CN101957616B - 基于can网络的列车运行数据记录分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN网络的列车运行数据记录分析系统，CAN收发单元输入端连入CAN总线，输出端接在主控芯片AT91SAM7A3上，CAN收发单元接收CAN列车网络的数据；所述的USB接口单元输入端连接在主控芯片AT91SM7A3的USB接口处，输出端连接在USB总线上；所述的SD卡存储单元输入端连接在主控芯片AT91SM7A3的多媒体卡接口处。所述的上位机分析软件单元用于分析车辆的实时或历史运行数据，并与主控制器单元通过USB接口连接下载在SD卡上存储的历史数据。由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。

Description

基于CAN网络的列车运行数据记录分析系统

技术领域

本发明涉及一种列车运行数据记录分析系统，尤其涉及利用CAN网络系统获取列车运行数据，利用VxWorks操作系统把数据存储在SD卡中，并通过上位机分析软件进行实时和历史数据的分析。

背景技术

CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。

CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN层的定义与开放系统互连模型(OSI)一致，定义了模型的最下面两层：物理层和数据链路层。

CANopen协议是CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一。它是CAN的应用层协议。大多数重要的设备类型，例如数字和模拟的输入输出模块，驱动设备，操作设备，控制器，可编程控制器或编码器，都在称为“设备子集”的协议中进行描述。设备子集定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠CANopen协议集的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置和系统重构。

VxWorks是美国WindRiver公司设计开发的一种嵌入式实时操作系统，该操作系统具有可靠性高、实时性好、内核性能高及持续发展等优点。现在VxWorks广泛应用在高端技术及有极强的实时性要求的领域。VxWorks操作系统的主要功能有：微内核wind，任务间通讯功能，网络功能，文件系统功能及I/O管理等。

列车是一个复杂的机电设备，要了解列车的运行情况，获取列车运行数据并直观的把这些数据展现给调试维护人员是比较重要的。因此基于CAN网络的列车运行数据记录分析系统既顺应发展趋势又具有很强的实用性。研制一种能够记录列车运行数据并能够通过曲线等形式展现出来的系统是必要的。

发明内容

为实现上述技术问题，本发明设计一种基于CAN网络的列车运行数据记录分析系统，其具体技术方案是这样的：

本系统包括CAN收发单元、主控制器单元、USB接口单元、SD卡存储单元及上位机分析软件单元；所述的CAN收发单元输入端连入CAN总线，输出端接在主控制器单元的主控制芯片AT91SAM7A3的串行数据输出线TX与串行数据输入线RX上，CAN收发单元接收CAN列车网络的数据；所述的USB接口单元输入端连接在主控制器单元的主控芯片AT91SM7A3的USB接口处，输出端连接在USB总线上，用于传输车辆实时或历史数据到上位机，并把上位机分析软件单元的操作指令信息传送给主控制器单元；所述的SD卡存储单元输入端连接在主控芯片AT91SM7A3的多媒体卡接口处，输出端连接在SD卡插槽上，SD卡存储单元以文件形式存储车辆的运行数据。所述的上位机分析软件单元用于分析车辆的实时或历史运行数据，并与主控制器单元通过USB接口连接下载在SD卡存储单元上存储的历史数据。所述的CAN收发单元采用PCA82C250型收发器，通过内部总线形式连接在CAN总线与主控芯片AT91SM7A3之间。

本发明的有益效果是：能够实现从列车网络上获取实时运行数据进行实时分析或将数据存储起来以便于利用分析软件进行历史分析。其优点是操作简单，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。

附图说明

本发明有4幅附图：

图1为本发明的系统结构框图；

图2为本发明的CAN收发单元的收发器PCA82C250电路图；

图3为本发明的上位机分析软件流程图；

图4为本发明的系统底层软件结构图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

附图1为系统的结构图。该发明主要包括主控制器单元、CAN收发单元、SD卡存储单元、USB接口单元和上位机分析软件几部分。

主控制器单元的主控制芯片AT91SAM7A3是整个设备的核心部分，完成了列车运行数据的功能控制。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不能读写或访问时，其将自动进入待命模式。

USB接口单元用于与上位机的USB接口连接，从而把列车运行的实时数据或存储在SD卡存储单元中的数据通过USB接口传到上位机上，通过上位机分析软件单元进行运行数据的分析；SD卡存储单元负责存储从CAN列车网络上接收到的列车运行数据。

附图2为CAN收发单元的收发器PCA82C250电路图。CAN总线通过CAN收发器PCA82C250的CANL和CANH引脚，把数据信号连入本系统内；CAN收发器PCA82C250输出端通过与主控芯片AT91SAM7A3的串行数据输出线TX、串行数据输入线RX连接，把总线信号传入主控芯片AT91SAM7A3内，CAN的应用层采用CANopen协议。

附图3为上位机分析软件流程图。上位机分析软件分为两种模式：在线实时分析模式和离线历史数据分析模式。在线实时分析模式需要上位机连接到列车网络上，系统主控制器单元接收到列车的运行数据直接通过USB接口传送到上位机分析软件单元并实时的以曲线的形式显示；离线历史数据分析模式是把存储在SD卡存储单元上的列车运行数据导出到上位机上后，通过上位机分析软件单元以打开文件的方式进行数据分析。

附图4为系统底层软件结构图。该系统的底层以主控制芯片AT91SAM7A3为核心，在VxWorks操作系统的基础上，编写相应的SD卡和USB设备驱动程序，并实现在SD卡上进行文件系统的操作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。

Claims (4)

1.一种基于CAN网络的列车运行数据记录分析系统，其特征在于：包括CAN收发单元、主控制器单元、USB接口单元、SD卡存储单元及上位机分析软件单元；所述的CAN收发单元输入端连入CAN总线，输出端接在主控制器单元的主控制芯片AT91SM7A3的串行数据输出线TX与串行数据输入线RX上，CAN收发单元接收CAN列车网络的数据；所述的USB接口单元输入端连接在主控制器单元的主控制芯片AT91SM7A3的USB接口处，输出端连接在USB总线上，用于传输车辆实时或历史运行数据到上位机，并把上位机分析软件单元的操作指令信息传送给主控制器单元；所述的SD卡存储单元输入端连接在主控制芯片AT91SM7A3的多媒体卡接口处，输出端连接在SD卡插槽上，SD卡存储单元以文件形式存储车辆的运行数据；所述的上位机分析软件单元用于分析车辆实时或历史运行数据，并与主控制器单元通过USB接口连接下载在SD卡存储单元上存储的历史数据；所述的CAN收发单元采用PCA82C250型收发器，通过内部总线形式连接在CAN总线与主控制芯片AT91SM7A3之间。

2.根据权利要求1所述的基于CAN网络的列车运行数据记录分析系统，其特征在于：CAN收发单元采用CANopen协议。

3.根据权利要求1所述的基于CAN网络的列车运行数据记录分析系统，其特征在于：利用VxWorks作为操作系统实现在SD卡存储单元上的文件存储和导出。

4.根据权利要求1所述的基于CAN网络的列车运行数据记录分析系统，其特征在于：能够通过上位机分析软件单元对车辆运行数据进行两种形式的分析，即在线实时分析和对车辆历史运行数据的分析。

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