专利名称：便携式wtb数据分析卡及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机车的网络控制装置，特别是一种基于绞线式列车总线 (Wire Train Bus，简称WTB)网络技术、用于机车的便携式WTB数据分析卡及其工作方法。
背景技术：
WTB技术主要用于机车的通信，可实现过程数据和消息数据的传输，其最大特点就是具有机车初运行功能，即当机车车辆的配置发生变化后，能够自动地对车辆进行编址，构成新的机车拓扑结构，而不需要人为的参与。WTB网络基于WTB技术组网，是一种专门为机车车辆总线设计的网络，目前已成为一种在国外和国内大量使用的高可靠性现场总线网络，是IEC61375-1标准的一个重要组成部分，但由于WTB网络专业性强，对外接口还不是特别方便。便携式WTB数据分析卡是目前机车车辆上逐渐广泛应用的一个数据分析设备，方便维护人员通过便携式计算机对数据进行在线分析。当车辆出现故障时，维护人员可以在线分析车辆上的故障设备，并借助相关的上位机分析软件进行对整车的运行情况进行相关的判断和分析。由于机车车辆的特殊应用性，很多的便携式WTB数据分析卡的核心技术被国外垄断，国内还处于空白，这使得国外的便携式数据分析卡价格十分昂贵。此外，国外的便携式数据分析卡结构和功能上，不能很好地满足国内用户的需求，其实用性较低。
发明内容
本发明提供一种便携式WTB数据分析卡及其工作方法，用以解决现有技术中便携式WTB数据分析卡成本高、实用性低的技术缺陷，从而达到降低数据卡成本、提高实用性的技术效果。本发明提供一种便携式WTB数据分析卡，包括MCU、WTB协议控制器、WTB编解码器和WTB驱动器，通过内部总线顺次双向连接，且所述WTB驱动器和外部WTB总线双向连接；双口 RAM、FPGA和PCMCIA接口电路；所述双口 RAM的一端通过所述内部总线与所述MCU双向连接、且另一端通过所述内部总线与所述FPGA双向连接；所述PCMCIA接口电路一端与所述FPGA连接、且另一端用于连接外部计算机。所述WTB驱动器负责将所述WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换为第一曼彻斯特信号、并输出到所述WTB编解码器，以及将所述WTB编解码器输出的第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据并经所述WTB总线输出；所述WTB编解码器负责将所述第一曼彻斯特信号解码为第一 HDLC数字信号、并输出到所述WTB协议控制器，以及将所述WTB协议控制器输出的第二 HDLC数字信号编码为所述第二曼彻斯特信号；所述MCU负责所述WTB协议控制器的时序控制，以及处理所述WTB协议控制器和所述双口 RAM中存储的数据；所述WTB协议控制器负责将所述第一 HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据、并产生中断信号，以及依据MCU待传输的数据生成第二 HDLC数字信号，并输出到所述WTB编解码器；所述FPGA负责将所述MCU存放到所述双口 RAM中的第一并行总线数据，转换为第一 PCMCIA接口数据，并经由所述PCMCIA接口电路输出；以及将经所述PCMCIA接口电路输入的第二 PCMCIA接口数据，转换为第二并行总线数据，并存放到所述双口 RAM。上述便携式WTB数据分析卡还可包括冗余WTB编解码器和冗余WTB驱动器；所述冗余WTB编解码的一端通过所述内部总线和所述WTB协议控制器双向连接，另一端通过所述内部总线和所述冗余WTB驱动器的一端双向连接；所述冗余WTB驱动器的另一端和外部 WTB冗余总线双向连接。所述冗余WTB驱动器负责将经所述冗余WTB总线输入的第三WTB总线数据解调为第三曼彻斯特信号、并输出到所述冗余WTB编解码器，以及将所述冗余WTB编解码器输出的所述第二曼彻斯特信号，转换为所述第二 WTB总线数据，并经所述冗余WTB总线输出；所述冗余WTB编解码器负责将所述第三曼彻斯特信号解码为第三HDLC数字信号、 并输出到所述WTB协议控制器，以及将所述WTB协议控制器输出的所述第二 HDLC数字信号编码为所述第二曼彻斯特信号；所述WTB协议控制器还负责将所述第三HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据， 并产生中断信号；以及将所述第二 HDLC数字信号输出到所述冗余WTB编解码器。所述MCU可具体为Z8S180处理器，所述FPGA可具体为)(C2S100E芯片。本发明还提供的一种上述便携式WTB数据分析卡的工作方法，包括WTB驱动器将经WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换为第一曼彻斯特信号、并输出到WTB编解码器；所述WTB编解码器将所述第一曼彻斯特信号解码为第一 HDLC数字信号、并输出到WTB协议控制器；所述WTB协议控制器将所述第一 HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据，并产生中断信号；所述MCU接收所述中断信号，对所述可处理的数据进行处理，得到第一并行总线数据并存放到双口 RAM ；所述FPGA读取所述第一并行总线数据并转换为第一 PCMCIA接口数据，并经所述PCMCIA接口电路输出；所述FPGA将经所述PCMCIA接口电路输入的第二 PCMCIA接口数据，转换为第二并行总线数据，并存放到所述双口 RAM ；所述MCU读取和处理所述第二并行总线数据，得到待传输的数据；所述WTB协议控制器依据所述待传输的数据生成第二 HDLC数字信号，并发送给所述WTB编解码器；所述WTB编解码器将所述第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号，并输出到所述WTB驱动器；所述WTB驱动器将所述第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据，并经所述WTB总线输出。上述方法还可包括所述WTB协议控制器将所述第二 HDLC数字信号输出到冗余 WTB编解码器；所述冗余WTB编解码器将所述第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号，并输出到冗余WTB驱动器；所述冗余WTB驱动器将所述第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据，并经冗余WTB总线输出；所述冗余WTB驱动器将经所述WTB冗余总线输入的第三WTB总线数据其转换为第三曼彻斯特信号，并输出到冗余WTB编解码器；所述冗余WTB编解码器将所述第三曼彻斯特信号转换为第三HDLC数字信号，并输出到所述WTB协议控制器；所述WTB协议控制器将所述第三HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据，并产生中断信号。上述待传输的数据可包括过程数据、消息数据和/或监视数据。本发明将机车车辆领域专用的WTB总线机制，和有着广泛应用基础的PCMCIA接口电路相结合，创造出了一种新型的基于WTB接口的数据分析卡，对于实现机车车辆数据分析的推广应用具有十分重要的意义，具有可靠性、灵活性、通用性、成本低等优点，方便安装、维护和数据分析。此外，本发明将所需要实现的功能成为机车系统的一个部分，使对机车领域不熟悉或不具备WTB总线研发能力的厂商，能将自己的产品快速的推向铁路市场， 因此本发明非常适合于机车车辆的应用领域中广泛推广。
图1为本发明提供的便携式WTB数据分析卡的结构示意图一；图2为本发明提供的便携式WTB数据分析卡的结构示意图二 ；图3为本发明提供的便携式WTB数据分析卡工作方法流程图一；图4为本发明提供的便携式WTB数据分析卡工作方法流程图二。附图标记I-MCU ；2-WTB 协议控制器；
4-WTB 驱动器； 5-双口 RAM ；7-PCMCIA 接口 电路； 11-Z8S180 处理器；8-冗余WTB编解码器；9-冗余WTB驱动器。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一图1为本发明提供的便携式WTB数据分析卡的结构示意图一。如图1所示，本实施例提供的便携式WTB数据分析卡包括MCU (多点控制单元，Micro Controller Unit) UffTB 协议控制器2、WTB编解码器3、WTB驱动器4、双口 RAM(随机存取存储器，Random Access Memory) 5、FPGA (现场可编程门阵列，Field-Programmable Gate Array) 6 和 PCMCIA (个人电脑存储卡国际协会，Personal Computer Memory Card International Association)接口电路7。MCUl、WTB协议控制器2、WTB编解码器3和WTB驱动器4，通过内部总线顺次双向连接，即MCU1通过内部总线与WTB协议控制器2双向连接，WTB协议控制器2通过内部总线与WTB编解码器3双向连接，WTB编解码器3通过内部总线与WTB驱动器4双向连接。WTB 驱动器4还与外部WTB总线双向连接。此外，双口 RAM5的一端通过内部总线与MCUl双向连接、且另一端通过内部总线与FPGA6双向连接；PCMCIA接口电路7 —端与FPGA6连接、且另一端用于连接外部计算机，如连接便携式计算机，供其进行数据分析。
3-WTB编解码器； 6-FPGA ；
61-XC2S100E 芯片；
WTB驱动器4负责将WTB总线输入的总线数据(不妨称之为第一 WTB总线数据) 转换为曼彻斯特信号(不妨称之为第一曼彻斯特信号)、并输出到WTB编解码器3，以及将 WTB编解码器3输出的曼彻斯特信号(不妨称之为第二曼彻斯特信号)转换为WTB总线数据(不妨称之为第二 WTB总线数据)并经WTB总线输出。WTB编解码器3负责将WTB驱动器4输出的第一曼彻斯特信号，解码为HDLC数字信号(不妨称为第一 HDLC数字信号)、并输出到WTB协议控制器2，以及将WTB协议控制器2输出的HDLC数字信号编码(不妨称为第二 HDLC数字信号)编码为第二曼彻斯特信号。MCUl进行中央控制，如负责WTB协议控制器2的时序控制，以及处理WTB协议控制器2和双口 RAM5中存储的数据。WTB协议控制器2负责将第一 HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据、并产生中断信号，以及依据MCUl待传输的数据生成第二 HDLC数字信号，并输出到WTB编解码器3。FPGA6负责将MCUl存放到双口 RAM5中的并行总线数据(不妨称为第一并行总线数据)，转换为PCMCIA接口数据(不妨称为第一 PCMCIA接口数据)，并经由PCMCIA接口电路7输出；以及将经PCMCIA接口电路7输入的PCMCIA接口数据(不妨称为第二 PCMCIA 接口数据)，转换为并行总线数据(不妨称为第二并行总线数据)，并存放到双口 RAM5。实施例二图2为本发明提供的便携式WTB数据分析卡的结构示意图二。如图2所示，本实施例与图1对应实施例的区别在包括提高数据处理速度，MCU可为高速单片机，优选为Z8S180处理器11。为了满足用户的不同需求，FPGA可选用扩展性能较好的FPGA芯片，优选为)(C2S 100E芯片61 ；为了提高设备的扩展性能，满足用户的不同需求，本实施例便携式WTB数据分析卡进行了冗余布置，即还可包括冗余WTB编解码器8和冗余WTB驱动器9 ；冗余WTB编解码器8的一端通过内部总线和WTB协议控制器2双向连接，另一端通过内部总线和冗余WTB 驱动器9的一端双向连接；冗余WTB驱动器9的另一端和外部WTB冗余总线双向连接。冗余WTB驱动器9负责将经冗余WTB总线输入的WTB总线数据(不妨称为第三 WTB总线数据)解调为曼彻斯特信号(不妨称为第三曼彻斯特信号)、并输出到冗余WTB 编解码器8，以及将冗余WTB编解码器8输出的第二曼彻斯特信号，转换为第二 WTB总线数据，并经冗余WTB总线输出。冗余WTB编解码器8负责将第三曼彻斯特信号解码为HDLC数字信号(不妨称为 第三HDLC数字信号)、并输出到WTB协议控制器2，以及将WTB协议控制器2输出的第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号。相应的，WTB协议控制器2还负责将第三HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据， 并产生中断信号；以及将第二 HDLC数字信号输出到冗余WTB编解码器。上述技术方案中，冗余WTB编解码器8和冗余WTB驱动器9，可分别采用与WTB编解码器3和WTB驱动器4相同的设备，作为一组冗余接口连接到WTB冗余总线上。实施例三图3为本发明提供的便携式WTB数据分析卡工作方法流程图一。如图3所示的流程，是从WTB总线流入便携式计算机的数据流方向，描述便携式WTB数据分析卡的工作方法。请参见图1和图3所示，该方法包括步骤31 =WTB驱动器将经WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换为第一曼彻斯特信号、并输出到WTB编解码器。步骤32 =WTB编解码器将第一曼彻斯特信号解码为第一 HDLC数字信号、并输出到 WTB协议控制器。步骤33 =WTB协议控制器将第一 HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据，并产生中断信号。步骤34 =MCU接收中断信号，对WTB协议控制器中存储的可处理的数据进行处理， 得到第一并行总线数据并存放到双口 RAM。第一并行总线数据可具体为16位标准并行总线数据。步骤35 :FPGA读取第一并行总线数据并转换为第一 PCMCIA接口数据，并经 PCMCIA接口电路输出，以供便携式计算机进行数据分析。如果便携式WTB数据分析卡采用如图2所示的冗余布置，则上述步骤31还可包括冗余WTB驱动器将经WTB冗余总线输入的第三WTB总线数据其转换为第三曼彻斯特信号，并输出到冗余WTB编解码器。上述步骤32还可包括冗余WTB编解码器将第三曼彻斯特信号转换为第三HDLC数字信号，并输出到WTB协议控制器。上述步骤33还可包括WTB 协议控制器将第三HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据，并产生中断信号。实施例四图4为本发明提供的便携式WTB数据分析卡工作方法流程图二。如图4所示的流程，是从便携式计算机流入WTB总线的数据流方向，描述便携式WTB数据分析卡的工作方法。请参见图1和图4所示，该方法包括步骤41 =FPGA将经PCMCIA接口电路输入的第二 PCMCIA接口数据，转换为第二并行总线数据，并存放到双口 RAM。第二并行总线数据可具体为16位标准并行总线数据。步骤42 =MCU读取和处理第二并行总线数据，得到待传输的数据。步骤43 =WTB协议控制器依据MCU待传输的数据生成第二 HDLC数字信号，并发送给WTB编解码器。MCU待传输的数据可包括过程数据、消息数据和/或监控数据。其中，过程数据为周期性数据，消息数据为非周期性数据，监控数据为周期性或偶发性数据。步骤44 =WTB编解码器将第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号，并输出到 WTB驱动器。步骤45 :WTB驱动器将第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据，并经WTB总线输出。如果便携式WTB数据分析卡采用如图2所示的冗余布置，则上述步骤43还可包括WTB协议控制器将所述第二 HDLC数字信号输出到冗余WTB编解码器；上述步骤44还可包括冗余WTB编解码器将第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号，并输出到冗余 WTB驱动器；上述步骤45还可包括冗余WTB驱动器将第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB 总线数据，并经冗余WTB总线输出。需要说明的是，目前由于WTB总线的专用性，很多厂家不能提供具有WTB接口的数据分析卡，而且该项技术被国外一直垄断，设备成本居高不下，通用性也不如人意。基于此， 本发明申请人通过自制研制的技术，将机车车辆专用的总线技术与工业控制领域的专用技术相互结合，研制出的机车车辆专用的WTB分析卡具有广泛的推广应用价值。通过上述技术方案的具体分析可知，本发明具有以下有益效果1、本发明将PCMCIA接口电路与WTB总线技术结合起来，将专用的WTB总线数据转换为通用的PCMCIA接口数据。由于本发明采用的PCMCIA接口通讯方式，是目前便携式计算机应用广泛的通讯方式之一，具有接口简单、价格低廉、调试方便、性能可靠、而且在通信速率上完全和WTB网络匹配等优点。将本发明提供的便携式WTB数据分析卡应用于机车车辆、电厂等领域，具有数据分析的实时性高、响应时间快等特点。2、本发明采用FPGA卡，具有很强的扩展性能，可根据客户的不同需求进行数据分析卡的功能扩展。具体可以实现的功能包括第一，可以根据多用户的特点进行多个 PCMCIA接口扩展；第二，可以根据用户对数据的采集进行其它接口的扩展，比如客户要求将WTB总线上采集的数据从I2C、SPI等接口进行输出。综上，本发明将机车车辆领域专用的WTB总线机制，和有着广泛应用基础的 PCMCIA接口电路相结合，创造出了一种新型的基于WTB接口的数据分析卡，有利于实现机车车辆数据分析的推广应用，并具有可靠性、灵活性、通用性、成本低等优点，方便安装、维护和数据分析。此外，本发明将所需要实现的功能成为机车系统的一个部分，使对机车领域不熟悉或不具备WTB总线研发能力的厂商，能将自己的产品快速的推向铁路市场，因此本发明非常适合于机车车辆的应用领域中广泛推广。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种便携式WTB数据分析卡，其特征在于，包括MCU、WTB协议控制器、WTB编解码器和WTB驱动器，通过内部总线顺次双向连接，且所述 WTB驱动器和外部WTB总线双向连接；双口 RAM、FPGA和PCMCIA接口电路；所述双口 RAM的一端通过所述内部总线与所述MCU 双向连接、且另一端通过所述内部总线与所述FPGA双向连接；所述PCMCIA接口电路一端与所述FPGA连接、且另一端用于连接外部计算机。
2.根据权利要求1所述的便携式WTB数据分析卡，其特征在于，所述WTB驱动器负责将所述WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换为第一曼彻斯特信号、并输出到所述WTB编解码器，以及将所述WTB编解码器输出的第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据并经所述WTB总线输出；所述WTB编解码器负责将所述第一曼彻斯特信号解码为第一 HDLC数字信号、并输出到所述WTB协议控制器，以及将所述WTB协议控制器输出的第二 HDLC数字信号编码为所述第二曼彻斯特信号；所述MCU负责所述WTB协议控制器的时序控制，以及处理所述WTB协议控制器和所述双口 RAM中存储的数据；所述WTB协议控制器负责将所述第一 HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据、并产生中断信号，以及依据MCU待传输的数据生成第二 HDLC数字信号，并输出到所述WTB编解码器；所述FPGA负责将所述MCU存放到所述双口 RAM中的第一并行总线数据，转换为第一 PCMCIA接口数据，并经由所述PCMCIA接口电路输出；以及将经所述PCMCIA接口电路输入的第二 PCMCIA接口数据，转换为第二并行总线数据，并存放到所述双口 RAM。
3.根据权利要求1所述的便携式WTB数据分析卡，其特征在于，还包括冗余WTB编解码器和冗余WTB驱动器；所述冗余WTB编解码的一端通过所述内部总线和所述WTB协议控制器双向连接，另一端通过所述内部总线和所述冗余WTB驱动器的一端双向连接；所述冗余WTB驱动器的另一端和外部WTB冗余总线双向连接。
4.根据权利要求3所述的便携式WTB数据分析卡，其特征在于，所述冗余WTB驱动器负责将经所述冗余WTB总线输入的第三WTB总线数据解调为第三曼彻斯特信号、并输出到所述冗余WTB编解码器，以及将所述冗余WTB编解码器输出的第二曼彻斯特信号，转换为第二 WTB总线数据，并经所述冗余WTB总线输出；所述冗余WTB编解码器负责将所述第三曼彻斯特信号解码为第三HDLC数字信号、并输出到所述WTB协议控制器，以及将所述WTB协议控制器输出的第二 HDLC数字信号编码为所述第二曼彻斯特信号；所述WTB协议控制器还负责将所述第三HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据，并产生中断信号；以及将所述第二 HDLC数字信号输出到所述冗余WTB编解码器。
5.根据权利要求1 4任一所述的便携式WTB数据分析卡，其特征在于，所述MCU具体为Z8S180处理器，所述FPGA具体为)(C2S100E芯片。
6.一种权利要求1 5任一所述的便携式WTB数据分析卡的工作方法，其特征在于，包括WTB驱动器将经WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换为第一曼彻斯特信号、并输出到WTB编解码器；所述WTB编解码器将所述第一曼彻斯特信号解码为第一 HDLC数字信号、 并输出到WTB协议控制器；所述WTB协议控制器将所述第一 HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据，并产生中断信号；所述MCU接收所述中断信号，对所述可处理的数据进行处理， 得到第一并行总线数据并存放到双口 RAM ；所述FPGA读取所述第一并行总线数据并转换为第一 PCMCIA接口数据，并经所述PCMCIA接口电路输出；所述FPGA将经所述PCMCIA接口电路输入的第二 PCMCIA接口数据，转换为第二并行总线数据，并存放到所述双口 MM ；所述MCU读取和处理所述第二并行总线数据，得到待传输的数据；所述WTB协议控制器依据所述待传输的数据生成第二 HDLC数字信号，并发送给所述WTB编解码器；所述WTB编解码器将所述第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号， 并输出到所述WTB驱动器；所述WTB驱动器将所述第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据，并经所述WTB总线输出。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，还包括所述WTB协议控制器将所述第二 HDLC数字信号输出到冗余WTB编解码器；所述冗余 WTB编解码器将所述第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号，并输出到冗余WTB驱动器；所述冗余WTB驱动器将所述第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据，并经冗余WTB 总线输出；所述冗余WTB驱动器将经所述WTB冗余总线输入的第三WTB总线数据其转换为第三曼彻斯特信号，并输出到冗余WTB编解码器；所述冗余WTB编解码器将所述第三曼彻斯特信号转换为第三HDLC数字信号，并输出到所述WTB协议控制器；所述WTB协议控制器将所述第三HDLC数字信号解析为MCU可处理的数据，并产生中断信号。
8.根据权利要求6或7所述的工作方法，其特征在于，所述待传输的数据包括过程数据、消息数据和/或监视数据。
全文摘要
本发明公开了一种便携式WTB数据分析卡及其工作方法，其中，便携式WTB数据分析卡包括MCU、WTB协议控制器、WTB编解码器和WTB驱动器，通过内部总线顺次双向连接，且所述WTB驱动器和外部WTB总线双向连接；双口RAM、FPGA和PCMCIA接口电路；所述双口RAM的一端通过所述内部总线与所述MCU双向连接、且另一端通过所述内部总线与所述FPGA双向连接；所述PCMCIA接口电路一端与所述FPGA连接、且另一端用于连接外部计算机。本发明具有可靠性、灵活性、通用性、成本低等优点。
文档编号H04L12/40GK102325068SQ20111013757
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者于跃, 姜悦礼, 牟岩, 王晓鹏 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心