专利名称：机车用手持式便携mvb网络数据分析仪及其控制方法
技术领域：
本发明涉及网络系统的应用。
背景技术：
TCN标准网络总线MVB网络是一种新型的专用于铁路领域的网络系统， 由于它的可靠性、灵活性而被世界上越来越多的国家所采用。
但由于MVB网络的专业性很强(主要应用于在铁路和部分电力系统等一些 特殊领域)，而且目前的测试手段和测试仪器还很少，尤其是适合于现场使用的 便携式MVB网络分析设备更是一片空白。
本发明所述的机车用手持式便携MVB网络数据分析仪正是基于铁路领域 的网络系统——TCN标准网络总线的数据分析设备。适用于具有MVB网络总 线的机车中。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的 机车用手持式便携MVB网络数据分析仪及其控制方法，从而解决铁路领域适合 于现场使用的便携式MVB网络分析设备更是一片空白问题。本发明所述的机车 用手持式便携MVB网络数据分析仪是由主控制器模块、MVB网络协议控制模 块、MVB网络信号接口单元、数据显示控制单元和供电单元组成。所述的MVB 网络信号接口单元具有两路冗余结构，分别通过与MVB网络总线接口的A、 B 引脚接收MVB网络总线信号，并通过ICA、 ICB、 OC、 SF引脚与MVB网络 协议控制模块的I/O脚相连；所述的MVB网络协议控制模块通过地址线 MVBA0-MVBA2、 MVBA12-MVBA15与主控制器模块的PA7-PA14相连，数据 线MVBD0-MVBD7与主控制器模块的PB11-PB18相连，控制线 MVB-ctll-MVB-ct13与主控制器模块的PB9-PB11相连，读写控制信号/WE、 /RD 和RSTN连接到主控制器模块的PB0-PB2引脚；所述的数据显示控制单元的数 据输入接口 D0-D7引脚与主控制器模块的PA0-PA7引脚相连，键盘控制接口 Sl-S5与主控制器模块的PA16-PA20脚相连；所述的供电单元部分将+5V电压送入到MVB网络信号接口单元、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网络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；MVB网络信号从MVB网络总线通过MVB网络信号接口单元输入到MVB网络协议控制模块，MVB网络协议控制模块将输入的曼彻斯特码信号，解析为标准信号数据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。本发明所述的主控制器模块是由AT91SAM7A3构成的；MVB网络协议控制模块是由XC2S50-5TQ1441构成的；MVB网络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;数据显示控制单元是由LCM12864ZK型液晶显示屏和控制键盘组成；所述的供电单元包括+5V隔离芯片B0505T、电源转换芯片AS1117M3-3.3、电源转换芯片MIC5207。
本发明所述的机车用手持式便携MVB网络数据分析仪的软件控制方法，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网络应用配置；
B、 对主控制器模块是否接收到MVB网络数据进行判断，并在下述歩骤中选择；
C、 未接收到MVB网络数据，返回初始化；
D、 接收到MVB网络数据，则对其进行处理；
E、 数据处理；
F、 向数据显示控制单元发送数据，并返回系统初始化。
网络TCN技术是一种符合IEC61375-1《Train 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，目前已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网络是TCN网络的一种构成，即多功能车辆总线(MVB网络)，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网络)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*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
*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
本发明所述的机车用手持式便携MVB网络数据分析仪正是基于TCN标准网络总线而使用的。这种数据分析仪可对MVB网络数据进行分析记录，只要将设备接入TCN标准网络中就可完成数据分析工作，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。
由于TCN-MVB网络技术是国际上许多大公司采用的符合IEC61375-1国际标准的工业现场网络技术，使用范围愈加广泛，而网络数据的分析又是对列车调试、维护、检修中的一项重要的工作，因此基于TCN-MVB网络的机车用手持式便携MVB网络数据分析仪既顺应发展趋势又具有很强的实用性，填补了该仪器设计在国内的空白。
本发明提供了一种基于TCN-MVB网络系统的机车用手持式便携MVB网络数据分析仪及其控制方法，整个系统包括硬件和软件两部分
硬件的作用主要是提供物理连接，负责控制MVB网络协议控制芯片的工作时序，读取MVB网络的相关数据，提供液晶屏的数据显示并完成控制功能，同时还要负责工作电源的提供等。
软件的作用是根据现场应用要求，配置各种相关数据，将MVB网络数据在主控芯片中进行处理、存储并将数据送入数据显示控制单元。
本发明共有八幅附图，其中
图l为本发明的结构框图2为本发明的电路结构图3为本发明的主控制器模块电路6图4为本发明的MVB网络协议控制模块电路图；图5为本发明的MVB网络信号接口单元电路图；图6为本发明的数据显示控制单元电路图；图7为本发明的供电单元电路图；图8为本发明的软件控制流程图。
图中1、 MVB网络信号接口单元2、 MVB网络协议控制模块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所示，附图1所示为本发明的结构框图，是由MVB网络信号接口单元1、 MVB网络协议控制模块2、主控制器模块3、数据显示控制单元4、供电单元5组成。附图2为本发明的电路结构图，MVB数据由MVB网络信号接口单元1采集到系统内部，经MVB网络信号接口单元内的保护电路可提高信号的质量和安全性，信兮由MVB网络信号接口单元1内部的光耦合隔离芯片HCPL0661将变换后的电平信号经过电(磁)隔离后，送入MVB网络协议控制模块2，MVB网络协议控制模块2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，同时实现与主控制器模块3的通信接口功能，MVB网络协议控制模块2和主控制器模块3之间通过地址线MVBA0-MVBA2、 MVBA12-MVBA15，数据线MVBD0-MVBD7和控制线MVBCtll-MVBCtB、 RSTN相连，主控制器模块3通过D0-D7八位数据线向数据显示控制单元4发送数据，并可通过Sl-S5控制键向数据显示控制单元4发送控制信息。
图5是具有冗余功能的MVB信号接口单元1，是TCN-MVB网络的物理接口，它有三部分组成MVB网络总线保护电路、MVB总线驱动器和隔离电路。
MVB网络总线保护电路选用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网络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网络总线驱动器。本发明选用MAX3088作为MVB网络总线驱动器，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。可将协议控制器送来的数字信号转换成标准MVB网络总线功率信号，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网络总线网络信号，转换成标准的MVB网络电平信号送入MVB网络协议控制模块2。
木发明采用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网络总线驱动器变换后的电平信号经过电(磁)隔离后送入MVB网络协议控制模块，或将MVB网络协议控制模块送出的电平信号经电(磁)隔离后送至MVB网络总线驱动器，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。
图4是MVB网络协议控制模块2，是MVB网络的核心器件，它负责将MVB网络总线的各种信息按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。
图3是AT91SAM7A3构成的主控制器模块3，是整个设备的核心部分，完成了数据分析的功能控制。AT91SAM7A3是32位ARM7系列微控制器中的一员，集成有CAN控制器。片上有256K字节高速Flash和32K字节SRAM和全套外围设备，包括两个2.0BCAN控制器，以及整套使外围设备组件数量最少的功能单元。该微处理器中的片内Flash存储器可以有JTAG-ICE接口系统内编程。内置锁定位可以保护固件，防止其被误覆盖。AT91SAM7A3的片内Flash模块共1024页，每页256字节。 一共65536个32位字。Flash模块包括一个256字节的写缓存，可通过32位的接口访问。当Flash不使用时(读或写访问)，其将自动进入待命模式。
图6是数据显示控制单元4，其内部的LCM12864ZK型液晶显示屏的字型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)。块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令。
图7是供电单元5，包括几种等级的电源芯片及保护电路，负责整个系统的
8供电。产生的电压等级包括隔离的+5V电压、+3.3￥电压和+2.5￥电压。 图8是软件控制流程图。
权利要求
1、一种机车用手持式便携MVB网络数据分析仪及其控制方法。其特征在于包括主控制器模块(3)、MVB网络协议控制模块(2)、MVB网络信号接口单元(1)、数据显示控制单元(4)和供电单元(5)。所述的MVB网络信号接口单元(1)具有两路冗余结构，分别通过与MVB网络总线接口的A、B引脚接收MVB网络总线信号，并通过ICA、ICB、OC、SF引脚与MVB网络协议控制模块(2)的I/O脚相连；所述的MVB网络协议控制模块(2)通过地址线MVBA0-MVBA2、MVBA12-MVBA15与主控制器模块(3)的PA7-PA14相连，数据线MVBD0-MVBD7与主控制器模块(3)的PB11-PB18相连，控制线MVB-ctl1-MVB-ctl3与主控制器模块(3)的PB9-PB11相连，读写控制信号/WE、/RD和RSTN连接到主控制器模块(3)的PB0-PB2引脚；所述的数据显示控制单元(4)的数据输入接口D0-D7引脚与主控制器模块(3)的PA0-PA7引脚相连，键盘控制接口S1-S5与主控制器模块(3)的PA16-PA20脚相连；所述的供电单元(5)部分将+5V电压送入到MVB网络信号接口单元(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网络协议控制模块(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；MVB网络信号从MVB网络总线通过MVB网络信号接口单元(1)输入到MVB网络协议控制模块(2)，MVB网络协议控制模块(2)将输入的曼彻斯特码信号，解析为标准信号数据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)。
2、 根据权利要求1所述的机车用手持式便携MVB网络数据分析仪及其控 制方法，其特征在于主控制器模块(3)是由AT91SAM7A3构成的；MVB网络 协议控制模块(2)是由XC2S50-5TQ1441构成的；MVB网络信号接口单元(1) 包括隔离芯片HCPL0661、高速485信号收发器MAX3088、接口保护芯片 LCDA05;数据显示控制单元(4)是由LCM12864ZK型液晶显示屏和控制键盘 组成；所述的供电单元(5)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所述的机车用手持式便携MVB网络数据分析仪及其控制方法，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网络应用配置；B、 对主控制器模块(3)是否接收到MVB网络数据进行判断，并在下述 歩骤中选择；C、 未接收到MVB网络数据，返回初始化；D、 接收到MVB网络数据，则对其进行处理；E、 数据处理；F、 向数据显示控制单元(4)发送数据，并返回系统初始化。
全文摘要
本发明公开了一种机车用手持式便携MVB网络数据分析仪及其控制方法，涉及网络系统的应用。包括AT91SAM7A3构成的主控制器模块、XC2S50-5TQ1441构成的MVB网络协议控制模块、MVB网络信号接口单元、数据显示控制单元和供电单元。MVB网络信号从MVB网络总线通过MVB网络接口单元输入到MVB网络协议控制模块，MVB网络协议控制模块将输入的曼彻斯特码信号，解析为标准信号数据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。
文档编号H04L12/26GK101488891SQ20091001019
公开日2009年7月22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