CN107015509A - 门控器hdlc加密数据及驱动电机数据实时采集装置 - Google Patents

门控器hdlc加密数据及驱动电机数据实时采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，包括：HDLC加密数据监听模块，以总线通信方式连接有门控器HDLC，用于实时监测门控器HDLC的加密数据信息，并相应解密；电机数据采集监听模块，连接有驱动电机，用于实时监测驱动电机运转过程中的数据信息；数据传输处理模块，用于并行接收所述解密后的数据信息和驱动电机工作过程中的运转数据信息，并对所述运转数据信息进行处理；电源模块，用于提供以上各模块正常工作的电力来源。采用本发明，不仅能对采集后的状态数据进行有效的处理，同时安全性高。

Description

门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置
技术领域
本发明属于轨道交通的远程检测与智能诊断技术领域，具体涉及一种门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置。
背景技术
我国城市轨道交通的发展自上个世纪六十年代北京地铁的建成通车开始，经历了开始建设阶段，调整整顿阶段，蓬勃发展阶段这三个阶段。二十世纪末到二十一世纪初，上海建成了我国现今拥有的最大规模地铁线路，运营路线总长236公里，覆盖了上海的13个行政区域。南京地铁始建于2000年，2010年正式运营，南京地铁是目前我国国产化水平最高，造价最低的地铁项目，这也标志着我国在轨道车辆系统的研发领域已经拥有了较为成熟的技术。城市轨道车辆门机系统在轻轨与地铁车辆运营过程中扮演着极其重要的角色。车门控制器系统与驱动电机都直接影响着城市轨道车辆的安全运营状况。因此，轨道车辆门机系统的重要地位是其它任何部件所不能取代的。对轨道车辆门机电机系统运行参数的智能化检测，也是对轨道车辆门机系统运行的实时监测。
设计一种在不影响原有门控系统以及驱动电机正常运营的情况下，与门控制器以及驱动电机连接，使其在车辆门控制器与驱动电机之间形成通路，并且在不影响门控制器对驱动电机的控制作用的前提下，发明一种以达到对驱动电机以及门控器系统进行实时监听与性能分析的智能数据采集监听装置显得尤为重要。
此前，于2014年12月23日，作为发明人之一的南京康尼机电股份有限公司，申请了一项名称为“一种车门控制器和驱动电机的无线数据采集装置及方法”的专利，公布日为2015年5月20日，其简单的利用数据采集模块和监测终端，对车门控制器和驱动电机进行车辆门状态信号和驱动电机实时状态信息进行采集，但是没有对以上状态信息后续如何处理作公开。同时，采集门控器的状态信息没有进行加密处理，存在安全隐患。
因此，为了克服一般无法同时采集监听以及远程传输轨道交通车辆门控制器加密数据和驱动电机数据的装置的缺点，提升现有数字化实时监测水平，本案由此产生。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于：提供一种门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，不仅能对采集后的状态数据进行有效的处理，同时安全性高。
为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现的：
本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，包括：
HDLC加密数据监听模块，以总线通信方式连接有门控器HDLC，用于实时监测门控器HDLC的加密数据信息，并相应解密；
电机数据采集监听模块，连接有驱动电机，用于实时监测驱动电机运转过程中的数据信息；
数据传输处理模块，用于并行接收所述解密后的数据信息和驱动电机工作过程中的运转数据信息，并对所述运转数据信息进行处理；
电源模块，用于提供以上各模块正常工作的电力来源。
进一步地，所述HDLC加密数据监听模块包括顺次连接的从控芯片单元、HDLC监听电路单元、与门控器HDLC的485总线连接的485接口收发电路单元；
所述从控芯片发出监听指令，通过所述HDLC监听电路单元传输至所述485接口收发电路单元，所述485接口收发电路单元从门控器HDLC的485总线上采集各门控器HDLC的加密数据，所述加密数据通过HDLC监听电路单元接收后，传输至所述从控芯片进行解密，解密后的门状态信息发送至所述数据传输处理模块处理。
进一步地，所述的电机数据采集监听模块包括：
霍尔监听读取单元，用于采集驱动电机在转动过程中的霍尔信号，并进行上拉、滤波和拆分处理后，传输至所述数据传输处理模块；
电机电流测量单元；用于采集驱动电机在转动过程中的直流或交流电流信号，并转换为对应的电压信号，传输至所述数据传输处理模块。
进一步地，所述霍尔监听读取单元包括三路光耦隔离监听电路，分别对驱动电机的三路霍尔信号分别进行上拉、滤波和拆分处理。
进一步地，所述电机电流测量单元包括双路由采样电阻和电流采样芯片组成的采样电路，用于将驱动电机输出的直流或交流信号转换为预设比例的电压信号。
进一步地，所述数据传输处理模块包括主控芯片处理单元、分别与所述主控芯片处理单元连接的数据传输单元和存储单元；
所述数据传输单元用于接收所述解密后的门状态信息、电压信号以及经过上拉、滤波、拆分处理后的霍尔信号，并传输至所述主控芯片；所述主控芯片对所述电压信号进行内部的计算，得出驱动电机的转矩数据，对处理后的霍尔信号进行内部的计算，得出驱动电机的转角与转速数据；所述解密后的门状态数据、电机的转矩、转角和转速数据均传输至所述存储单元进行存储。
进一步地，所述主控芯片处理单元还连接有用于防止主控芯片死机导致数据无法传输的看门狗电路单元。
进一步地，所述数据传输单元还连接有用于实时显示的上位机单元。
进一步地，所述电源模块包括：
高低压转换单元，用于高压到低压的转换；
板级电压单元，其输入端与所述高低压转换单元连接，将转换后的低压转换为各模块正常工作的输入电压。
进一步地，所述存储单元连接有片外存储器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，通过HDLC加密数据监听模块对所有门控器HDLC进行实时采集，所述电机数据采集监听模块对驱动电机进行实时采集，以上并行采集并相应处理后，传输至数据传输处理模块进行进一步处理，从而获取有用的状态信息，具有实时性和有效性，并且该状态信息都经过加密处理过，具有更高的安全性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置的结构示意图；
图2是本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置中HDLC加密数据监听模块对应的结构示意图；
图3是本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置中电机数据采集监听模块的结构示意图；
图4是本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置中HDLC加密数据监听模块的HDLC芯片内部结构示意图；
图5是本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置中DLC加密数据监听模块的硬件电路原理图。
图中：
1：HDLC加密数据监听模块
11：从控芯片单元 12：HDLC监听电路单元 13：485接口收发电路单元
2：电机数据采集监听模块
21：霍尔监听读取单元 211：光耦隔离监听电路
22：电机电流测量单元 221：采集电路 2211：采样电阻 2212：电流采集芯片
3：数据传输处理模块
31：主控芯片处理单元 32：数据传输单元 33：存储单元
34：看门狗电路单元 35：上位机单元
4：电源模块
41：高低压转换单元 42：板级电压单元
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，包括HDLC加密数据监听模块1、电机数据采集监听模块2、数据传输处理模块3和电源模块4。
其中，如图2所示，所述HDLC加密数据监听模块1以总线通信方式连接有门控器HDLC，用于实时监测门控器HDLC的加密数据信息，并相应解密。具体地，其包括顺次连接的从控芯片单元11、HDLC监听电路单元12、与门控器HDLC的485总线连接的485接口(手拉手的方式)收发电路单元13。其中，485接口收发电路单元在不影响原有电路及信号传输的条件下，直接与门控制器连接。
所述从控芯片11发出监听指令，通过所述HDLC监听电路单元12传输至所述485接口收发电路单元13，所述485接口收发电路单元13从门控器HDLC的485总线上采集各门控器HDLC的加密数据，所述加密数据通过HDLC监听电路单元12接收后，传输至所述从控芯片11进行解密，解密后的门状态信息通过板级串口发送至所述数据传输处理模块处理2。
从图2中显示，所述从控芯片单元11采用的是STM32型号的芯片，其通过地址线、数据线和控制信号线与HDLC监听电路单元12交互连接；所述HDLC监听电路单元12通过TX、RX和EN端与485接口收发电路单元13交互连接。
所述从控芯片单元11通过控制信号线向完全独立的全双工双通道的HDLC监听电路单元12(采用的芯片型号是SAF82525)发送读加密数据命令，HDLC监听电路单元12收到读命令后使能485接口收发电路13的ISO3088芯片，门控器RS485总线上的加密数据通过DB9串口接口与ISO3088芯片相连，将一列车厢的各个门控制器中获取到的当前车门系统的开关状态，如开关门数据、故障信息以及开关锁到位等加密数据信息，经过485接口收发电路13，进入HDLC监听电路单元12将数据解密后，通过数据线将数据传输至从控芯片单元11中，达到HDLC处理加密数据采集监听功能。
进一步地，所述HDLC监听电路单元12中采用的HDLC协议，不依赖于任何一种字符编码集；数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现；全双工通信，不必等待确认便可连续发送数据，有较高的数据链路传输效率；所有帧均采用CRC校验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重分，传输可靠性高；传输控制功能与处理功能分离，具有较大的灵活性。
同时，所述HDLC监听电路单元12中采用的HDLC加密芯片有以下优点：支持两个完全独立的全双工HDLC信道，符合X.25第二层标准数据格式，前向序列的产生和检测，单字节地址识别，具有微处理器端口，灵活操作和控制寄存器，发送和接收有64个字节的FIFO缓冲区，多路数据链路握手信号，高速串行时钟输出(8Mbps)，符合ST-BUS的可编程的通道选择和时隙控制，灵活的协议控制功能，低功耗ISO-CMOS技术。HDLC协议控制器在本发明中所采用的工作过程为：在发送数据的过程中，自动产生HDLC帧标志和FCS字段以及帧异常中止、信道空闲和其他接收状态，因而SAF82525将准备发送的数据自动地构成HDLC帧。在接收端，把来自门控器端485通讯总线上的HDLC加密数据帧进行FCS校验，并恢复原始数据，传输至从控芯片中进行处理分析。
如图4所示，所述HDLC监听电路单元12中采用的HDLC加密芯片型号为SAF82525内部结构图。SAF82525有两个端口，一个是串行端口用来发送和接收数据包，另一个是并口，允许在单片机系统总线和协议处理器之间并行传输数据。这个接口包括数据总线(D0-D7)、地址总线(A0-A6)、时钟、片选(CS)和读写控制等，STM32从控微处理器可以读写协议处理器的各个寄存器。此外，SAF82525芯片的两个通道Channel A、Channel B同时支持时钟模式有内部时钟晶振(OSC)模式、独立的波特率发生器(BRG)和数字脉冲锁相环(DPLL)模式。接收和发送时钟可以通过设置寄存器产生：内部时钟可以通过OSC、BRG和DPLL产生，通过对信道配置寄存器1(CCR1)设置产生8种不同的时钟模式。
如图5所示，本发明中，整个装置上电初始化后，从控芯片单元11通过软复位方式操作SAF82525芯片的复位管脚RESET，即控制寄存器中的RST字节，复位整个芯片，接着设置时钟寄存器中的时钟方式字位，在本发明中采用外部时钟工作方式，通过AxCLK/RxCLK获取的方式产生独立时钟提高系统工作稳定性，之后设置控制寄存器中收、发使能字位(RD/WR)，激发接收、发送模块，通过控制地址位(A0-A6)及数据位(D0-D7)完成数据的交互，之后选择需要的使用的中断方式，并将其在中断控制寄存器中所对应的字位设置为有效，在本发明中SAF82525芯片采用外接门电路的方式触发从控制器的中断机制，利用内部FIFO寄存器等完成车辆门数据的传输。
如图3所示，所述电机数据采集监听模块2，连接有驱动电机，用于实时监测驱动电机运转过程中的数据信息；具体地，其包括霍尔监听读取单元21和电机电流测量单元22。所述霍尔监听读取单元2用于采集驱动电机在转动过程中的霍尔信号，并进行上拉、滤波和拆分处理后，传输至所述数据传输处理模块3；所述电机电流测量单元22；用于采集驱动电机在转动过程中的直流或交流电流信号，并转换为对应的电压信号，传输至所述数据传输处理模块3。
进一步，所述霍尔监听读取单元21包括三路光耦隔离监听电路211，所述光耦隔离监听电路211对驱动电机的三路霍尔信号分别进行上拉、滤波和拆分处理；所述电机电流测量单元22包括双路采样电路221，同时，每路所述采样电路221又包括采样电阻2211和电流采样芯片2212组成，用于将驱动电机输出的直流或交流信号转换为预设比例的电压信号。
具体地，三路光耦隔离监听电路211与电机的霍尔信号线POS1、POS2、POS3相连接，由于驱动电机每转一周，其霍尔传感器输出的信号噪声较大，主控芯片处理单元31不能直接处理这些信号，因此，对其输出信号做了上拉与滤波处理，加入电阻起到分压作用后，作为后续电路的输入信号，采用光耦隔离监听电路211(芯片型号为PCF817)来进行信号拆分，通过光耦隔离监听电路211监听测量霍尔信号，并起到增强信号驱动能力的作用，保证各自的回路中的波形完整性，满足各自信号获取的要求。采集后的三路霍尔信号A、B、C输出至数据传输单元32，再传输至所述主控芯片处理单元31的I/O口，经过主控芯片处理单元31内部的计算，可以准确的得到驱动电机的转角与转速数据。所述的电机电流测量单元22与电机三相交流电线序PHA、PHB、PHC相连接，在主控芯片处理单元31的控制下，利用双路电流采集芯片2212与采样电阻2211的电路采集方式，将驱动电机输出的检测到的电流信号A、B(直流信号或者交流信号)转换为对应的电压信号，且输出的电压与所检测到的电流信号成一定的比例转换为电压，再输入至主控芯片处理单元31的片内模数转换器进行模数转换，由此，实时高精度的采集电流信号后，经过主控芯片内部的计算，可以准确的得到驱动电机的转矩数据。
所述数据传输处理模块3，用于并行接收所述解密后的数据信息和驱动电机工作过程中的运转数据信息，并对所述运转数据信息进行处理。具体地，其包括主控芯片处理单元31、分别与所述主控芯片处理单元31连接的数据传输单元32和存储单元33；所述数据传输单元32用于接收所述解密后的门状态信息、电压信号以及经过上拉、滤波、拆分处理后的霍尔信号，并传输至所述主控芯片31；所述主控芯片31对所述电压信号进行内部的计算，得出驱动电机的转矩数据，对处理后的霍尔信号进行内部的计算，得出驱动电机的转角与转速数据；所述解密后的门状态数据、电机的转矩、转角和转速数据都传输至所述存储单元33进行存储。
进一步地，所述主控芯片处理单元31还连接有看门狗电路单元34，用于防止主控芯片处理单元31死机导致数据无法传输的问题，作为辅助主控芯片处理单元31工作的从控制芯片实现硬件看门狗功能，可大大节约板级空间，避免采用外围模拟器件的不稳定性，为真个装置的可靠运行提供保证，在主控芯片处理单元31的节点死机时，能够自我复位和重启。所述的存储单元33与主控芯片处理单元31相连接，进行双向数据存储读取通讯，在实现高速数据的缓存与处理的同时，将采集监听到的数据进行处理后，利用3G/4G网络将门数据状态信息传输至后台服务器。所述存储单元33还连接有片外大容量高度存储器，可实现高速数据的缓存与处理。
进一步地，所述数据传输单元32还连接有用于实时显示的上位机单元35。
所述电源模块4，用于提供以上各模块正常工作的电力来源。其包括高低压转换单元41和板级电压单元42。所述高低压转换单元41用于高压到低压的转换；所述板级电压单元42，其输入端与所述高低压转换单元41连接，将转换后的低压转换为各模块正常工作的输入可靠、稳定、噪声极小的电压。
具体地，所述高低压转化单元41将高压DC110V转换为噪声很小的板级所需低电压DC5V，所述板级电压单元42将DC5V转换为DC3.3V，为其余模块提供稳定的电压，产生的DC5V以及DC3.3V以满足不同模块单元的供电要求。
与一般单独采集门控制器数据以及单独采集驱动电机数据的装置相比，不仅解决了采集485总线加密数据信号的问题，而且设计出了可同时采集驱动电机霍尔信号以及电流信号的并行采集电路，大大增加了该设备的使用灵活性，该装置理论上对驱动电机的转角、转矩以及转速等参数可达很高的测量精度，并且实时性很高，且具有测量范围可调的功能。
本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，操作简单方便，高度集成化，体积小容易组装携带，功耗相比于同类装置大大降低，灵敏度可调并且精度及功能得到很大提升，通过对改装置进行组装与调试，高低温测试后，可靠运行在恶劣的工作环境下，可实现该装置的产品化。
以上是对本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置的具体结构做的详细描述，以下对其操作做如下说明：
步骤1.将该装置的双DB9串口接口分别与车辆门上方的门控制器的485总线端口相连接，通过该设备的AMP接口与驱动电机的输出端相连接，即将该设备串接在门控制器与驱动电机的之间；
步骤2.首先列车正常通电后，每扇门的门控制器将控制驱动电机进行正常的开关门动作，在此往复的动作中，该设备各个模块开始正常工作，HDLC加密数据监听模块通过485收发电路及HDLC芯片电路实时解密读取监听该门控制器的状态信息，该设备通过霍尔监听读取电路以及电机电流测量电路实时的采集处理驱动电机的霍尔信号以及电机电流数据，将获得的数据经过主控处理芯片计算可得到该扇门驱动电机的实时转速、转角以及转速数据，实现实时高精度数据采集功能；
步骤3.在该设备正常运行过程中，将同时采集获得的门控制器数据以及驱动电机数据传输至主控处理芯片，与片外Flash存储电路进行双向通讯的同时，经过运算处理后通过无线传输模块电路将转速、转角、转矩、电机电流以及门状态信息传输至后台服务器，在上位机上实时显示波形。在设备维护升级过程中，可以使用无线传输电路的WIFI、3G以及470MHz对设备进行调试与维护。
本发明所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置的其它结构参见现有技术，在此不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于，包括：
HDLC加密数据监听模块，以总线通信方式连接有门控器HDLC，用于实时监测门控器HDLC的加密数据信息，并相应解密；
电机数据采集监听模块，连接有驱动电机，用于实时监测驱动电机运转过程中的数据信息；
数据传输处理模块，用于并行接收所述解密后的数据信息和驱动电机工作过程中的运转数据信息，并对所述运转数据信息进行处理；
电源模块，用于提供以上各模块正常工作的电力来源。
2.根据权利要求1所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于：
所述HDLC加密数据监听模块包括顺次连接的从控芯片单元、HDLC监听电路单元、与门控器HDLC的485总线连接的485接口收发电路单元；
所述从控芯片发出监听指令，通过所述HDLC监听电路单元传输至所述485接口收发电路单元，所述485接口收发电路单元从门控器HDLC的485总线上采集各门控器HDLC的加密数据，所述加密数据通过HDLC监听电路单元接收后，传输至所述从控芯片进行解密，解密后的门状态信息发送至所述数据传输处理模块处理。
3.根据权利要求2所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于：
所述的电机数据采集监听模块包括：
霍尔监听读取单元，用于采集驱动电机在转动过程中的霍尔信号，并进行上拉、滤波和拆分处理后，传输至所述数据传输处理模块；
电机电流测量单元；用于采集驱动电机在转动过程中的直流或交流电流信号，并转换为对应的电压信号，传输至所述数据传输处理模块。
4.根据权利要求3所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于：
所述霍尔监听读取单元包括三路光耦隔离监听电路，分别对驱动电机的三路霍尔信号分别进行上拉、滤波和拆分处理。
5.根据权利要求3或4所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于：
所述电机电流测量单元包括双路由采样电阻和电流采样芯片组成的采样电路，用于将驱动电机输出的直流或交流信号转换为预设比例的电压信号。
6.根据权利要求5所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于：
所述数据传输处理模块包括主控芯片处理单元、分别与所述主控芯片处理单元连接的数据传输单元和存储单元；
所述数据传输单元用于接收所述解密后的门状态信息、电压信号以及经过上拉、滤波、拆分处理后的霍尔信号，并传输至所述主控芯片；所述主控芯片对所述电压信号进行内部的计算，得出驱动电机的转矩数据，对处理后的霍尔信号进行内部的计算，得出驱动电机的转角与转速数据；所述解密后的门状态数据、电机的转矩、转角和转速数据均传输至所述存储单元进行存储。
7.根据权利要求6所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于：
所述主控芯片处理单元还连接有用于防止主控芯片死机导致数据无法传输的看门狗电路单元。
8.根据权利要求6或7所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于：
所述数据传输单元还连接有用于实时显示的上位机单元。
9.根据权利要求1所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于：
所述电源模块包括：
高低压转换单元，用于高压到低压的转换；
板级电压单元，其输入端与所述高低压转换单元连接，将转换后的低压转换为各模块正常工作的输入电压。
10.根据权利要求6所述的门控器HDLC加密数据及驱动电机数据实时采集装置，其特征在于：
所述存储单元连接有片外存储器。
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