CN101478455B - 机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，其特征在于：包括AT91SAM7A3构成的主控制器模块、MICROFIP构成的WorldFIP协议控制模块、LCMl2864ZK型液晶显示屏和控制键盘构成的数据显示控制单元以及WorldFIP专用总线收发模块和供电单元。WorldFIP网络信号由专用总线收发模块采集，经解码后送入主控模块处理数据，最后送入数据显示控制单元。

Description

机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪

应用领域

本发明涉及WorldFIP标准网络，尤其涉及应用于WorldFIP网络的机车WorldFIP网络数据的分析仪。

背景技术

WorldFIP标准网络是一种新型的可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WorldFIP的专业性很强，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WorldFIP分析设备更是一片空白。

WorldFIP(World Factory Instrumentation Protocol)，是符合EN50170标准的一种面向工业控制的现场总线，提供现场设备和控制器以及控制器之间的数字化连接。相对于其他的国际现场总线标准，WorldFIP在技术上的特点和优势如下：

1)可靠性高。WorldFIP具有极强的抗干扰能力；能完全满足IEC关于电磁兼容性的EMC标准；支持电缆冗余，大部分协议固化在硬件上，稳定性强。

2)实时性好。生产者-消费者模式和总线仲裁器的调度方式保证了在一条总线上传递大量信息的同时，不会干扰实时变量的通信。

3)协议单一。WorldFIP现场总线不论低速还是高速，只有一套通信协议，所以不需要任何网桥或网关，低速与高速网络的衔接只用软件完成。

4)可与Internet透明连接。由于WorldFIP能分别处理实时数据和消息，满足了Internet通信与实时自动化通信互不干扰的要求。因此WorldFIP是连接总线和Internet的当然之选。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于WorldFIP网络系统的机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪。用于对WorldFIP数据进行分析记录，只要将设备接入WorldFIP标准网络，就可完成数据分析工作，安装方便，操作简单，使用可靠。由于WorldFIP网络是国际上许多大公司采用的工业现场网络技术，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WorldFIP网络的机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，既顺应了发展趋势，又具有很强的实用性，填补了该仪器在国内的空白。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，其特征在于：包括AT91SAM7A3构成的主控制器模块、MICROFIP构成的WorldFIP协议控制模块、LCM12864ZK型液晶显示屏和控制键盘构成的数据显示控制单元以及WorldFIP专用总线收发模块和供电单元，其中所述的WorldFIP专用总线收发模块通过内侧接口与WorldFIP协议控制模块的信号收发和控制引脚相连；所述的WorldFIP协议控制模块通过地址总线A0-A8和数据总线D0-D8以及读写控制线RD/WR、片选信号CS、选通信号ALE与主控制器模块相连；所述的数据显示控制单元通过数据线D01-D08与主控制器模块的PB7-PB0端口信号对应相连，开关控制信号S1-S6与主控制器模块的PA10-PA15相连；所述的供电单元产生的+5V电压送到WorldFIP专用总线收发模块和数据显示单元的VCC引脚，产生的3.3V电压送到主控制器模块和WorldFIP协议控制模块的电源引脚，供电单元的参考地输出GND则与板内所有GND信号相连，与正电压构成回路；WorldFIP总线上传输的信号经专用总线收发模块采集送入到WorldFIP协议控制模块，经解码后，将数据转入主控制器模块，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单元。

所述的WorldFIP专用总线收发模块包括WorldFIP专用的总线收发芯片FIELDRIVE、接口隔离芯片FIELDTR以及具有三态输出设计的驱动芯片74LVC244；所述的供电单元包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T；所述的数据显示控制单元包括LCM12864ZK型液晶显示屏和液晶显示屏控制键盘。

所述的机车用手持便携式WorldFIP网络数据分析仪的控制方法，包括系统初始化和主控制器状态设置的步骤，特征在于还包括下述步骤：

(1)协议控制器MICROFIP初始化；

(2)端口信息配置；

(3)读取总线数据；

(4)判断有无总线数据，并在下述步骤中进行选择：

(5)无总线数据，则返回系统初始化；

(6)有总线数据，则进行数据转换和处理；

(7)向数据显示控制单元发送8位并口数据；

(8)返回系统初始化。

与现有技术相比较，本发明的优点是显而易见的，只要将该设备接入WorldFIP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。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的电路结构图；

图3为本发明的主控制器模块电路图；

图4为本发明的WorldFIP协议控制模块MICROFIP电路图；

图5为本发明的专用总线收发器电路图；

图6为本发明的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。

具体实施方式

如图1～图8所示的机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，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WorldFIP协议控制芯片的工作时序，读取WorldFIP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。

软件的作用是对控制模块初始化，配置各种相关数据，根据现场应用要求将WorldFIP数据在主控模块中进行处理、存储并将数据送入显示屏。该数据分析仪通过专用的总线收发器从WorldFIP网络上采集信号，数据信号先经内部的FIP隔离变压器和通过收发器内部的FIELDRIVE芯片将高频隔离变压器送来的曼彻斯特网络信号解码成数字信号，送入协议控制器。WorldFIP协议控制器通过RST1N、WTC1X、TXE1等信号与WorldFIP收发器相连。协议控制器通过39、42-49脚的地址线与主控模块的21-24、32-36脚相连，完成地址寻址的工作，并通过数据线31-38与主控模块的80、81、4-9引脚相连，二者通过数据线传递WorldFIP网络信号。主控模块将转换后的数据通过PB0-PB7传输到显示控制单元的D0-D7数据接收引脚内，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T0旋钮控制显示屏的明亮度。

WorldFIP专用总线收发器模块内部的接口隔离芯片FIELDTR是将WorldFIP网络的外电路信号经过磁隔离送入总线收发器，或将总线收发器的信号经高频隔离变压器送至WorldFIP网络，它的隔离电压达3000Vrms，EMC满足IEC61000-4标准。

WorldFIP专用的总线收发芯片FIELDRIVE是一个集成的线路工具，为WorldFIP协议控制器和高频隔离变压器提供电气接口，它将协议控制器送来的数字信号转换成曼彻斯特信号，然后将功率驱动后的信号送至高频隔离变压器，或将高频隔离变压器送来的曼彻斯特网络信号解码成数字信号，送入协议控制器。

FIP协议控制器MICROFIP是一种通信微控制器，按功能分为：控制部分、双口存储器、用户接口、PIA、PIB口和订户号输入口、UART(要求符合NFC或是IEC标准的帧结构和FCS计算)、介质冗余管理。内置的通信协议与WorldFIP标准兼容，可提供周期性缓冲传输和数据链路层报文服务，也支持应用层更新和提示机制。另外还能支持和管理介质冗余，无需外加芯片。

AT91SAM7A3构成的主控制器模块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2.0B CAN控制器，以及一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。

数据显示控制单元内部的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(2.7Vto 5.5V)，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。

供电单元包括几种等级的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。

Claims (3)

1.一种机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，其特征在于：包括AT91SAM7A3构成的主控制器模块、MICROFIP构成的WorldFIP协议控制模块、LCM12864ZK型液晶显示屏和控制键盘构成的数据显示控制单元以及WorldFIP专用总线收发模块和供电单元，其中所述的WorldFIP专用总线收发模块通过内侧接口与WorldFIP协议控制模块的信号收发和控制引脚相连；所述的WorldFIP协议控制模块通过地址总线A0-A8和数据总线D0-D8以及读写控制线RD/WR、片选信号CS、选通信号ALE与主控制器模块相连；所述的数据显示控制单元通过数据线D01-D08与主控制器模块的PB7-PB0端口信号对应相连，开关控制信号S1-S6与主控制器模块的PA10-PA15相连；所述的供电单元产生的+5V电压送到WorldFIP专用总线收发模块和数据显示控制单元的VCC引脚，产生的3.3V电压送到主控制器模块和WorldFIP协议控制模块的电源引脚，供电单元的参考地输出GND则与板内所有GND信号相连，与正电压构成回路；WorldFIP总线上传输的信号经WorldFIP专用总线收发模块采集送入到WorldFIP协议控制模块，经解码后，将数据转入主控制器模块，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。

2.根据权利要求1所述的机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，其特征在于所述的WorldFIP专用总线收发模块包括WorldFIP专用的总线收发芯片FIELDRIVE、接口隔离芯片FIELDTR以及具有三态输出设计的驱动芯片74LVC244；所述的供电单元包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T；所述的数据显示控制单元包括LCM12864ZK型液晶显示屏和液晶显示屏控制键盘。

3.根据权利要求1所述的机车用手持便携式WorldFIP网络数据分析仪的控制方法，包括系统初始化和主控制器状态设置的步骤，其特征在于还包括下述步骤：

(1)协议控制器MICROFIP初始化；

(2)端口信息配置；

(3)读取总线数据；

(4)判断有无总线数据，并在下述步骤中进行选择：

(5)无总线数据，则返回系统初始化；

(6)有总线数据，则进行数据转换和处理；

(7)向数据显示控制单元发送8位并口数据；

(8)返回系统初始化。

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