CN105137881B - 机车智能显示系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种机车智能显示系统和方法。本发明系统，包括：显示屏，用于接收机车总系统发送的数据，并进行逻辑处理向显示屏发送显示数据的主处理器、用于接收机车总系统发送的数据，并进行实时存储和故障应急处理的FPGA处理器、用于加载启动主处理器的主处理器系统盘、用于加载启动FPGA处理器的FPGA处理器系统盘、用于转储主处理器数据的FLASH数据存储模块、用于扩展存储FPGA处理器数据的扩展CF存储卡、用于连接外围设备连接的对外接口模块、用于采集主处理器和FPGA处理器的工作状态的状态采集模块；本发明实现了机车运行数据的实时监测、本地记录、智能分析，显示屏显示故障应急处理方案。

Description

机车智能显示系统和方法

技术领域

本发明实施例涉及机车自动控制技术领域，尤其涉及一种机车智能显示系统和方法。

背景技术

机车显示单元是整个机车系统中一个重要的组成部分，为操作人员实时掌握机车运行状态、辅助控制机车其他设备提供了重要的手段。而新型电力机车对于机车显示单元功能和应用要求的不断提高。

现有显示单元的功能却仍然限于逻辑处理与状态显示。当机车出现故障时显示单元作为机车总线端口数据的接收终端，操作人员的需求已不仅仅是提醒，还需要更进一步的故障应急处理指导以防止严重机车机破的发生。

发明内容

本发明实施例提供一种机车智能显示系统和方法，以克服现有技术中机车对于故障，系统只做出提醒或报警，无法保证系统正常工作的问题。

本发明的一种机车智能显示系统，包括：显示屏，还包括：

用于接收机车总系统发送的数据，并进行逻辑处理向所述显示屏发送显示数据的主处理器、用于接收机车总系统发送的数据，并进行实时存储和故障应急处理的FPGA处理器、用于加载启动所述主处理器的主处理器系统盘、用于加载启动所述FPGA处理器的FPGA处理器系统盘、用于转储所述主处理器数据的FLASH数据存储模块、用于扩展存储所述FPGA处理器数据的扩展CF存储卡、用于连接外围设备连接的对外接口模块、用于采集所述主处理器和所述FPGA处理器的工作状态的状态采集模块；

所述状态采集模块分别与所述主处理器和所述FPGA处理器连接，所述主处理器与所述主处理器系统盘、所述FLASH数据存储模块连接，所述FPGA处理器与所述FPGA处理器系统盘、所述扩展CF存储卡连接，所述对外接口模块分别于所述主处理器、所述FPGA处理器连接。

进一步地，所述FPGA处理器，还用于：

将所述应急处理方案发送至处理器，以使显示屏显示所述处理方案。

进一步地，还包括：

用于复位所述主处理器、所述FPGA处理器的复位指示模块，所述复位指示模块通过I/O接口与所述主处理器、所述FPGA处理器连接。

进一步地，还包括：

用于连接具有PC104总线结构的设备或网络接口板卡的扩展PC104接口，所述扩展PC104接口与所述主处理器连接。

进一步地，还包括：

用于将所述主处理器、所述FPGA处理器的缓存数据通过并行准串行的方式输出的接口转换模块，所述接口转换模块分别于所述主处理器、所述FPGA处理器连接。

进一步地，所述接口模块，包括：

用于连接总线网络并进行端口数据交互的RS422接口、用于与网络中的外围设备数据交互的以太网接口、用于外接U盘加载数据的USB接口、用于与鼠标及显示器连接的PS2接口以及DVI接口、用于所述主处理器、所述FPGA处理器参数设定和软件调试的RS232接口。

本发明还提供一种机车智能显示方法，包括：

FPGA处理器接收机车总系统发送的数据，并将所述数据存入本地数据库中；

所述FPGA处理器读取所述本地数据库中的数据，并将所述数据存入指定循环动态链表中；

判断所述数据是否超出预存的标准数据范围值，若是，则将超出标准数据范围值的数据从所述指定循环动态链表节点取出；

根据所述超出标准数据范围值的数据确定故障设备；

根据预设的分析策略以及所述故障设备确定故障原因；

根据所述故障原因对故障设备进行处理。

进一步地，所述根据所述故障原因对故障设备进行处理之后，还包括：

将处理故障设备的处理方案发送至主处理器，以使显示屏显示所述处理方案。

本发明机车智能显示系统包括主处理器和FPGA处理器，所述主处理器接收机车总系统发送的数据，并进行逻辑处理向所述显示屏发送显示数据，该FPGA处理器实时存储和故障应急处理，解决了现有技术中当机车发生故障时，系统只做出提醒或报警的问题，实现了机车运行数据的实时监测、本地记录、智能分析，显示屏显示故障的应急处理方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明机车智能显示系统结构示意图；

图2为本发明机车智能显示方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明机车智能显示系统结构示意图，如图1所示，本实施例系统包括：

用于显示机车系统数据的显示屏101、用于接收机车总系统发送的数据，并进行逻辑处理向所述显示屏发送显示数据的主处理器102、用于接收机车总系统发送的数据，并进行实时存储和故障应急处理的FPGA处理器103、用于加载启动所述主处理器的主处理器系统盘104、用于加载启动所述FPGA处理器的FPGA处理器系统盘105、用于转储所述主处理器数据的FLASH数据存储模块106、用于扩展存储所述FPGA处理器数据的扩展CF存储卡107、用于连接外围设备连接的对外接口模块108、用于采集所述主处理器和所述FPGA处理器的工作状态的状态采集模块109；

所述状态采集模块109分别与所述主处理器102和所述FPGA处理器103连接，所述主处理器102与所述主处理器系统盘104、所述FLASH数据存储模块连接，所述FPGA处理器103与所述FPGA处理器系统盘106、所述扩展CF存储卡107连接，所述对外接口模块108分别于所述主处理器102、所述FPGA处理器103连接。

具体来说，其中，主处理器和FPGA处理器同步接收机车总系统发送的数据，主处理器接收机车总系统发送的数据，并将该数据进行逻辑处理并向显示屏发送显示数据。FPGA处理器接收机车总系统发送的数据，并将该数据进行实时存储，并且在主处理器发生故障时对故障进行应急处理。主处理器系统盘和FPGA处理器系统盘分别为加载主处理器和FPGA处理器的启动系统盘，主处理器系统盘配置Linux操作系统，QT图形化开发工具，采用多进程和多线程的并发处理机制。FPGA处理器系统盘同样配置Linux操作系统，其所有软件的编辑工作在地面软件编译平台上完成，从而大大减小了操作系统的启动时间和系统内核的容量。保证了数据的监测和记录、故障分析。与主处理器连接的FLASH数据存储模块用于主处理器的数据转储，并用于对外数据上传和下载。转储的数据包括制定的机车端口数据、机车故障信息环境变量信息、LOG日志记录文件、机车运用维护记录档案文件等。与FPGA处理连接的扩展CF存储卡用于机车端口数据的本地存储，为地面专家系统，地面技术人员和显示系统本身提供了大数据依托。并且，该CF存储卡采用数据库方式存储机车故障信息以及故障信息对应的相关设备数据、故障应急解决方案数据等。数据采集模块具有模拟和数字两种采集方式，可以将主处理器和FPGA两个处理器的工作状态、数据输入和数据输出状态进行采集输出，并判断采集的工作状态与预设值是否一致，若不一致，则连接与数据采集模块的状态指示灯会闪烁提示报警。

进一步地，还包括：

用于复位所述主处理器110、所述FPGA处理器的复位指示模块，所述复位指示模块通过I/O接口与所述主处理器、所述FPGA处理器连接。

具体来说，复位/指示模块接收处理器工作状态输出信号。本实施例中，当连续5个时钟周期内监测工作状态信号输出异常时，将向主处理器、FPGA处理器发送状态请求指令，若主处理器、FPG处理器回复异常，则触发处理器重启。

进一步地，还包括：

用于连接具有PC104总线结构的设备或网络接口板卡的扩展PC104接口111，所述扩展PC104接口与所述主处理器连接。

具体来说，扩展PC104接口为预留接口，当该显示单元需要进行数据协议转换或者应用到不同总线类型机车时，可以通过该接口连接具有标准PC104总线结构的设备或网络接口板卡，达到一机多用的功能。

进一步地，还包括：

用于将所述主处理器、所述FPGA处理器的缓存数据通过并行准串行的方式输出的接口转换模块112，所述接口转换模块分别于所述主处理器、所述FPGA处理器连接。

具体来说，接口转换模式：该显示单元的X86处理器模块和FPGA处理器模块本身不具有RS422接口、以太网接口、USB接口等连接外部设备的接口通道。因此，接口转换模块的多种接口转换功能可以将处理器模块的缓存数据通过并行转串行的方式输出给外围设备，从而实现处理器与外部设备的数据实时交互。

进一步地，所述接口模块，包括：

用于连接总线网络并进行端口数据交互的RS422接口113、用于与网络中的外围设备数据交互的以太网接口114、用于外接U盘加载数据的USB接口115、用于与鼠标及显示器连接的PS2接口116以及DVI接口118、用于所述主处理器、所述FPGA处理器参数设定和软件调试的RS232接口117。

具体来说，RS422是全双工型四线制的串行数据接口，主要用于显示单元与机车进行端口数据交互；以太网接口支持TCP/IP协议，实现处理器与外围设备的100M级TCP、UDP、FTP等数据交互方式；USB接口用于系统的外接U盘加载，以及其他标准USB接口的外围设备连接；PS2、DVI为预留鼠标及显示器接口。RS232为全双工三线制串行数据接口，主要用于处理器及Linux应用软件的打印信息输出和控制命令发送功能。对外接口模块预留有双路RS422总线接口、USB接口、以太网接口、DVI接口，RS422串口通信方式采用主动应答、被动接收、数据分类传输的方式与机车进行交互，USB接口实现数据下载，以太网接口实现程序在线更新，PS2、DVI为预留鼠标及显示器接口，RS232为预留串口。

图2为本发明机车智能显示方法流程图，如图2所示，本实施例方法，包括：

步骤101、FPGA处理器接收机车总系统发送的数据，并将所述数据存入本地数据库中；

具体来说，FPGA处理器周期性地接收机车总系统发送的数据，该数据包含108个端口，大小约为4K字节，FPGA在接收该数据后，根据该数据的时间、对应的车型和车号为标签将该数据存入指定的数据表中，数据表采用端口作为字段。举例说明，与机车辅助变流器相关的86个参数分布在16个端口中，其中辅助变流器冷却空气温度参数直接决定辅助变流器冷却空气温度过高这一故障。

步骤102、所述FPGA处理器读取所述本地数据库中的数据，并将所述数据存入指定循环动态链表中；

具体来说，数据存入数据表的同时存入指定的循环动态链表中，用于对指定周期内的数据进行系统监测和比较，本实施例中为100周期。

步骤103、判断所述数据是否超出预存的标准数据范围值，若是，则将超出标准数据范围值的数据从所述指定循环动态链表节点取出；

具体来说，判断数据是否超出预存的标准数据范围是根据预存的标准数据，最高值上浮20％，最低值下浮20％。本实施例中，当FPGA处理器监测到辅助变流器冷却空气温度参数中的数值和状态变量发生不规律性变化时，便将上述循环动态链表中提取与辅助变流器相关的数据。

步骤104、根据所述超出标准数据范围值的数据确定故障设备；

具体来说，从提取的与辅助变流器相关的数据分析可确定该不规律性变化数值数据对应的数据来源和数据对应的对象，例如，辅助变流器冷却空气温度参数值为236超出阈值185，且超出阈值的20％，从而将故障确定为辅助变流器冷却空气温度过高。并根据状态变量值可以确定和辅助变流器冷却空气相关联的辅助控制单元状态值与预设值不一致。

步骤105、根据预设的分析策略以及所述故障设备确定故障原因；

具体来说，确定故障设备为辅助变流器的辅助控制单元后，FPGA处理器会读取与该辅助控制单元相关的多个状态量，根据判断逻辑关系逐一对比，得出其中隔离变量触发。从而确定故障原因为辅助控制单元被隔离导致辅助变流器冷却空气温度过高。

步骤106、根据所述故障原因对故障设备进行处理。

FPGA处理器根据该故障原因模拟向辅助控制单元发送复位命令，在指定时间内没有响应的情况下，将冗余辅助控制单元接入辅助变流器冷却系统。

进一步地，所述根据所述故障原因对故障设备进行处理之后，还包括：

将处理故障设备的处理方案发送至主处理器，以使显示屏显示所述处理方案。

具体来说，在辅助控制单元恢复正常工作后，FPGA处理器将该故障处理方案发送至处理器，本实施例中的处理方案为：1、检查相应辅助变流器进风口是否有异物，检查辅助变流器通风机是否正常工作；2、检查机械间风机滤网、侧墙滤网是否堵塞；3、检查风流量传感器及相关线路；4、检查ACU是否故障。并将该处理方案发送至主处理器，用于显示屏显示该处理方案。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种机车智能显示系统，包括：显示屏，其特征在于，还包括：

用于接收机车总系统发送的数据，并进行逻辑处理向所述显示屏发送显示数据的主处理器、用于接收机车总系统发送的数据，并进行实时存储和故障应急处理的FPGA处理器、用于加载启动所述主处理器的主处理器系统盘、用于加载启动所述FPGA处理器的FPGA处理器系统盘、用于转储所述主处理器数据的FLASH数据存储模块、用于扩展存储所述FPGA处理器数据的扩展CF存储卡、用于连接外围设备连接的对外接口模块、用于采集所述主处理器和所述FPGA处理器的工作状态的状态采集模块；

所述状态采集模块分别与所述主处理器和所述FPGA处理器连接，所述主处理器与所述主处理器系统盘、所述FLASH数据存储模块连接，所述FPGA处理器与所述FPGA处理器系统盘、所述扩展CF存储卡连接，所述对外接口模块分别于所述主处理器、所述FPGA处理器连接；

所述FPGA处理器，还用于：

将所述应急处理方案发送至处理器，以使显示屏显示所述处理方案；

还包括：

用于将所述主处理器、所述FPGA处理器的缓存数据通过并行准串行的方式输出的接口转换模块，所述接口转换模块分别于所述主处理器、所述FPGA处理器连接；

还包括：

用于复位所述主处理器、所述FPGA处理器的复位指示模块，所述复位指示模块通过I/O接口与所述主处理器、所述FPGA处理器连接；

还包括：

用于连接具有PC104总线结构的设备或网络接口板卡的扩展PC104接口，所述扩展PC104接口与所述主处理器连接；

所述接口模块，包括：

用于连接总线网络并进行端口数据交互的RS422接口、用于与网络中的外围设备数据交互的以太网接口、用于外接U盘加载数据的USB接口、用于与鼠标及显示器连接的PS2接口以及DVI接口、用于所述主处理器、所述FPGA处理器参数设定和软件调试的RS232接口。

2.一种机车智能显示方法，其特征在于，包括：

主处理器和FPGA处理器同步接收机车总系统发送的数据，主处理器接收机车总系统发送的数据，并将该数据进行逻辑处理并向显示屏发送显示数据，FPGA处理器接收机车总系统发送的数据，并将所述数据存入本地数据库中，根据该数据的时间、对应的车型和车号为标签将该数据存入指定的数据表中，数据表采用端口作为字段；

所述FPGA处理器读取所述本地数据库中的数据，并将所述数据存入指定循环动态链表中；

所述FPGA处理器判断所述数据是否超出预存的标准数据范围值，若是，则将超出标准数据范围值的数据从所述指定循环动态链表节点取出；

所述FPGA处理器根据所述超出标准数据范围值的数据确定故障设备；

所述FPGA处理器读取与该故障设备相关的多个状态量，根据判断逻辑关系逐一对比，根据预设的分析策略以及所述故障设备确定故障原因；

所述FPGA处理器根据所述故障原因对故障设备进行处理，FPGA处理器根据该故障原因模拟向辅助控制单元发送复位命令；

所述FPGA处理器将处理故障设备的处理方案发送至主处理器，以使显示屏显示所述处理方案；

还包括如下步骤：数据采集模块具有模拟和数字两种采集方式，将主处理器和FPGA两个处理器的工作状态、数据输入和数据输出状态进行采集输出，并判断采集的工作状态与预设值是否一致，若不一致，则连接与数据采集模块的状态指示灯会闪烁提示报警。