù)固件，防止其被誤覆蓋。AT91SAM7A3的片內(nèi)Flash模塊共1024頁，每頁256字節(jié)。 一共65536個32位字。Flash模塊包括一個256字節(jié)的寫緩存，可通過32位的接口訪問。當(dāng)Flash不使用時(讀或?qū)懺L問)，其將自動進(jìn)入待命模式。
圖6是數(shù)據(jù)顯示控制單元4，其內(nèi)部的LCM12864ZK型液晶顯示屏的字型ROM內(nèi)含8192個16*16點(diǎn)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)。塊具有上/下/左/右移動當(dāng)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芯片及保護(hù)電路，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的
8供電。產(chǎn)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是軟件控制流程圖。
權(quán)利要求
1、一種機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀及其控制方法。其特征在于包括主控制器模塊(3)、MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊(2)、MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元(1)、數(shù)據(jù)顯示控制單元(4)和供電單元(5)。所述的MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元(1)具有兩路冗余結(jié)構(gòu)，分別通過與MVB網(wǎng)絡(luò)總線接口的A、B引腳接收MVB網(wǎng)絡(luò)總線信號，并通過ICA、ICB、OC、SF引腳與MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊(2)的I/O腳相連；所述的MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)顯示控制單元(4)的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)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網(wǎng)絡(luò)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；MVB網(wǎng)絡(luò)信號從MVB網(wǎng)絡(luò)總線通過MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元(1)輸入到MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊(2)，MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊(2)將輸入的曼徹斯特碼信號，解析為標(biāo)準(zhǔn)信號數(shù)據(jù)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)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀及其控 制方法，其特征在于主控制器模塊(3)是由AT91SAM7A3構(gòu)成的；MVB網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議控制模塊(2)是由XC2S50-5TQ1441構(gòu)成的；MVB網(wǎng)絡(luò)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;數(shù)據(jù)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所述的機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀及其控制方法，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網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用配置；B、 對主控制器模塊(3)是否接收到MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并在下述 歩驟中選擇；C、 未接收到MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，返回初始化；D、 接收到MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，則對其進(jìn)行處理；E、 數(shù)據(jù)處理；F、 向數(shù)據(jù)顯示控制單元(4)發(fā)送數(shù)據(jù)，并返回系統(tǒng)初始化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)車用手持式便攜MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀及其控制方法，涉及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用。包括AT91SAM7A3構(gòu)成的主控制器模塊、XC2S50-5TQ1441構(gòu)成的MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊、MVB網(wǎng)絡(luò)信號接口單元、數(shù)據(jù)顯示控制單元和供電單元。MVB網(wǎng)絡(luò)信號從MVB網(wǎng)絡(luò)總線通過MVB網(wǎng)絡(luò)接口單元輸入到MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊，MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制模塊將輸入的曼徹斯特碼信號，解析為標(biāo)準(zhǔn)信號數(shù)據(jù)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。
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(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