專利名稱：基于can網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)，尤其涉及利用CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獲取列 車運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用VxWorks操作系統(tǒng)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SD卡中，并通過(guò)上位機(jī)分析軟件進(jìn)行實(shí) 時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的分析。
背景技術(shù)：
CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛 的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN可提供高達(dá)IMbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。 另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了 CAN的抗電磁干擾能力。CAN是一種多主方式的串行通 訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò) 誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到IOKm時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN 總線具有很高的實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng) 域中得到了廣泛應(yīng)用。CAN通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開(kāi)放系統(tǒng)互連 模型(OSI) —致，定義了模型的最下面兩層物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CANopen協(xié)議是CAN-in-Automation(CiA)定義的標(biāo)準(zhǔn)之一。它是CAN的應(yīng)用層 協(xié)議。大多數(shù)重要的設(shè)備類型，例如數(shù)字和模擬的輸入輸出模塊，驅(qū)動(dòng)設(shè)備，操作設(shè)備，控制 器，可編程控制器或編碼器，都在稱為“設(shè)備子集”的協(xié)議中進(jìn)行描述。設(shè)備子集定義了不 同類型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其相應(yīng)的功能。依靠CANopen協(xié)議集的支持，可以對(duì)不同廠商的設(shè)備 通過(guò)總線進(jìn)行配置和系統(tǒng)重構(gòu)。Vxfforks是美國(guó)WindRiver公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，該操作系 統(tǒng)具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好、內(nèi)核性能高及持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在VxWorks廣泛應(yīng)用在高端 技術(shù)及有極強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求的領(lǐng)域。VxWorks操作系統(tǒng)的主要功能有微內(nèi)核wind，任務(wù)間 通訊功能，網(wǎng)絡(luò)功能，文件系統(tǒng)功能及1/0管理等。列車是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，要了解列車的運(yùn)行情況，獲取列車運(yùn)行數(shù)據(jù)并直觀 的把這些數(shù)據(jù)展現(xiàn)給調(diào)試維護(hù)人員是比較重要的。因此基于CAN網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄 分析系統(tǒng)既順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)又具有很強(qiáng)的實(shí)用性。研制一種能夠記錄列車運(yùn)行數(shù)據(jù)并能夠通 過(guò)曲線等形式展現(xiàn)出來(lái)的系統(tǒng)是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于CAN網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析系 統(tǒng)，其具體技術(shù)方案是這樣的本系統(tǒng)包括CAN收發(fā)單元、主控制器單元、USB接口單元、SD卡存儲(chǔ)單元及上位機(jī) 分析軟件單元；所述的CAN收發(fā)單元輸入端連入CAN總線，輸出端接在主控制器單元的主控 制芯片AT91SAM7A3的串行數(shù)據(jù)輸出線TX與串行數(shù)據(jù)輸入線RX上，CAN收發(fā)單元接收CAN 列車網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；所述的USB接口單元輸入端連接在主控制器單元的主控芯片AT91SM7A3的USB接口處，輸出端連接在USB總線上，用于傳輸車輛實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)到上位機(jī)，并把上 位機(jī)分析軟件單元的操作指令信息傳送給主控制器單元；所述的SD卡存儲(chǔ)單元輸入端連 接在主控芯片AT91SM7A3的多媒體卡接口處，輸出端連接在SD卡插槽上，SD卡存儲(chǔ)單元以 文件形式存儲(chǔ)車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)。所述的上位機(jī)分析軟件單元用于分析車輛的實(shí)時(shí)或歷史運(yùn) 行數(shù)據(jù)，并與主控制器單元通過(guò)USB接口連接下載在SD卡存儲(chǔ)單元上存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)。所 述的CAN收發(fā)單元采用PCA82C250型收發(fā)器，通過(guò)內(nèi)部總線形式連接在CAN總線與主控芯 片 AT91SM7A3 之間。本發(fā)明的有益效果是能夠?qū)崿F(xiàn)從列車網(wǎng)絡(luò)上獲取實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析或 將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)以便于利用分析軟件進(jìn)行歷史分析。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)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。


本發(fā)明有4幅附圖圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的CAN收發(fā)單元的收發(fā)器PCA82C250電路圖；圖3為本發(fā)明的上位機(jī)分析軟件流程圖；圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)底層軟件結(jié)構(gòu)具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。附圖1為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該發(fā)明主要包括主控制器單元、CAN收發(fā)單元、SD卡存儲(chǔ) 單元、USB接口單元和上位機(jī)分析軟件幾部分。主控制器單元的主控制芯片AT91SAM7A3是整個(gè)設(shè)備的核心部分，完成了列車運(yùn) 行數(shù)據(jù)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(gè)2. OB CAN控制器， 以及一整套外圍設(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(chǔ)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(yè)，每頁(yè)256字節(jié)。一共65536個(gè)32位字。 Flash模塊包括一個(gè)256字節(jié)的寫緩存，可通過(guò)32位的接口訪問(wèn)。當(dāng)Flash不能讀寫或訪 問(wèn)時(shí)，其將自動(dòng)進(jìn)入待命模式。USB接口單元用于與上位機(jī)的USB接口連接，從而把列車運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或存儲(chǔ) 在SD卡存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口傳到上位機(jī)上，通過(guò)上位機(jī)分析軟件單元進(jìn)行運(yùn)行 數(shù)據(jù)的分析；SD卡存儲(chǔ)單元負(fù)責(zé)存儲(chǔ)從CAN列車網(wǎng)絡(luò)上接收到的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)。附圖2為CAN收發(fā)單元的收發(fā)器PCA82C250電路圖。CAN總線通過(guò)CAN收發(fā)器 PCA82C250的CANL和CANH引腳，把數(shù)據(jù)信號(hào)連入本系統(tǒng)內(nèi)；CAN收發(fā)器PCA82C250輸出端 通過(guò)與主控芯片AT91SAM7A3的串行數(shù)據(jù)輸出線TX、串行數(shù)據(jù)輸入線RX連接，把總線信號(hào)傳 入主控芯片AT91SAM7A3內(nèi)，CAN的應(yīng)用層采用CANopen協(xié)議。附圖3為上位機(jī)分析軟件流程圖。上位機(jī)分析軟件分為兩種模式在線實(shí)時(shí)分析 模式和離線歷史數(shù)據(jù)分析模式。在線實(shí)時(shí)分析模式需要上位機(jī)連接到列車網(wǎng)絡(luò)上，系統(tǒng)主控制器單元接收到列車的運(yùn)行數(shù)據(jù)直接通過(guò)USB接口傳送到上位機(jī)分析軟件單元并實(shí)時(shí) 的以曲線的形式顯示；離線歷史數(shù)據(jù)分析模式是把存儲(chǔ)在SD卡存儲(chǔ)單元上的列車運(yùn)行數(shù) 據(jù)導(dǎo)出到上位機(jī)上后，通過(guò)上位機(jī)分析軟件單元以打開(kāi)文件的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。附圖4為系統(tǒng)底層軟件結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)的底層以主控制芯片AT91SAM7A3為核心， 在VxWorks操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，編寫相應(yīng)的SD卡和USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，并實(shí)現(xiàn)在SD卡上進(jìn) 行文件系統(tǒng)的操作。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在 本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于CAN網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)，其特征在于包括CAN收發(fā)單元、主控制器單元、USB接口單元、SD卡存儲(chǔ)單元及上位機(jī)分析軟件單元；所述的CAN收發(fā)單元輸入端連入CAN總線，輸出端接在主控制器單元的主控制芯片AT91SAM7A3的串行數(shù)據(jù)輸出線TX與串行數(shù)據(jù)輸入線RX上，CAN收發(fā)單元接收CAN列車網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；所述的USB接口單元輸入端連接在主控制器單元的主控芯片AT91SM7A3的USB接口處，輸出端連接在USB總線上，用于傳輸車輛實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)到上位機(jī)，并把上位機(jī)分析軟件單元的操作指令信息傳送給主控制器單元；所述的SD卡存儲(chǔ)單元輸入端連接在主控芯片AT91SM7A3的多媒體卡接口處，輸出端連接在SD卡插槽上，SD卡存儲(chǔ)單元以文件形式存儲(chǔ)車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)；所述的上位機(jī)分析軟件單元用于分析車輛的實(shí)時(shí)或歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與主控制器單元通過(guò)USB接口連接下載在SD卡存儲(chǔ)單元上存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)；所述的CAN收發(fā)單元采用PCA82C250型收發(fā)器，通過(guò)內(nèi)部總線形式連接在CAN總線與主控芯片AT91SM7A3之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)，其特征在于 CAN收發(fā)單元采用CANopen協(xié)議。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)，其特征在于 利用VxWorks作為操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在SD卡存儲(chǔ)單元上的文件存儲(chǔ)和導(dǎo)出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)，其特征在于 能夠通過(guò)上位機(jī)分析軟件單元對(duì)車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行兩種形式的分析，即在線實(shí)時(shí)分析和對(duì) 車輛歷史行車數(shù)據(jù)的分析。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于CAN網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)，CAN收發(fā)單元輸入端連入CAN總線，輸出端接在主控芯片AT91SAM7A3上，CAN收發(fā)單元接收CAN列車網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；所述的USB接口單元輸入端連接在主控芯片AT91SM7A3的USB接口處，輸出端連接在USB總線上；所述的SD卡存儲(chǔ)單元輸入端連接在主控芯片AT91SM7A3的多媒體卡接口處。所述的上位機(jī)分析軟件單元用于分析車輛的實(shí)時(shí)或歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與主控制器單元通過(guò)USB接口連接下載在SD卡上存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)。由于CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101957616SQ20101050545
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者吳濤, 寧壽輝, 張福景, 李礫工 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心