一种多类型车辆总线检测仪的制作方法

本发明涉及车辆和铁路列车技术领域，尤其涉及一种多类型车辆总线检测仪。

背景技术：

当前，我国列车车辆通讯网络总线主要采用以太网、MVB、CAOPEN等网络。

其中，以太网通讯的物理层接口满足IEEE 802.3要求，支持100BASE-TX传输介质，支持全双工通信，连接器要求采用“D”型编码的M12连接器，设备端采用孔式连接器，活动端采用针式连接器。M12连接器应具备金属屏蔽外壳。电缆要求采用符合ISO/IEC 11801和IEC 61156-6标准要求的超五类双绞线。以太网电缆屏蔽层与M12连接器的外壳应采用360°环形可靠连接，设备应设置接地点确保设备可靠接地，同时设备上的M12连接器外壳应确保可以通过设备进行可靠接地。IP与MAC地址要求确保设备地址的全球唯一性。采用IPV4版本标准符合性子系统挂网设备至少符合以下标准：IEC61375-1(列车通信网络)、IEC61375-3-4/-2-5(以太网部分)、EN50121-3-2(电磁兼容性)。通信协议应支持ARP协议、ICMP协议及IGMP协议。应用层应支持SNMP协议、telnet协议、FTP协议及TRDP协议。传输层应支持TCP协议与UDP协议。对于铁路用以太网，提高实时性、确保可靠性也是必不可少的条件。为了确保实时性，铁路以太网的4～7层都将使用专为铁路用途开发的自主协议“TRDP(Train Real-time Data Protocol)”保延迟时间在50ms左右。

MVB总线是一种列车专用总线，遵循IEC61375-1:2007《列车通信网络》(简称TCN标准)标准，它是一个开放的通信系统，用于列车车厢和不同设备间的连接。TCN标准包含两种总线形式：绞线式列车总线WTB和多功能车辆总线MVB两种。原定义WTB用于车厢间连接，MVB用于车厢内设备连接，但现在大多厂家车厢和车厢内均采用MVB总线连接，简化了设计过程。MVB总线通信速率为1.5Mbit/s，物理层分为三种：(1)用于短距离传输的电介质ESD(RS485，20.0m)；(2)用于中距离传输的电介质EMD(变压器耦合，200.0m)；(3)用于长距离传输的光介质(光纤，2.0km)。

CANOPEN是一种架构在控制局域网络(Control Area Network，CAN)上的高层通讯协议，在工业控制领域得到广泛应用。遵循ISO11898标准和CIA DS-301Ver.4.02标准。CAN总线仅仅定义了物理层和数据链路层，没有规定应用层，本身不完整。CAL协议是目前基于CAN的高层通讯协议的一种，CAL提供了4种应用层服务功能：CMS、NMT、DBT和LMT。而CANOPEN协议是基于CAL协议基础上进行扩展的。CANOPEN提供了所有的网络管理服务和报文传送协议，提供了分布式控制系统的一种实现方案。CANOPEN在保证网络节点互用性的同时允许节点的功能随意扩展。

而随着铁路行业的发展，以太网、MVB、CAOPEN等车辆总线得到了广泛的应用，但由于各个通讯网络的专用性和针对性极强(主要应用于铁路和部分电力系统等一些特殊领域)，工业现场测试手段和仪器非常少，尤其是缺乏一种能够针对多类型车辆总线的综合测试设备。而现有的检测方法是依赖现场的工作人员配置一台笔记本电脑，通过USB转串口线连接各类型总线来实现各个网络的单独检测，这种方法需要在电脑上安装驱动程序，如电脑故障或者系统重装，则需要重新安装驱动，浪费时间。另外，各个通讯网络单独检测后需要将笔记本电脑上的数据上传到上位机上集中存储、备份、分析，检测效率低下。

技术实现要素：

本发明实施例提出一种多类型车辆总线检测仪，能实现多类型车辆总线的综合检测，解决车辆总线领域中多功能综合检测设备的空白问题。

本发明实施例提供一种多类型车辆总线检测仪，包括：主控制模块、以太网控制模块、以太网总线接口、MVB控制模块、MVB总线接口、CANOPEN总线控制模块、CANOPEN总线接口、RS232控制模块和HMI人机交互模块；

其中，所述主控制模块分别与所述以太网控制模块、MVB控制模块、CANOPEN总线控制模块和RS232控制模块连接；

所述以太网控制模块与所述以太网总线接口连接；

所述MVB控制模块与所述MVB总线接口连接；

所述CANOPEN总线控制模块与所述CANOPEN总线接口连接；

所述RS232控制模块和所述HMI人机交互模块连接。

进一步的，所述主控制模块是以Cortex-M3的LPC177x微处理器为核心的主控制模块。

进一步的，所述以太网控制模块包括：TCP/IP协议控制器和以太网转接模块；

所述TCP/IP协议控制器分别与所述以太网转接模块、所述以太网总线接口连接；

所述以太口网转接模块与所述主控制模块连接

所述以太网控制模块用于将所述主控制模块发送的数据转换为TCP/IP总线数据，并通过所述以太网总线接口将所述TCP/IP总线数据发送给以太网总线；以及用于将所述以太网总线接口接收的数据转换为TTL数据，将所述TTL数据发送至所述主控制模块。

进一步的，所述MVB控制模块包括：依次连接的MVB编码器、MVB总线驱动器和隔离变压器；

所述MVB编码器与所述主控制模块连接；

所述隔离变压器与所述MVB总线接口连接。

进一步的，所述MVB总线驱动器包括第一MVB总线驱动器和第二MVB总线驱动器；

所述隔离变压器包括第一隔离变压器和第二隔离变压器；

所述MVB总线接口模块包括：第一MVB接口和第二MVB接口；

所述第一MVB总线驱动器、第一隔离变压器和第一MVB接口依次串联连接；

所述第二MVB总线驱动器、第二隔离变压器和第二MVB接口依次串联连接。

进一步的，所述CANOPEN总线控制模块包括：CANOPEN总线隔离模块；

所述CANOPEN总线隔离模块用于将CANOPEN总线上的差分信号转化为TTL信号，以及用于将所述主控模块发送过来的数据转换为差分信号。

进一步的，所述RS232控制模块是型号为RSM485PHT/RSM232的隔离收发器；

所述RS232控制模块用于将所述HMI人机交互模块和所述主控制模块之间的通信数据进行转换。

进一步的，所述多类型车辆总线检测仪用于系统初始化、多类型车辆总线初始化和数据交换。

进一步的，所述多类型车辆总线检测仪用于系统初始化、多类型车辆总线初始化和数据交换，具体包括以下步骤：

步骤A、系统初始化：读取预先存储的配置文件完成系统初始化；所述配置文件包括：通信过程中各通信项目的项目信息；

步骤B、根据用户输入指令，确定通信方式；所述通信方式包括以太网通信方式和CANOPEN通信方式；

步骤C、以太网总线初始化：检测所述以太网总线接口的连接状态；如果连接状态为连接成功，则执行步骤D，如果连接状态为连接失败，则不再执行任何操作；

步骤D、CANOPEN总线初始化：根据所述配置文件，配置所述CANOPEN总线的通信参数；

步骤E、根据所述确定的通信方式，将所述通信参数写入通信主站，实现以太网和通信主站之间的通信和数据交换。

进一步的，所述步骤E具体为：

如果所述确定的通信方式为以太网通信方式，则将所述通信参数写入MVB通信主站，并实现以太网与MVB通信主站之间的通信和数据交换；

如果所述确定的通信方式为CANOPEN通信方式，则将所述通信参数写入CANOPEN通信主站，并实现以太网与CANOPEN通信主站之间的通信和数据交换。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的一种多类型车辆总线检测仪，包括主控制模块、以太网控制模块、以太网总线接口、MVB控制模块、MVB总线接口、CANOPEN总线控制模块、CANOPEN总线接口、RS232控制模块和HMI人机交互模块，可接入到以太网、MVB、CANOPEN三类型标准网络，完成数据分析、诊断、记录等工作，实现多类型车辆总线的综合检测，解决车辆总线领域中多功能综合检测设备的空白问题。

附图说明

图1是本发明提供的多类型车辆总线检测仪的一种实施例的结构示意图；

图2是本发明提供的主控模块的一种实施例的电路结构图；

图3是本发明提供的MVB控制模块的一种实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的MVB控制模块的一种实施例的电路结构示意图；

图5是本发明提供的MVB控制模块和MVB总线接口的一种实施例的结构示意图；

图6是本发明提供的MVB控制模块和MVB总线接口的另一种实施例的电路结构示意图；

图7是本发明提供的CANOPEN总线控制模块的一种实施例的电路示意图；

图8是本发明提供的RS232控制模块的一种实施例的电路示意图；

图9是本发明提供的TCP/IP协议控制器的一种实施例的电路示意图；

图10是本发明提供了多类型车辆总线检测仪的数据处理方法的一种实施例的流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

参见图1，是本发明提供的多类型车辆总线检测仪的一种实施例的结构示意图。如图1所示，该多类型车辆总线检测仪包括：主控制模块1、以太网控制模块2、以太网总线接口3、MVB控制模块4、MVB总线接口5、CANOPEN总线控制模块6、CANOPEN总线接口7、RS232控制模块8和HMI人机交互模块9。

其中，主控制模块1分别与以太网控制模块2、MVB控制模块4、CANOPEN总线控制模块6和RS232控制模块8连接。以太网控制模块2与以太网总线接口3连接。MVB控制模块4与MVB总线接口5连接。CANOPEN总线控制模块6与CANOPEN总线接口7连接。RS232控制模块8和HMI人机交互模块9连接。

在本实施例中，主控制模块1是以Cortex-M3的LPC177x微处理器为核心的主控制模块。LPC177x微处理器是恩智浦推出集成LCD图像控制器，高达512KB的片上闪存程序存储器，具有系统编程(ISP)和在应用中编程(IAP)功能，96KB的片上SRAM，4KB的片上EEPROM。主控制模块1包括LPC177x微处理器、时钟电路、复位电路、滤波电路、JTAG下载电路和CPU电源管理芯片。为了更好的说明本发明，参见图2，图2是本发明提供的主控模块的一种实施例的电路结构图。图2中的LPC177x微处理器为LPC1778，其各引脚设置如图2所示。

在本实施例中，参见图3，图3是本发明提供的MVB控制模块的一种实施例的结构示意图，如图3所示，MVB控制模块4包括：依次连接的MVB编码器41、MVB总线驱动器42和隔离变压器43。MVB编码器41与主控制模块1连接。隔离变压器43与MVB总线接口5连接。

作为本实施例的一种举例，图4是本发明提供的MVB控制模块的一种实施例的电路结构示意图。图4中的MVB控制模块是型号为XC2S100-5TQ144I的处理器，负责对MVB各种信息按TCN标准进行编解码，并将相关信息存入入内RAM，并和主控制器模块CPU通讯。

在本实施例中，参见图5和图6，图5是本发明提供的MVB控制模块和MVB总线接口的另一种实施例的结构示意图。图6是本发明提供的MVB控制模块和MVB总线接口的另一种实施例的电路结构示意图。其中，如图5所示，由左到右依次为MVB总线驱动器、隔离变压器和MVB总线接口。MVB总线驱动器包括第一MVB总线驱动器和第二MVB总线驱动器。隔离变压器包括第一隔离变压器和第二隔离变压器。MVB总线接口模块包括：第一MVB接口和第二MVB接口。第一MVB总线驱动器、第一隔离变压器和第一MVB接口依次串联连接。第二MVB总线驱动器、第二隔离变压器和第二MVB接口依次串联连接。

图6所示的MVB总线接口是冗余结构，MVB网络总线与MVB总线接口的M1、M2接头的1、2、4、5四个引脚(双路差分信号，形成冗余)连接，通过隔离变压器送至总线驱动器MAX3088EESA，并通过ZCA、ZCB、ZC、ZF引脚与MVB编解码器的I/O脚相连。MVB编解码器通过地址线ZA0-ZA3、ZA12-ZA15与主控制模块1的A0-A3、A12-A15相连。隔离变压器选用VAC公司的T60403-Y4021-X123。总线驱动器选用MAX3088EESA，用于RS485通讯高速收发。另外，图6所示的电路图还包括总线保护器。总线保护器选用TVS阵列器件LCDA05A,每个芯片可对两路高速信号线进行保护，具有低漏电、低箝位电压特点，对于高速信号具有低容性，适合MVB网络使用，实现对MVB网络输入、输出信号进行过压、过流、短路等保护。

本发明采用EMD方式的MVB网络，选用了VAC磁性材料隔离变压器，提高通讯稳定性和安全性，隔离变压器将MVB网络总线驱动器变换后电平信号经过磁隔离输送至MVB网络，或将MVB网络信号进行磁隔离后送至MVB网络总线驱动器，实现内、外网的磁性隔离，使检测仪具备抗干扰能力。

在本实施例中，CANOPEN总线控制模块6包括：CANOPEN总线隔离模块。CANOPEN总线隔离模块用于将CANOPEN总线上的差分信号转化为TTL信号，以及用于将主控模块1发送过来的数据转换为差分信号。CANOPEN总线隔离模块可以但不限于为型号是CTM1051的CAN收发器。CTM1051是一款带隔离的通用CAN收发器芯片，该芯片内部集成了所有必需的CAN隔离器及CAN收发器件，这些都被集成在不到3平方厘米的芯片上。芯片的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平并且具有DC2500V的隔离功能。该芯片符合ISO 11898标准，可以和其他遵从ISO 11898标准的CAN收发器产品互操作，支持标准波特率：40kbps—1Mbps。CTM1051具有将CAN控制器逻辑电平转换为CAN总线的差动电平的功能，另外CTM1051还具有对CAN控制器与CAN总线之间的隔离作用。

作为本实施例的一种举例，CANOPEN总线控制模块6还包括外围RC保护电路，详细如图7所示。CANOPEN网络总线与CANOPEN总线接口7上的DB4接头的2、7两个引脚连接，通过CANOPEN总线隔离模块3、4脚与主控制器模块1的TD1、RD1引脚连接。总线通信电路通过CANOPEN总线隔离模块将CANOPEN总线上的差分信号转化为TTL信号后传送至主控制模块1。CANOPEN总线隔离模块还可将来自主控制模块1的数据转换为差分信号后通过CANOPEN总线隔离模块传送至CANOPEN总线上。

在本实施例中，RS232控制模块8是型号为RSM485PHT/RSM232的隔离收发器。RS232控制模块8用于将HMI人机交互模块和主控制模块之间的通信数据进行转换。RSM232是隔离全功能RS-232收发器是一款具备电源隔离、电气隔离的全功能RS-232收发器，RSM232可以提高系统稳定性、简化电路设计。电路完全符合EIA/TIA-232E和ITU-T V.28规格，采用3.3V或5V电源供电，具有2500VDC的隔离电压，波特率可高达115200bps，具有DC隔离功能。RSM232隔离收发器满足EIA/TIA-232-F标准；满载最小数据速率120Kbps，具有热保护、电磁辐射EME低、电磁抗干扰EMS高、直接使用，无需外加任何组件，3.17～5.25V超宽工作电压范围。在以往的设计方案中需要光耦、DC/DC隔离、RS-232收发器等其它元器件才能实现带隔离的RS-232收发电路，本发明只采用一片RSM232P接口芯片就可以实现带隔离的全功能RS-232收发电路，隔离电压可以达2500VDC，接口简单，使用方便，性价比高。本模块与HMI人机交互模块的详细电路图如图8所示。

在本实施例中，HMI人机交互模块9是由DMT48270T043_15WT液晶屏构成。

在本实施例中，以太网控制模块2包括：TCP/IP协议控制器和以太网转接模块。TCP/IP协议控制器分别与以太网转接模块、以太网总线接口3连接。以太口网转接模块与主控制模块1连接。TCP/IP协议控制器是型号为ZNE-100TL+的多功能型嵌入式以太网串口数据转换模块，其RXD、TXD引脚与主控模块1的RXD1、TXD1引脚相连。ZNE-100TL+内部集成10/100M自适应以太网接口，串口通信最高波特率高达230.4Kbps，波特率在300bps～1.152Mbps之间可任意设定(AT指令与ZNETCOM配置软件最高可设置230.4Kbps，使用网页配置则可最高设置为1.152Mbps)，具有TCP Server、TCP Client、UDP和Real COM driver等多种工作模式工作端口，目标IP地址和端口均可设定；提供通用配置函数库,方便用户使用VC、VB、Delphi和C++Builder开发应用程序进行二次开发；内置WEB服务器，方便客户进行网页配置；网络断开后自动断开连接，保证整个网络可靠的建立TCP连接；支持DNS,满足通过域名实现通讯的需求；灵活的串口数据分帧设置，满足用户各种分包需求；兼容SOCKET工作方式(TCP Server,TCP Client,UDP等)，上位机通讯软件编写遵从标准的SOCKET规则；支持虚拟串口工作方式,提供WINDOWS虚拟串口驱动，让用户串口设备无逢升级至以太网通讯方式,无需修改原有串口软件；TCP支持多连接，支持连接校验密码和连接后发送特定数据，满足4个以内用户同时管理一个嵌入式模块的设备；UDP方式下支持单机或多机通讯,满足多个用户同时管理一个嵌入式模块的设备；支持先进的安全机制，防止未经授权者的非法访问，提供防火墙IP地址筛选，最多设置8个认证IP或IP段；支持本地和远程的系统固件升级；具备Windows平台配置软件函数库，包含简单易用的API函数库，方便编写自己的配置软件；支持AT命令配置。详细如图9所示，图9是本发明提供的TCP/IP协议控制器的一种实施例的电路示意图。

在本实施例中，本发明提供的多类型车辆总线检测仪中各部件的数据交换具体如下：

以太网控制模块2将主控制模块1发送的数据转换为TCP/IP总线数据，并通过以太网总线接口将TCP/IP总线数据发送给以太网网络。另一方面，以太网控制模块2以太网总线接口3接收的数据转换为RS232数据，将RS232数据发送至主控制模块1。

MVB网络通信电路通过MVB总线接口5、MVB控制模块4与主控制模块1连接。设备数据从主控制模块1发送至MVB控制模块4编码后发送到MVB总线上。另一方面，MVB总线接口5接收MVB总线上的数据，发送至MVB控制模块4解码后发送到主控制模块1，主控电路同样可以通过MVB总线接口5发送MVB主帧。

CANOPEN网络通信电路通过CANOPEN总线接口7、CANOPEN总线控制模块6与主控制模块1。来自主控制模块1的数据转换为差分信号后，通过CANOPEN总线控制模块6和CANOPEN总线接口7发送至CANOPEN网络通信电路。另一方面，CANOPEN总线接口7接收CANOPEN总线上的差分信号，并通过CANOPEN总线控制模块6将其转换为TTL信号后传送至主控制模块1。

HMI人机交互模块9通过RS232控制模块8与主控制模块1连接。HMI电路设备数据由主控制模块1发送TTL电平至RS232控制模块8后，由RS232控制模块8转换成RS232数据发送至HMI人机交互模块9。另一方面，HMI人机交互模块9下发的数据，通过RS232控制模块转换为TTL电平后传送至主控制模块1。

相应地，参见图10，图10是本发明提供了多类型车辆总线检测仪的数据处理方法的一种实施例的流程示意图。本发明的多类型车辆总线检测仪用于系统初始化、多类型车辆总线初始化和数据交换，具体包括以下步骤：

步骤A、系统初始化：读取预先存储的配置文件完成系统初始化；配置文件包括：通信过程中各通信项目的项目信息。

在本实施例中，项目信息包括源端口地址、源端口大小、宿端口地址，宿端口大小等，配置文件可保存以便下次使用时直接调用。

步骤B、根据用户输入指令，确定通信方式；通信方式包括以太网通信方式和CANOPEN通信方式。

步骤C、以太网总线初始化：检测以太网总线接口的连接状态；如果连接状态为连接成功，则执行步骤D，如果连接状态为连接失败，则不再执行任何操作。

步骤D、CANOPEN总线初始化：根据配置文件，配置所述CANOPEN总线的通信参数。

在本实施例中，通信参数可以但不限于包括波特率、PDO参数、SDO参数、心跳生产消费时间等。

步骤E、根据确定的通信方式，将通信参数写入通信主站，实现以太网和通信主站之间的通信和数据交换。

在本实施例中，步骤E具体为：如果确定的通信方式为以太网通信方式，则将通信参数写入MVB通信主站，并实现以太网与MVB通信主站之间的通信和数据交换。如果确定的通信方式为CANOPEN通信方式，则将通信参数写入CANOPEN通信主站，并实现以太网与CANOPEN通信主站之间的通信和数据交换。

由上可见，本发明实施例提供的一种多类型车辆总线检测仪，包括主控制模块1、以太网控制模块2、以太网总线接口3、MVB控制模块4、MVB总线接口5、CANOPEN总线控制模块6、CANOPEN总线接口7、RS232控制模块8和HMI人机交互模块9，可接入到以太网、MVB、CANOPEN三类型标准网络，完成数据分析、诊断、记录等工作，实现多类型车辆总线的综合检测，解决车辆总线领域中多功能综合检测设备的空白问题。

另一方面，本发明提供的多类型车辆总线检测仪无需安装驱动程序，即插即用，使用便捷，所有数据均通过HMI人机交互模块显示给检测人员，检测获得的数据也可通过以太网上传至上位机进行存储，提高检测的效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。