CN102023621A - 车载接口设备及其数据采集处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载接口设备及其数据采集处理方法，微处理器控制模块输出指令到设备监控模块，设备监控模块控制信号输出切断列车数字量输出模块、传感器接口模块的输出；微处理器控制模块接收传感器接口模块和总线接口模块的状态信息，按协议格式与上位机通信，同时接收上位机发出的控制信息，传送到总线接口模块和列车牵引控制模块执行。实现了列车状态信息和位置信息的获取，为车载控制系统的自动运行控制提供必要的输入输出，同时，设备监控模块的故障导向安全功能对装置和列车线进行实时监测，保障了列车行车安全，此外，外部电源输入模块具备的三路冗余电源输入，热备方式工作的列车牵引控制模块提高车载接口设备的可靠性。

Description

车载接口设备及其数据采集处理方法

技术领域

本发明涉及一种数据采集技术，特别涉及一种车载接口设备及其数据采集处理方法。

背景技术

中国轨道交通设备主要依靠进口，价格昂贵，在一定程度上限制了我国城市轨道交通系统规模的扩大。自从实施城市轨道交通设备国产化政策以来，中国城轨列车国产化成绩斐然，国产城轨列车不断涌现，自主创新能力显著增强。全国各地纷纷掀起城市轨道交通建设高潮，国产轨道交通设备的市场需求大幅提升。而城市轨道交通信号数据采集系统当前还是依赖进口，为国内的信号设备厂商提供了难得的机遇，市场前景广阔。

发明内容

本发明是针对现在轨道交通信号数据采集系统依赖进口，价格昂贵的问题，提出了一种车载接口设备及其数据采集处理方法，旨在能与列车、轨旁、测速定位设备的各种接口，获取列车状态信息和位置信息，为车载控制系统的自动运行控制提供必要的输入的装置，同时接收上位机的指令信息，发送到列车线，控制列车的行车速度。

本发明的技术方案为：一种车载接口设备，包括外部电源输入模块，微处理器控制模块，总线接口模块，列车数字量输入模块，列车数字量输出模块，设备监控模块，传感器接口模块，列车牵引控制模块；总线接口模块，列车数字量输入模块数据送入总线接口模块；微处理器控制模块输出指令到设备监控模块，设备监控模块控制信号输出切断列车数字量输出模块、传感器接口模块的输出；微处理器控制模块接收传感器接口模块和总线接口模块的状态信息，按协议格式与上位机通信，同时接收上位机发出的控制信息，传送到总线接口模块和列车牵引控制模块执行。

所述的微处理器控制模块采用嵌入式DSP处理器，外扩SRAM用于数据读写，外扩两个串口分别用于将从传感器接口模块采集到的查询应答器信息和综合信息监控系统的状态输入。

所述列车牵引控制模块数量为2块，主用模块和备用模块，牵引控制模块接收微处理器控制模块输出的牵引控制电流数字量，通过D/A转换为牵引电流，并通过A/D回采输出牵引电流量。

所述列车数字量输入模块通过光电隔离输入48位数字量。

所述车辆数字量输出模块通过光电隔离输出48位数字量。

所述传感器接口模块输入有数个采集输入口，分别为经光电隔离后采集接近传感器信号口；经光电隔离后采集速度传感器信号口；经运放隔离放大后采集加速度传感器信号口；经RS232串口输入查询应答器信息口；经RS485串口与综合信息监控系统交互口；经短接线编码方式输入列车车次号口。

一种车载接口设备数据采集处理方法，包括车载接口设备,所述方法包括如下具体步骤：

1）判断是否有来自上位机中断请求，如果有则转向执行步骤6）至9），如果没有则执行步骤2）至5）；

2）微处理器控制模块读取传感器接口模块的各路信号数据输入信号和列车数字量输入模块的数据；

3）将采集到的数据写入微处理器控制模块的片外SRAM中；

4）通过微处理器控制模块进行协议翻译和数据转换；

5）微处理器控制模块通过总线将采集处理后的数据上传到上位机；

6）微处理器控制模块接收上位机发出的控制信息；

7）将接收到的数据写入微处理器控制模块的片外SRAM中；

8）通过微处理器控制模块使用用户自定义的协议，进行协议翻译和数据转换；

9）将解析出的列车数字量输出数据输出到列车数字量输出模块中执行，将解析出的列车牵引控制电流输出到牵引控制模块中执行。

本发明的有益效果在于：本发明车载接口设备及其数据采集处理方法，通过与列车、轨旁、测速定位各种设备的接口，实现了列车状态信息和位置信息的获取，为车载控制系统的自动运行控制提供必要的输入输出，同时，设备监控模块的故障导向安全功能对装置和列车线进行实时监测，保障了列车行车安全，此外，外部电源输入模块具备的三路冗余电源输入，热备方式工作的列车牵引控制模块提高车载接口设备的可靠性。

附图说明

图1为本发明车载接口设备结构示意框图；

图2为本发明车载接口设备数据采集处理流程图。

具体实施方式

如图1所示车载接口设备结构示意框图，车载接口设备，包括外部电源输入模块1，微处理器控制模块2，总线接口模块3，列车数字量输入模块4，列车数字量输出模块5，设备监控模块6，传感器接口模块7，列车牵引控制模块8；总线接口模块3，内置可编程器件进行读写寻址，列车数字量输入模块4数据送入总线接口模块3，总线接口模块3用于接口微处理器控制模块2、列车数字量输入模块4和列车数字量输出模块5，完成总线分配；微处理器控制模块2输出指令到设备监控模块6，设备监控模块6用于对装置和列车线的监测，故障时控制切断列车数字量输出模块5、传感器接口模块7的输出，停止对列车的控制，保障列车行车安全；微处理器控制模块2，用于接收传感器接口模块7和总线接口模块3的状态信息，按协议格式与上位机通信，同时接收上位机发出的控制信息，传送到总线接口模块3和列车牵引控制模块8执行。

微处理器控制模块2 采用嵌入式DSP处理器，外扩256K*16位 SRAM用于程序运行中的数据保存，外扩两个串口分别用于将从传感器接口模块7采集到的查询应答器信息和综合信息监控系统的状态输入。

微处理器控制模块2所采用的嵌入式DSP处理器是美国TI公司生产的DSP 2407A芯片（型号为TMS320LF2407A，主频40MHz，片内32K FLASH，544 Byte DRAM，2.5K SRAM的高性能16位定点DSP，提供CAN 2.0B模块，看门狗定时器模块，SPI模块，SCI模块，10位A/D转换器，事件管理器包括4个通用定时器、6个比较单元、6个捕获单元以及4个正交编码脉冲输入电路）；

微处理器控制模块2外扩256K*16位SRAM（型号为IS61LV25616，美国ISSI公司制造）；

微处理器控制模块2使用成都国腾微电子公司制造的型号为GM8141芯片将DSP芯片上1个标准 SPI 接口扩展成2 个；

传感器接口模块7采集以下信号：

1）经光电隔离后采集接近传感器信号，其为脉冲波信号；

2）经光电隔离后采集速度传感器信号，其为两路相位差90°的方波信号；

3）经运放隔离放大后采集加速度传感器信号，其为模拟信号；

4）经RS232串口输入查询应答器信息；

5）经RS485串口与综合信息监控系统交互；

6) 经短接线编码方式输入列车ID信号。

列车牵引控制模块8数量为2块，以热备用方式工作，当主用模块发生故障时，设备自动切换到备用模块，牵引控制模块接收微处理器控制模块输出的牵引控制电流数字量，通过D/A转换为0-24mA的电流，并通过A/D回采输出牵引电流量。

外部电源输入模块1具备同时输入三路电源，其中任何一路电源输入正常时，即能可靠供电，同时还完成滤波、浪涌保护、电快速瞬变脉冲群抑制、输入极性纠错和过流保护等功能。

列车数字量输入模块4通过光电隔离输入48位数字量，每一位输入均有过流、过压保护，具备自检功能。

列车数字量输出模块5通过光电隔离输出48位数字量，每一位输出均有过流、过压保护并将输出数字量回采给总线接口模块。

设备监控模块6的隔离继电器为列车数字量输出模块5的输出继电器提供电源，检测到故障时，隔离继电器断开输出继电器的电源，切断列车数字量输出模块5的输出，停止对列车的控制，保障列车安全。

如图2所示本发明的数据采集处理方法通过以下步骤实现：

1）对车载接口设备进行自检，判断设备是否有故障，如果发生故障，则不再执行以下步骤，如果没有则继续执行以下步骤；

2）判断是否有来自上位机中断请求，如果有则转向执行步骤7）至10），如果没有则执行步骤3）至6）；

3）微处理器控制模块2读取传感器接口模块7的各路信号数据输入（速度传感器信号、接近传感器信号、加速度传感器信号、查询应答器信息、综合信息监控系统的状态和列车车次号）和列车数字量输入模块4的数据；

4）将采集到的数据写入微处理器控制模块2的片外SRAM中；

5）通过微处理器控制模块2进行协议翻译和数据转换；

6）微处理器控制模块2通过总线将采集处理后的数据上传到上位机；

7）微处理器控制模块2接收上位机发出的控制信息；

8）将接收到的数据写入微处理器控制模块2的片外SRAM中；

9）通过微处理器控制模块2使用用户自定义的协议，进行协议翻译和数据转换；

10）将解析出的列车数字量输出数据输出到列车数字量输出模块5中执行，将解析出的列车牵引控制电流输出到牵引控制模块8中执行。

其中，步骤5）和6）中微处理器控制模块通过1Mbps带宽的CAN总线和上位机通信，每20ms通信一次，步骤4）根据用户自定义的协议，解析处理数据。

程序启动时或第一次运行时首先对DSP 2407A和外设RAM进行初始化，然后进行系统自检，自检分为以下四步：

1）存储功能自检：写数据到外扩RAM，随后读出数据，与写入数据比较是否一致；

2）输入自检：发送自检信号（置为1），硬件电路置列车数字量输入模块48位输入为高电平，回采比较输出值是否为高电平；

3）输出自检：发送列车数字量输出模块的输出状态，回采比较与预存的输出值是否一致；

4）电源电压自检：读取电压值，检查其误差是否在13.8V的正负10%范围内。

下面对本发明的原理做如下描述：车载接口设备是一种数据采集处理设备。该系统通过采集列车、轨旁、测速定位设备的接口信息，获取列车状态信息和位置信息，为车载控制系统的自动运行控制提供必要的输入输出。同时设备上电后一直处于监控状态：当发生故障时，切断重要输出，保障列车行车安全。此外，外部电源输入模块具备的三路冗余电源输入，热备方式工作的列车牵引控制模块提高车载接口设备的可靠性。

车控制列车的行车速通关车载接口设备的方案是采集列车线上的接近传感器信号、速度传感器信号、加速度传感器信号、查询应答器信息、列车综合信息监控系统、列车ID信号、列车数字量输入信号解析成物理层，用DSP 2407A进行物理层信号接收，发送到SRAM中进行软件协议处理，通过总线控制，转换成CAN总线格式与上位机通信，同时，接收上位机控制信息，在SRAM中进行软件协议处理，将解析出的列车数字量输出数据和列车牵引控制电流输出。

Claims (7)

1.一种车载接口设备，其特征在于，包括外部电源输入模块，微处理器控制模块，总线接口模块，列车数字量输入模块，列车数字量输出模块，设备监控模块，传感器接口模块，列车牵引控制模块；总线接口模块，列车数字量输入模块数据送入总线接口模块；微处理器控制模块输出指令到设备监控模块，设备监控模块控制信号输出切断列车数字量输出模块、传感器接口模块的输出；微处理器控制模块接收传感器接口模块和总线接口模块的状态信息，按协议格式与上位机通信，同时接收上位机发出的控制信息，传送到总线接口模块和列车牵引控制模块执行。

2.根据权利要求1所述车载接口设备，其特征在于，所述的微处理器控制模块采用嵌入式DSP处理器，外扩SRAM用于数据读写，外扩两个串口分别用于将从传感器接口模块采集到的查询应答器信息和综合信息监控系统的状态输入。

3.根据权利要求1所述车载接口设备，其特征在于，所述列车牵引控制模块数量为2块，主用模块和备用模块，牵引控制模块接收微处理器控制模块输出的牵引控制电流数字量，通过D/A转换为牵引电流，并通过A/D回采输出牵引电流量。

4.根据权利要求1所述车载接口设备，其特征在于，所述列车数字量输入模块通过光电隔离输入48位数字量。

5.根据权利要求1所述车载接口设备，其特征在于，所述车辆数字量输出模块通过光电隔离输出48位数字量。

6.根据权利要求1所述车载接口设备，其特征在于，所述传感器接口模块输入有数个采集输入口，分别为经光电隔离后采集接近传感器信号口；经光电隔离后采集速度传感器信号口；经运放隔离放大后采集加速度传感器信号口；经RS232串口输入查询应答器信息口；经RS485串口与综合信息监控系统交互口；经短接线编码方式输入列车车次号口。

7.一种车载接口设备数据采集处理方法，包括车载接口设备,其特征在于，所述方法包括如下具体步骤：

1）判断是否有来自上位机中断请求，如果有则转向执行步骤6）至9），如果没有则执行步骤2）至5）；

2）微处理器控制模块读取传感器接口模块的各路信号数据输入信号和列车数字量输入模块的数据；

3）将采集到的数据写入微处理器控制模块的片外SRAM中；

4）通过微处理器控制模块进行协议翻译和数据转换；

5）微处理器控制模块通过总线将采集处理后的数据上传到上位机；

6）微处理器控制模块接收上位机发出的控制信息；

7）将接收到的数据写入微处理器控制模块的片外SRAM中；

8）通过微处理器控制模块使用用户自定义的协议，进行协议翻译和数据转换；

9）将解析出的列车数字量输出数据输出到列车数字量输出模块中执行，将解析出的列车牵引控制电流输出到牵引控制模块中执行。

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