专利名称：Mvb接口型机车用能耗记录仪及其控制方法
技术领域：
本发明涉及机车网络应用。
背景技术：
目前现有的用于机车能耗测量记录的方法是基于传统的控制方式，通过电压、电流传感器接收设备的电压和电流值，然后将这些值通过硬线直接连接的方式送到司机室内，并与仪表相连，从而显示或记录能耗情况。由于这种方法需要将每个设备分别接入，设备越多所需的接线量越大，故搭建的测能系统复杂，使系统构成成本增加，可靠性降低，操作、维护及检修工作也相对繁琐。如今很多机车在控制上实现了网络化，而记录能耗需测量的电压电流信息也和其他数据一样在网络上传输，如何使用一种设备从已搭建好的网络上直接得到相关信息，从而避免传统的测量方式带来的问题，成为能耗测量的新方向。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明所述的MVB接口型机车用能耗记录仪及其控制方法正是基于铁路领域的网络系统一TCN标准网络总线的能耗记录设备。它直接从网络上取出电压电流信息进行记录，从而抛弃了传统的基于传感器的控制方式，解决了所需设备多、接线量越大、搭建的测能系统复杂、使系统构成成本增加、可靠性降低、操作、维护及检修工作也相对繁琐等问题。本发明所述的MVB接口型机车用能耗记录仪包括主控制器模块、MVB协议控制模块、MVB信号接口单元、数据显示控制单元和供电单元。所述的MVB信号接口单元通过ICA、 ICB、 OC、 SF引脚与MVB协议控制模块的I/0脚相连。所述的MVB协议控制模块的地址线MVBA0-MVBA2、 MVBA12-MVBA15与主控制器模块的P6 口相连，数据线MVBD0-MVBD7与主控制器模块的Pl 口相连，控制线MVB-ctll-MVB-ctl3与主控制器模块的P2 口相连，读写控制信号/WE、 /RD和RSTN连接到主控制器模块的50、 91、 92号引脚。所述的数据显示控制单元的D0-D7管脚与主控制器模块的P7 口数据线相连，数据显示控制单元的液晶显示屏控制键盘与主控制器模块的P5 口相连。所述的供电单元部分将
4+5￥电压送入到，8信号接口单元、数据显示控制单元的VCC供电引脚，将+3.3V电压送入到主控制器模块的+3.3V供电引脚，+2.5V电压送入到MVB协议控制模块供电引脚，其中，供电单元的参考地输出GND与所有GND引脚相连。所述的MVB信号从MVB总线通过MVB信号接口单元输入到MVB协议控制器模块，信号经处理后再送入主控制器模块，数据在主控制器模块内进行解析、处理、存储，最后以8位并口数据的形式发送给数据显示控制单元并在液晶显示屏控制键盘上进行显示。本发明所述的主控制器模块包括主控制芯片C8051F040。所述的MVB信号接口单元包括隔离芯片HCPL0661、高速485信号收发器MAX3088、接口保护芯片LCDA05。所述的MVB协议控制模块包括XC2S50-5TQ1441。所述的数据显示控制单元包括LCM12864ZK型液晶显示屏和控制键盘。所述的供电单元部分包括+5V隔离芯片B0505T，电源转换芯片AS1117M3-3.3，电源转换芯片MIC5207。本发明所述的MVB信号接口单元包括两路MVB接收电路，其中MAX3088芯片的1、 3、 4引脚与隔离芯片的6、 7号引脚相连，隔离芯片的2、 3号引脚与MVB协议控制模块相连，保护芯片分别接到接口处的信号线上。
本发明所述的MVB接口型机车用能耗记录仪及其控制方法，其控制过程包括系统初始化和MVB端口初始化的步骤，其特征在于还包括下述步骤
A、 MVB应用配置；
B、 读取电压、电流信息；
C、 计算能耗；
D、 显示存储信息；
E、 判断有、无按键信息，并在下述步骤中进行选择
F、 无按键信息，返回系统初始化；
G、 有按键信息，进行键盘处理，并返回系统初始化。
TCN技术是一种符合IEC61375-1《Tmin Communication Network》技术的
主流铁路专用网络，是一种专门为铁路等工业现场设计的网络，目前己成为一种在国内外大量使用的高可靠性的列车通信网络之一。
MVB是TCN网络的一种构成，即多功能车辆总线(MVB)，这是一种主要用于对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的串行数据通信总线。车辆内部的数据通信总线(MVB)为TCN的推荐方案。它具有如下特点
*是一种串行数据通信总线，主要用于固定编组的车辆内部通信
參传输速率固定为1.5Mbit/s
*在不加任何中继器的情况下，最长传输距离决定其物理介质
*采用差分曼彻斯特编码方式
*介质分配采用主从方式
*采用双线物理冗余方式
參过程数据传输基本周期最快为lms
* 8位或双8为CRC校验算法
本发明所述的MVB接口型机车用能耗记录仪正是基于TCN标准网络总线 而使用的。这种能耗记录仪摆脱了传统的传感器模式，只要将设备接入TCN标 准网络中通过接收其它节点设备发送的电压、电流及机车工况就可完成测能工 作，安装方便，操作简单，使用可靠，是在列车控制网络化的大环境下应运而 生的新产品。
本发明的目的是提供一种基于TCN-MVB网络系统的MVB接口型机车用能 耗记录仪。当MVB网络应用于机车上时，几乎所有数据都是通过网络进行传输， 在这个过程中机车运行的电压电流等信息也由网络系统的主控制器发送到MVB 网上(此过程由网络自主完成)，设备则直接从网上读取电压电流信息进行记录。 整个系统包括硬件和软件两部分。
硬件的作用主要是为各模块电路提供物理连接，接收或截留MVB总线中的 电压、电流信号并负责信号物理传输过程，同时为设备提供工作电源。
软件的作用是根据现场应用要求，将送入主控制器模块中的数据进行处理 转换。同时处理人机接口的键盘扫描工作
本发明共有八张附图，其中
图1系统结构框图2硬件实现方案；
图3软件控制流程图4为主控模块C8051F040芯片电路图；图5为MVB协议控制模块电路图； 图6为MVB信号采集模块电路图； 图7为数据显示控制单元电路图； 图8为供电单元电路图。
图中1、 MVB信号接口单元2、MVB协议控制模块3、主控制器模块 4、数据显示控制单元5、供电单元。
具体实施例方式
本发明的具体实施例如附图1系统结构框图所示，MVB接口型机车用能耗 记录仪的硬件组成包括主控制器模块3、 MVB协议控制模块2、 MVB信号接口 单元l、数据显示控制单元4和供电单元5。硬件实现方案如图2所示，系统包 括两路MVB信号接口单元1，可保证MVB信号传输的可靠与稳定。每路MVB 信号接口单元1通过MAX3088的6、 7引脚将来自MVB网络的差分信号采集 进来，转换成MVB协议控制模块2可识别的曼彻斯特编码信号后，通过光耦合 器连接到MVB协议控制模块2。 MVB协议控制模块2与主控制器模块3通过 互连的数据线、地址线及控制线进行数据的交换，主控制器模块3将转换后的 数据通过P7 口传输到数据显示控制单元4的D0-D7数据引脚内。与二者相连的 S1-S5键控制显示单元的/RST、 PSB、 SCLK、 R/W和CS信号并可通过TO旋钮 控制显示屏的明亮度。
图4—8是各组成部分的电路图。
MVB信号接口单元1中的MVB总线保护电路选用TVS阵列器件LCDA05， 每个芯片可对两条高速信号线起到保护作用，由于其本身为双向器件，所以在 传输正负电平的线路上均可使用。它具有低漏电流和低箝位电压的特点，对于 高速信号还表现出较低的容性，很适合在MVB网络中使用，实现对MVB的输 入或输出信号进行"过压"、"过流"、"短路"等保护的功能，然后再将信号送入总 线MVB总线驱动器。
本发明选用MAX3088作为MVB总线驱动器，它是用于RS485通信的高速 收发器，内部具有自动防故障装置的电路，保障了当接收端开路或短路时具有 高阻态的特性，MAX3088的驱动转换率未被限制，传输速率可达10Mbps。可 将MVB协议控制模块2送来的数字信号转换成标准MVB总线功率信号，然后将该信号通过总线保护电路送入网络，或者经总线保护电路送来的MVB总线网 络信号，转换成标准的MVB电平信号送入MVB协议控制模块2。
本发明采用ESD方式使用光耦HCPL0661进行隔离，提高了节点的稳定性 和安全性。隔离电路是将MVB总线驱动器变换后的电平信号经过电(磁)隔离 后送入MVB协议控制模块2，或将MVB协议控制模块2送出的电平信号经电 (磁)隔离后送至MVB总线驱动器，从而实现外电路与内电路的电气隔离，提 高系统的抗干扰能力。
MVB协议控制模块2是MVB网络的核心器件，它负责将MVB总线的各 种信息按TCN标准协议进行解码，并将相关的信息存入内部RAM，同时实现 与主处理器单元的通信接口功能，该功能由FPGA实现。
主控制器模块3内的C8051F040是整个设备的核心部分，完成了能耗记录 的功能控制。C8051F040是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有64个 数字1/0弓l脚，片内采用Silicon Lab的专利CIP-51微控制器内核。每个MCU 都可在工业温度范围(-45。C到+85。C)工作，工作电压为2.7 3.6V。由于能耗 记录仪的应用需要，要求设备具有存储数据的功能，当系统暂时掉电时，FLASH 存储器除了用于存储程序代码之外还可以用于非易失性数据存储。这就有效的 保证了应用的安全可靠。
数据显示控制单元4采用了 LCM12864ZK型液晶显示屏，其字型ROM内 含8192个16*16点中文字型和128个16*8半宽的字母符号字型；电源操作 范围宽(2.7Vto5.5V)，低功耗设计可满足产品的省电要求；同时与单片机等微 控器的接口界面灵活(三种模式并行8位/4位，串行3线/2线)。
系统的供电单元5部分包括几种电源芯片及保护电路，负责整个系统的供 电。产生的电压等级包括隔离的+5V电压、+3.3V电压和+2.5V电压。
权利要求
1、一种MVB接口型机车用能耗记录仪及其控制方法，所述的能耗记录仪包括主控制器模块(3)、MVB协议控制模块(2)、MVB信号接口单元(1)、数据显示控制单元(4)和供电单元(5)；其特征在于MVB信号接口单元(1)通过ICA、ICB、OC、SF引脚与MVB协议控制模块(2)的I/O脚相连；所述的MVB协议控制模块(2)的地址线MVBA0-MVBA2、MVBA12-MVBA15与主控制器模块(3)的P6口相连，数据线MVBD0-MVBD7与主控制器模块(3)的P1口相连，控制线MVB-ct11-MVB-ct13与主控制器模块(3)的P2口相连，读写控制信号/WE、/RD和RSTN连接到主控制器模块(3)的50、91、92号引脚；所述的数据显示控制单元(4)的D0-D7管脚与主控制器模块(3)的P7口数据线相连，数据显示控制单元(4)的液晶显示屏控制键盘与主控制器模块(3)的P5口相连；所述的供电单元(5)部分将+5V电压送入到MVB信号接口单元(1)、数据显示控制单元(4)的VCC供电引脚，将+3.3V电压送入到主控制器模块(3)的+3.3V供电引脚，+2.5V电压送入到MVB协议控制模块(2)供电引脚，其中，供电单元(5)的参考地输出GND与所有GND引脚相连；所述的MVB信号从MVB总线通过MVB信号接口单元(1)输入到MVB协议控制器模块(2)，信号经处理后再送入主控制器模块(3)，数据在主控制器模块(3)内进行解析、处理、存储，最后以8位并口数据的形式发送给数据显示控制单元(4)并在液晶显示屏控制键盘上进行显示。
2、 根据权利要求1所述的MVB接口型机车用能耗记录仪及其控制方法，其特征在于所述的主控制器模块(3)包括主控制芯片C8051F040;所述的MVB信号接口单元(1)包括隔离芯片HCPL0661、高速485信号收发器MAX3088、接口保护芯片LCDA05;所述的MVB协议控制模块(2)包括XC2S50-5TQ1441;所述的数据显示控制单元(4)包括LCM12864ZK型液晶显示屏和控制键盘；所述的供电单元(5)部分包括+5V隔离芯片B0505T，电源转换芯片AS1117M3-3.3，电源转换芯片MIC5207。
3、 根据权利要求1所述的MVB接口型机车用能耗记录仪及其控制方法，其特征在于所述的MVB信号接口单元(1)包括两路MVB接收电路，其中MAX3088芯片的1、 3、 4引脚与隔离芯片的6、 7号引脚相连，隔离芯片的2、3号引脚与MVB协议控制模块(2)相连，保护芯片分别接到接口处的信号线上。
4、 一种如权利要求1所述MVB接口型机车用能耗记录仪及其控制方法，其控制过程包括系统初始化和MVB端口初始化的步骤，其特征在于还包括下述步骤A、 MVB应用配置；B、 读取电压、电流信息；C、 计算能耗；D、 显示存储信息；E、 判断有、无按键信息，并在下述步骤中进行选择F、 无按键信息，返回系统初始化；G、 有按键信息，进行键盘处理，并返回系统初始化。
全文摘要
本发明公开了一种基于TCN-MVB网络系统的MVB接口型机车用能耗记录仪及其控制方法。包括主控制器模块、MVB协议控制模块、MVB信号接口单元、数据显示控制单元和供电单元。MVB信号从MVB信号接口单元接收，经MVB协议控制模块和主控制器模块的存储和转换后，发送给数据显示控制单元，完成能耗记录和显示的功能。
文档编号G07C5/00GK101477716SQ20091001019
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者田雅华, 董笑辰, 马晨普 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心