专利名称：一种用于机车的canopen数据记录单元及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于CAN0PEN网络技术的机车车辆的网络控制装置，尤其涉及一 种用于机车的CAN0PEN数据记录单元及其工作方法。
背景技术：
CAN0PEN网络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IEC61375-3标准的一个重要组成部分，但由于 专业性强，对外接口还不是特别方便。数据记录仪是目前机车车辆上逐渐广泛应用的一个数据存储设备，一般放置在司 机室内，方便维护人员对数据进行下载和分析。当车辆回库后，维护人员可以下载存储在数 据记录仪上的故障以及车辆运行的文件，并借助相关的上位机分析软件进行对整车的运行 情况做相关的判断和分析。虽然各个厂家生产的数据记录单元结构不一样，但都遵循方便安装和维护、方便 下载数据进行分析的原则。不过，由于机车车辆的特殊应用性，很多的核心技术被国外垄 断，导致国外的数据记录仪价格十分昂贵。而且，国外的数据记录仪结构和功能上均不能完 全满足用户需求，很多用户的需求很多，需要记录单元的可扩展性能，需要对数据记录单元 接口进行更改，可国外厂家从来不满足用户的需求。因此，发明一种价格低、实用性强，功能 完善的机车车辆用数据记录单元十分必要。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种价格低、实用性强的用于机 车的CAN0PEN数据记录单元及其工作方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下一种用于机车的CAN0PEN数据记录单元，包括CAN0PEN协议控制器、CAN0PEN总线 收发器和CAN0PEN光电隔离器，所述的CAN0PEN协议控制器通过内部总线依次与CAN0PEN 总线收发器、CAN0PEN光电隔离器和CAN0PEN总线双向连接；所述的CAN0PEN协议控制器 还通过内部总线依次与高速单片机、PC104总线接口双向连接，所述的PC104总线接口与 PC104 X86接口卡的PC104总线通过内部总线双向连接，所述的PC104 X86接口卡的PC104 输出端与数据存储单元的输入端连接；所述的高速单片机是C8051F040处理器，所述的 PC104X86 接 口卡是 x86 的 PC104 CPU 板卡。本发明所述的CAN0PEN协议控制器包括SJA1000芯片。一种用于机车的CAN0PEN数据记录单元的工作方法，包括以下步骤A.CAN0PEN总线收发器将CAN0PEN协议控制器送来的数字信号转换成曼彻斯特信 号，经CAN0PEN光电隔离器送出，或者将CAN0PEN光电隔离器送来的曼彻斯特网络信号解码 为数字信号，送入CAN0PEN协议控制器；B、CAN0PEN协议控制器将高速单片机要传输的变量MPC或消息MSG打包成CAN0PEN网络协议规定的数据流送到CAN0PEN总线收发器或者将CAN0PEN总线收发器送来 的信号解析成标准数据并存储起来；C、高速单片机负责控制CAN0PEN协议控制器的工作时序和PC104数据流的生成， 并负责电压监视、软件狗和/或工作电源的控制；D、PC104总线接口是PC104总线的对外接口电路，它将外总线信号解调成PC104总 线的数据流，将数据传送给高速单片机进行数据处理，并将其生成的PC104信号送到PC104 总线接口生成符合PC104总线通讯的信号与PC104X86接口卡通信，PC104X86接口卡将数 据处理后交由数据存储单元进行存储和记录。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果1、由于本发明采用的PC104通讯方式是目前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CAN0PEN网络匹配等优点。 特别是在机车车辆、电厂等领域，具有数据记录的实时性高、响应时间快等特点，将PC104 总线与CAN0PEN总线技术结合起来，将专用的CAN0PEN数据流变换为通用的PC104总线数 据。PC104X86接口卡在工业控制领域被广泛应用，其扩展性能强，对数据存储单元的扩展十 分方便，而且也支持键盘、显示屏和鼠标等接口的接入，方便了系统的调试。本发明将机车 车辆领域专用的CAN0PEN总线机制和有着广泛应用基础的PC104X86接口卡以及相关的数 据存储单元相结合，创造出了 一种新型的基于CAN0PEN接口的数据记录单元，对于实现机 车车辆的数据记录单元的推广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。2、由于本发明采用的PC104X86接口卡具有很强的扩展性能，可根据客户的不同 需求进行数据记录单元的功能扩展，具体可以实现的功能包括第一，可以根据用户的数据 通信的数据量特点进行数据存储单元的容量扩展；第二，可以根据用户对数据存储的安全 性能等级要求进行对存储部分的加固；第三，可以根据用户对某些特殊数据的采集要求进 行数据采集卡的扩展，比如客户需要采集2路数字输入量，数据记录单元可以根据客户的 需求扩展数字量输入的采集接口卡。如果客户需要2路的速度信号采集和记录，数据记录 单元可以根据客户的需求扩展模拟量的采集接口卡。本发明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不具备CAN0PEN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。所以本发明非常适合于机车车辆的应用领域中广泛推广。
本发明仅有附图1张，其中图1为用于机车的CAN0PEN数据记录单元的结构原理图。图中1、高速单片机，2、CAN0PEN协议控制器，3、CAN0PEN总线收发器，4、CAN0PEN 光电隔离器，5、PC104总线接口，6、PC104X86接口卡，7、数据存储单元。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种用于机车的CAN0PEN 数据记录单元，包括CAN0PEN协议控制器2、CAN0PEN总线收发器3和CAN0PEN光电隔离器 4，所述的CAN0PEN协议控制器2通过内部总线依次与CAN0PEN总线收发器3、CAN0PEN光电隔离器4和CAN0PEN总线双向连接；所述的CAN0PEN协议控制器2还通过内部总线依次与 高速单片机1、PC104总线接口 5双向连接，所述的PC104总线接口 5与PC104 X86接口卡 的PC104总线通过内部总线双向连接，所述的PC104 X86接口卡的PC104输出端与数据存 储单元7的输入端连接；所述的高速单片机1是C8051F040处理器，所述的PC104X86接口 卡6是x86的PC104 CPU板卡。所述的CAN0PEN协议控制器包括SJA1000芯片。一种用于机车的CAN0PEN数据记录单元的工作方法，包括以下步骤A.CAN0PEN总线收发器3将CAN0PEN协议控制器2送来的数字信号转换成曼彻斯 特信号，经CAN0PEN光电隔离器4送出，或者将CAN0PEN光电隔离器4送来的曼彻斯特网络 信号解码为数字信号，送入CAN0PEN协议控制器2 ；B、CAN0PEN协议控制器2将高速单片机1要传输的变量MPC或消息MSG打包成 CAN0PEN网络协议规定的数据流送到CAN0PEN总线收发器3或者将CAN0PEN总线收发器3 送来的信号解析成标准数据并存储起来；C、高速单片机1负责控制CAN0PEN协议控制器2的工作时序和PC104数据流的生 成，并负责电压监视、软件狗和/或工作电源的控制；D、PC104总线接口 5是PC104总线的对外接口电路，它将外总线信号解调成PC104 总线的数据流，将数据传送给高速单片机1进行数据处理，并将其生成的PC104信号送到 PC104总线接口 5生成符合PC104总线通讯的信号与PC104X86接口卡6通信，PC104X86接 口卡6将数据处理后交由数据存储单元7进行存储和记录。下面对本发明的工作方法作进一步地说明PC104总线接口 5通过内部总线连接到高速单片机1上，完成高速单片机1同 PC104总线上各设备的通信，CAN0PEN总线收发器3的结构由单元功能电路组成，它将 CAN0PEN协议控制器2送来的数字信号转换成曼彻斯特信号，经CAN0PEN光电隔离器4送 出，或者将CAN0PEN光电隔离器4送来的曼彻斯特网络信号解码为数字信号，送入CAN0PEN 协议控制器2中。CAN0PEN协议控制器2负责将高速单片机1要传输的变量MPC或消息MSG 打包成CAN0PEN网络协议规定的数据流送到CAN0PEN总线收发器4或者将CAN0PEN总线收 发器4送来的信号解析成标准数据并存入自身的缓存区，随之引发中断请求信号，以供高 速单片机1读取。高速单片机1负责控制CAN0PEN协议控制器2的工作时序和PC104数据 流的生成，以及电压监视、软件狗和/或工作电源的控制。PC104总线接口 5是PC104总线 与PC104X86接口卡的接口电路，它将外CAN0PEN总线信号解调成PC104控制器的数据流， 供PC104X86接口卡6和数据存储单元7进行处理并进行相关的数据记录。CAN0PEN总线收 发器3和CAN0PEN光电隔离器4为两组，其中一组作为冗余接口连接到CAN0PEN冗余总线 上。所述的各模块间通过内部总线双向通信。目前，所有的地铁轻轨以及机车车辆均有数据记录单元，但是，由于CAN0PEN总线 的专用性，很多厂家不能提供具有CAN0PEN接口的数据记录单元，而且该项技术被国外一 直垄断，本发明基于自主研制的技术，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CAN0PEN数据记录单元具有广泛的推广应用价值。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种用于机车的CANOPEN数据记录单元，包括CANOPEN协议控制器(2)、CANOPEN总线收发器(3)和CANOPEN光电隔离器(4)，所述的CANOPEN协议控制器(2)通过内部总线依次与CANOPEN总线收发器(3)、CANOPEN光电隔离器(4)和CANOPEN总线双向连接；其特征在于所述的CANOPEN协议控制器(2)还通过内部总线依次与高速单片机(1)、PC104总线接口(5)双向连接，所述的PC104总线接口(5)与PC104 X86接口卡的PC104总线通过内部总线双向连接，所述的PC104 X86接口卡的PC104输出端与数据存储单元(7)的输入端连接；所述的高速单片机(1)是C8051F040处理器，所述的PC104X86接口卡(6)是x86的PC104 CPU板卡。
2.根据权利要求1所述的一种用于机车的CAN0PEN数据记录单元，其特征在于所述 的CAN0PEN协议控制器包括SJA1000芯片。
3.一种用于机车的CAN0PEN数据记录单元的工作方法，其特征在于包括以下步骤A、CAN0PEN总线收发器(3)将CAN0PEN协议控制器⑵送来的数字信号转换成曼彻斯 特信号，经CAN0PEN光电隔离器(4)送出，或者将CAN0PEN光电隔离器(4)送来的曼彻斯特 网络信号解码为数字信号，送入CAN0PEN协议控制器(2)；B、CAN0PEN协议控制器(2)将高速单片机(1)要传输的变量MPC或消息MSG打包成 CAN0PEN网络协议规定的数据流送到CAN0PEN总线收发器(3)或者将CAN0PEN总线收发器 (3)送来的信号解析成标准数据并存储起来；C、高速单片机(1)负责控制CAN0PEN协议控制器(2)的工作时序和PC104数据流的生 成，并负责电压监视、软件狗和/或工作电源的控制；D、PC104总线接口(5)是PC104总线的对外接口电路，它将外总线信号解调成PC104 总线的数据流，将数据传送给高速单片机(1)进行数据处理，并将其生成的PC104信号送到 PC104总线接口(5)生成符合PC104总线通讯的信号与PC104X86接口卡(6)通信，PC104X86 接口卡(6)将数据处理后交由数据存储单元(7)进行存储和记录。
全文摘要
本发明公开了一种用于机车的CANOPEN数据记录单元及其工作方法，所述的记录单元包括CANOPEN协议控制器、CANOPEN总线收发器和CANOPEN光电隔离器，CANOPEN协议控制器通过内部总线依次与高速单片机、PC104总线接口双向连接，PC104总线接口与PC104 X86接口卡的PC104总线通过内部总线双向连接，PC104 X86接口卡的PC104输出端与数据存储单元的输入端连接。本发明的高速单片机负责控制CANOPEN协议控制器的工作时序和PC104数据流的生成，PC104X86接口卡将数据处理后交由数据存储单元进行存储和记录。本发明具有可靠性、灵活性、通用性和成本低等优点。
文档编号G05B19/418GK101976069SQ20101029113
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者吴涛, 张岩峰, 张永军 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心