CN110320891B - 轨道车辆制动系统can总线报文维护监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统及监控方法，监控系统包括：与制动系统的CAN总线连接的车载维护终端，用于采集、转发和存储报文数据；与车载维护终端连接的配置管理软件模块，用于参数配置、数据下载、数据实时监控；以及与车载维护终端连接的数据分析软件模块，将车载维护终端直接转发的报文数据解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线形式实时显示，向车载维护终端发送命令，回放车载维护终端中SD存储卡模块存储的报文数据和数据分析软件模块自身记录的数据。本发明集数据采集、配置、存储和解析为一体，功能全面，实用性强，提高了轨道车辆的制动性能和安全性。

Description

轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统及监控方法

技术领域

本发明属于轨道车辆控制技术领域，涉及轨道车辆制动系统监控技术，具体地说，涉及一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统及监控方法。

背景技术

CAN总线报文维护监控系统是制动系统的重要组成部分，对确保列车运行的安全性、可靠性起着重要作用。它是制动控制单元与PC上位机进行信息交互的桥梁，接收车辆制动控制装置发出的状态信息、控制信息和故障信息，现场将这些数据信息发送至上位机(例如：笔记本电脑)，以指示灯、数据列表及动态曲线的形式，监视列车的运行情况。

近年来，随着轨道交通事业的飞速发展，对轨道车辆制动系统的可靠性和安全性提出了更高的要求，随之对CAN总线报文维护监控系统的性能也提出了更高的要求。目前国内外现有的CAN总线报文维护监控系统存在以下不足：

(1)不支持以太网传输。现有的CAN总线报文维护监控系统多为CAN-bus转USB传输，传输速度较慢，在数据量较大的实时监控情况下会出现延时卡顿的情况。

(2)不支持数据在线传输。维护人员需要反复插拔SD卡读取数据，很不方便，如果操作不但容易造成设备损坏或数据丢失。

(3)供电范围窄，只支持24V、110V或220V某一个电压供电。若遇到与车上供电电压不一致的情况时，需要外界电源盒转换电压，易导致供电电压不稳定，增加了占用空间，且不便于装配和维护。

(4)缺少数据处理功能。现有的CAN总线报文维护监控系统仅仅起到数据网关的作用，只是将数据打包上传至PC，对数据本身不做任何处理，不能按照用户需求配置端口IP、触发条件、过滤报文，也不能自定义记录文件的格式，这样得到的数据既不方便时候查找分析，又造成了存储空间的浪费。

(5)数据分析功能不完备。现有的CAN总线报文维护监控系统大多数只具备转发功能，不支持数据解析、处理和图形化的功能。技术人员只能从大段的抽象CAN报文数据中人工筛选异常数据，工作量大，复杂繁琐且容易遗漏。即使具备简单的数据分析功能也存在处理能力有限的问题。例如：处理大数量级数据时速度过慢，实时显示卡顿，甚至是系统崩溃等。

公开号为CN 106740800 A的中国专利公开了一种制动系统的CAN总线报文维护监控系统及工作方法，其中，监控系统包括均与CAN总线相连的多个制动控制单元，以及分别连接到CAN总线两端的两个维护终端。所述维护终端包括机壳，机壳中安装主控模块、存储卡模块和无线发射模块。制动系统的CAN总线报文维护监控系统单数设置维护终端，使其与制动控制单元分离，使系统中各个部分分工明确，互不影响。维护终端设置了存储卡模块和无线发射模块，能够将制动控制单元检测到的制动系统状态数据进行存储，使数据既可以进行实时读取，又能够进行回放查看，也能够通过无线通讯发射至远程服务器中，便于远程查看。整个系统还能够在实时读取时，根据读取的状态数据对制动控制单元的控制方式进行调整，提高轨道车辆的制动性能和安全性。该专利中，监控系统对制动系统状态数据进行存储，并进行初步数据处理(即通过PC机选择回放模式或在线模式，对传输或存储到维护终端中的制动系统状态数据进行处理)。但该监控系统仍然存在不支持以太网和数据在线传输、供电范围窄、数据处理功能和数据分析功能不完备等不足。

发明内容

本发明针对现有CAN总线报文维护监控系统存在的数据处理功能和数据分析功能不完善等上述问题，提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统及监控方法，能够实现对整车的各个系统的综合管理。

为了达到上述目的，本发明提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，包括：

车载维护终端，所述车载维护终端与制动系统的CAN总线连接，用于采集CAN总线上与制动系统相关的报文数据，并进行存储和转发；

配置管理软件模块，与所述车载维护终端连接，用于对车载维护终端的参数进行配置，并对车载维护终端直接转发和存储的报文数据进行初步分析、数据显示和存储；

数据分析软件模块，与所述车载维护终端连接，用于对车载维护终端直接转发的报文数据解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式实时显示，接收并记录车载维护终端直接转发的报文数据，向车载维护终端发送命令，回放车载维护终端中SD存储卡模块存储的报文数据和数据分析软件模块自身记录的报文数据。

优选的，所述车载维护终端包括壳体，壳体内安装有电源模块、与所述电源模块连接的主控模块、与所述主控模块连接的SD存储卡模块以及与所述主控模块连接的CAN接口电路模块；所述壳体的外部设有与所述电源模块连接的电源接口、与所述SD存储卡模块连接的SD卡接口以及与所述CAN接口电路模块连接的CAN接口。

进一步的，所述壳体内还安装有与所述主控模块连接的以太网接口电路模块，所述壳体的外部还设有与所述以太网接口电路模块连接以太网接口。

优选的，所述主控模块设有以太网控制器，所述以太网接口电路模块与所述以太网控制器连接。

优选的，所述主控模块内还设有：

系统初始化线程，用于为上电时主控模块的外设、内核组件以及文件系统的系统组件进行初始化；

CAN总线到以太网络的数据发送和SD存储卡模块存储线程，当主控模块获取到CAN总线有新数据的信号量时，调用CAN设备的读取函数来接收数据并将数据处理为特定格式，采用FIFO方式缓存于RAM中，然后尝试询问SD存储卡模块是否可用，若可用，将数据写入SD存储卡模块中；若主控模块收到转发数据命令，查询环形缓存中未读取的数据条数是否达到设定值，若达到设定值再查询以太网控制器是否可用，若可用，互斥锁上锁，再调用以太网的写函数，开始数据的转发，转发完后释放互斥锁；

以太网到CAN总线的数据发送线程，当主控模块获取到以太网由新的UDP数据时，调用UDP协议栈的读取函数读取数据，将数据处理为特定格式，采用FIFO方式缓存于RAM中，然后尝试获取CAN控制器的控制权，若CAN设备空闲可用，则用互斥锁上锁，在调用CNA控制器的写函数，开始数据的转发，完成数据的转发后释放互斥锁；

CAN网络节点固件在线更新线程，用于对所述车载维护终端和除车载维护终端外CAN网络内其他节点的固件进行更新。

优选的，所述的电源模块为供压范围为DC18V-DC200V的宽频电源模块。

进一步的，所述壳体内部还设有与所述主控模块连接的状态显示电路，用于所述车载维护终端工作状态的LED显示。

进一步的，所述壳体外部的SD卡接口处设有挡片，所述挡片通过螺钉紧固在所述壳体上。

优选的，所述配置管理软件模块设有：

设备配置管理模块，用于对所述车载维护终端进行CAN总线配置参数、文件系统配置参数、数据文件记录配置参数、网络参数配置参数和配置文件管理参数的修改，并保存修改后的配置文件；

SD存储卡模块操作管理模块，用于读取所述SD存储卡模块存储的文件并进行格式转换，或者删除所述SD存储卡模块存储的文件；

数据转发管理模块，用于实时显示所述车载维护终端发送的CAN总线报文数据；

数据发送管理模块，用于设置发送报文数据配置参数，并控制发送报文数据。

优选的，所述数据分析软件模块设有：

界面，用于显示报文数据；

实时监控模块，所述实时监控模块设有LightningChart高性能图表控件，所述实时监控模块用于对接收于所述车载维护终端和所述配置管理软件模块的报文数据进行解包、运算，根据运算结果给予LightningChart高性能图表控件属性赋值，采用GPU进行曲线图像处理，将报文数据以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式实时显示到界面上；

数据回放模块，用于对接收于所述配置管理软件模块的报文数据进行解包，同时采用GPU进行图像处理后显示到界面上，回放出现场保存的报文数据；

数据存储模块，用于对接收于所述车载维护终端直接转发的报文数据进行存储到本地；

数据发送模块，用于向所述车载维护终端发送报文数据。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控方法，其具体步骤为：

S1、车载维护终端实时采集CAN总线上制动系统相关的报文数据，将报文数据通过主控模块送入SD存储卡模块进行存储；

S2、将PC机通过以太网与车载维护终端的以太网接口连接，利用配置管理软件模块向主控模块发送获取车载维护终端的SD存储卡模块报文数据信息的命令，主控模块接收到命令返回SD存储卡模块数据列表，用户选定文件后向主控模块发送获取报文数据命令，主控模块收到获取报文数据命令后读取SD存储卡模块中相应的报文数据转发至PC机；

S3、用户通过配置管理软件模块选择要回放的报文数据时间段的报文数据转换成用户自定义格式的数据文件并下载到本地，数据分析软件模块从本地读取转换成用户自定义格式的数据文件进行回放；

S4、数据分析软件模块对要回放的报文数据时间段所在时间对应的报文数据进行解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式进行回放显示。

优选的，将PC机通过以太网与车载维护终端的以太网接口直接连接，或者将PC机与车载维护交换机连接，车载维护交换机通过以太网与所述车载维护终端的以太网口连接。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控方法，其具体步骤为：

S1、车载维护终端实时采集CAN总线上制动系统相关的报文数据，将报文数据通过主控模块送入SD存储卡模块进行存储；

S2、将PC机通过以太网与车载维护终端的以太网接口连接，通过PC机向主控模块发送删除某个时间段报文数据命令，主控模块收到删除报文数据命令后删除SD存储卡模块存储的该时间段报文数据。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控方法，其具体步骤为：

S1、车载维护终端实时采集CAN总线上制动系统相关的报文数据；

S2、将PC机通过以太网与车载维护终端的以太网接口连接，通过PC机向主控模块发送获取报文数据命令，主控模块收到获取报文数据命令后直接将车载维护终端实时采集的报文数据转发至PC机；

S3、PC机接收到车载维护终端直接转发的报文数据，数据分析软件模块直接读取实时转发过来的报文数据解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式进行实时显示，若触发记录功能，通过数据分析软件模块将报文数据实时存储到本地，数据分析软件模块直接读取其存储在本地的报文数据进行回放。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明监控系统包括车载维护终端、配置管理软件模块和数据分析软件模块，集数据采集、配置、存储和解析为一体，能够实时采集报文数据，并对采集的报文数据进行存储和转发，使报文数据既能够实时读取，又能够进行快速回放查看，不卡顿，还能够在线下载和删除，还能够实时显示列车的运行情况，此外，还可以进行命令发送。与现有监控系统相比，功能更加全面，实用性更强，提高了轨道车辆的制动性能和安全性。

(2)本发明监控系统中，车载维护终端设有以太网接口电路模块和以太网网接口，支持高速以太网传输，可以高速稳定地传输大量实时数据，既解决USB传输速度缓慢的问题，又避免使用无线网易受障碍物干扰造成传输中断的问题，能够保证现场实时监控的高效和稳定性。PC机可直接与车载维护终端的以太网端口相连，也可以通过车载维护交换机与车载维护终端相连，扩大了使用人员的活动范围，不受网线长度限制，也扩展了车载维护终端的使用范围，将数据转发至PC机上，配合接入车载维护交换机的牵引、网络等其他系统的信息，能够实现对整车各个系统的综合管理。

(3)本发明监控系统中，车载维护终端为SD存储卡增加了防丢放松设计，在SD存储卡几口处加上挡片并用螺钉固定，能够有效避免由于SD存储卡松动和丢失造成重要数据丢失的问题。

(4)本发明监控系统中，车载维护终端的电源模块采用供压范围为DC18V-DC200V的宽频电源模块，可兼容DC24V和DC110V的供电电压，无需外接电源转换模块，供电更加稳定，节约成本，减小空间。

(5)本发明监控系统中，配置管理软件模块对车载维护终端的参数进行配置，具有IP设置、波特率设置、报文格式周期、报文过滤、文件格式转换等功能，免去了反复烧写程序修改基本常用配置的工作，操作方便，人人可用，降低了使用的专业门槛。

(6)本发明监控系统中，配置管理软件模块设有SD存储卡操作模块，可在PC机上在线进行SD存储卡文件的下载和删除，不必插拔SD存储卡，大大降低了反复插拔造成SD存储卡损坏和遗失的风险，也简化了操作步骤。

(7)本发明监控系统中，数据分析软件模块图像处理采用LightningChart高性能图标控件，支持GPU加速处理图像，能够同时调用CPU和GPU两个处理器，每秒可处理数百万级数据点不卡顿，处理效率为现有监控系统的几千倍，解决了实时处理大量数据时出现的系统延迟和崩溃问题，极大提高了监控系统的数据处理能力、稳定性和可靠性。

(8)本发明监控系统中，数据分析软件模块设有用于显示的界面，界面设有多个轨道交通专用的显示控件，能够更加生动形象的显示列车的运行状态；在处理回放时采用数据存储模块和双处理器(CPU+GPU)协同工作的方式极大的提高回放数据的效率，解决了回放数据过慢，等待时间过程的问题。

(9)本发明监控方法，能够实现快速回放报文数据，以及在线下载或删除车载维护终端存储的报文数据。

附图说明

图1为本发明实施例车载维护终端连接示意图；

图2为本发明实施例车载维护终端外部结构图；

图3为本发明实施例车载维护终端外部结构右视图；

图4为本发明实施例车载维护终端内部图；

图5为本发明实施例CAN总线到以太网的数据发送线程流程图；

图6为本发明实施例以太网到CAN总线的数据发送线程流程图；

图7为本发明实施例车载维护终端固件在线更新线程流程图；

图8为本发明实施例CAN网络节点固件在线更新线程流程图；

图9为本发明实施例配置管理软件模块工作流程图；

图10为本发明实施例数据分析软件模块工作流程图。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

本发明一实施例提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，包括：

车载维护终端，所述车载维护终端与制动系统的CAN总线连接，用于采集CAN总线上与制动系统相关的报文数据，并进行存储和转发；

配置管理软件模块，与所述车载维护终端连接，用于对车载维护终端的参数进行配置，并对车载维护终端直接转发和存储的报文数据进行初步分析、数据显示和存储；

数据分析软件模块，与所述车载维护终端连接，用于对车载维护终端直接转发的报文数据解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式实时显示，接收并记录车载维护终端直接转发的报文数据，向车载维护终端发送命令，回放车载维护终端中SD存储卡模块存储的报文数据和数据分析软件模块自身记录的报文数据。

参见图2、图3、图4，车载维护终端包括壳体1，壳体1内安装有电源模块、与所述电源模块连接的主控模块、与所述主控模块连接的SD存储卡模块、与所述主控模块连接的两个CAN接口电路模块以及与所述主控模块连接的两个以太网接口电路模块；所述壳体1的外部设有与所述电源模块连接的电源接口2、与所述SD存储卡模块连接的SD卡接口3、与所述CAN接口电路模块连接的CAN接口以及与所述以太网接口电路模块连接以太网接口。具体地，主控模块为CPU模块。每个CAN接口电路模块连接一路CAN接口，一路为CAN1接口4，一路为CAN2接口5，两路CAN接口均与列车网络连接。每个以太网接口电路模块连接一路以太网接口，一路以太网接口为RJ485 6，直接连接PC机，一路以太网接口为M12 7，与车载维护交换机连接。SD卡接口为一个SD卡插槽。

继续参见图2、图4，壳体1内部还设有与所述主控模块连接的状态显示电路模块，所述壳体1外部设有与状态显示电路模块连接的LED指示灯8，通过状态显示电路模块和LED指示灯对所述车载维护终端工作状态进行显示。

由于配置管理软件模块和软件分析软件模块安装于PC机内，参见图1，车载维护终端通过以太网接口与PC机相连，即车载维护终端通过以太网发送采集的CAN总线报文数据至PC机，数据分析软件将报文信息解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式实时显示列车的运行情况。PC机通过以太网发送命令至车载维护终端，车载维护终端转发至制动系统的CAN总线闪，相应的制动系统的制动单元接收命令并执行。发送的命令有：读取参数、修改参数、读取故障和事件、制动单元测试等命令。

继续参见图4，主控模块设有以太网控制器，所述以太网接口电路模块与所述以太网控制器连接，所述以太网控制器内设有UDP协议栈。通过UDP协议栈能够实现CAN总线网络和以太网网络的互联互通。具体地，车载维护终端转发报文数据至PC机时，通过UDP将报文数据转发给PC机，PC机发送报文数据至车载维护终端时，通过UDP将报文数据发送给车载维护终端。

上述车载维护终端中，主控模块内还设有4个线程，分别为系统初始化线程、CAN总线到以太网络的数据发送和SD存储卡模块存储线程、以太网到CAN总线的数据发送线程以及CAN网络节点固件在线更新线程。其中：

(1)系统初始化线程，用于为上电时主控模块的外设、内核组件以及文件系统的系统组件进行初始化。具体地，主控模块的外设有实时时钟、串口、CAN控制器、SPI接口等。

(2)CAN总线到以太网络的数据发送和SD存储卡模块存储线程，参见图5，当主控模块获取到CAN总线有新数据的信号量时，调用CAN设备的读取函数来接收数据并将数据处理为特定格式，采用FIFO方式缓存于RAM中，然后尝试询问SD存储卡模块是否可用，若可用，将数据写入SD存储卡模块中；若主控模块收到转发数据命令，查询环形缓存中未读取的数据条数是否达到设定值，若达到设定值再查询以太网控制器是否可用，若可用，互斥锁上锁，再调用以太网的写函数，开始数据的转发，转发完后释放互斥锁。

(3)以太网到CAN总线的数据发送线程，参见图6，当主控模块获取到以太网由新的UDP数据时，调用UDP协议栈的读取函数读取数据，将数据处理为特定格式，采用FIFO方式缓存于RAM中，然后尝试获取CAN控制器的控制权，若CAN设备空闲可用，则用互斥锁上锁，在调用CNA控制器的写函数，开始数据的转发，完成数据的转发后释放互斥锁。

(4)CAN网络节点固件在线更新线程，用于对所述车载维护终端和除车载维护终端外CAN网络内其他节点的固件进行更新。具体地，参见图7，若是更新车载维护终端自身的固件，车载维护终端在接收到包含有升级指令、待升级节点ID、FTP服务器地址、端口、用户名和密码的信息后，启动FTP连接，在保存必要的数据后，重启进入Bootloader程序，开始覆盖相应的Flash区域，完成更新后关闭FTP服务器，重启操作系统。参见图8，若是更新CAN网络中某节点的固件，收到节点升级命令后，将固件的HEX文件通过CAN总线发送给此节点，此节点在固件接收完成后进行CRC校验，没有错误即可开始更新自身的固件。

作为优选实施方式，在上述车载维护终端中，电源模块为供压范围为DC18V-DC200V的宽频电源模块。能够兼容DC24V和DC110V的供电电压，无需外接电源转换模块，供电更加稳定，节约成本，保证供电稳定性。

作为优选实施方式，上述车载维护终端中，壳体外部的SD卡接口处设有挡片，所述挡片通过螺钉紧固在所述壳体上。

配置管理软件模块设有设备配置管理模块、SD存储卡模块操作管理模块、数据转发管理模块和数据发送管理模块，参见图9，其中：

(1)设备配置管理模块，用于对所述车载维护终端进行CAN总线配置参数、文件系统配置参数、数据文件记录配置参数、网络参数配置参数和配置文件管理参数的修改，并保存修改后的配置文件。具体地，打开配置管理软件模块后，配置管理软件模块自动尝试连接设备，发送连接设备命令，若设备无应答，则连接失败，检查网络连接。若收到设备应答，则连接成功。导入配置文件，使能界面控件，在设备配置管理模块对车载维护终端进行CAN总线配置(波特率配置，ID过滤配置，终端电阻配置)、文件系统配置(文件大小设置，SD存储卡容量设置)、数据文件记录配置(记录方式、定时记录周期配置、条件记录参数设置、触发参数配置)、网络参数配置(下位机IP地址设置)、配置文件管理(配置文件存储、更新、读取，读取设备时间、设备信息)等参数的修改。修改完毕后保存配置文件，配置管理软件模块会调用函数向下位机发出更新指令，下位机收到指令后会将新的配置文件写入相应的Flash中，更新完成后发送返回值1，配置管理软件模块收到应答则配置更新成功，若没收到应答,则提示配置更新失败。

(2)SD存储卡模块操作管理模块，用于读取所述SD存储卡模块存储的文件并进行格式转换，或者删除所述SD存储卡模块存储的文件。具体地，成功导入设备配置后，存储卡模块操作管理模块被使能，触发获取设备文件，配置管理软件模块首先连接下位机FTP服务器，确定路径获取文件列表。若触发删除文件命令，配置管理软件模块调用删除函数，删掉选中的文件；若触发下载文件命令，配置管理软件模块调用下载函数读出选中的FTP(SD存储卡)文件放入本地文件夹中。如需转换文件格式，读取本地文件，再将选中文件读出可转换成xls、csv、txt等格式。

(3)数据转发管理模块，用于实时显示所述车载维护终端发送的CAN总线报文数据。具体地，配置管理软件模块初始化并连接UDP服务，启动转发功能，配置管理软件模块调用函数接收从车载维护终端转发过来的报文,将接收到的转发数据显示到配置管理软件模块的界面上，显示方式可进行ID过滤设置、报文排序方式、报文显示时间等设置。也可记录到本地文件夹中。

(4)数据发送管理模块，用于设置发送报文数据配置参数，并控制发送报文数据。具体地，在数据发送管理模块设置发送信息，可以自定义通道、数据类型、数据长度、ID、报文数据、报文间隔、发送周期等，也可以直接载入事先配置好的发送文件。启动发送功能，配置管理软件模块调用函数通过UDP将数据发送给下位机。下位机收到后再将数据转成CAN报文发送到CAN总线上，相应制动控制装置从CAN总线上接收命令并执行。

数据分析软件模块设有界面、实时监控模块、数据回放模块、数据存储模块以及数据发送模块，参见图10，其中：

(1)界面，用于显示报文数据。具体地，界面以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线等多种形式显示全列制动系统的网络、通讯、状态、控制和故障等信息，可实现现场实时监视、线下数据回放和命令发送等功能。

(2)实时监控模块，所述实时监控模块设有LightningChart高性能图表控件，所述实时监控模块用于对接收于所述车载维护终端和所述配置管理软件模块的报文数据进行解包、运算，根据运算结果给予LightningChart高性能图表控件属性赋值，采用GPU进行曲线图像处理，将报文数据以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式实时显示到界面上。经处理后列车的运行状态一目了然，极大地方便技术人员的数据分析工作，实时监视列车状态，及时排查故障点，若触发保存功能，可将接收到的报文实时保存到本地。

(3)数据回放模块，用于对接收于所述配置管理软件模块的报文数据进行解包，同时采用GPU进行图像处理后显示到界面上，回放出现场保存的报文数据。具体地，选择要回放的数据，数据分析软件模块将数据缓存入数据存储模块，CPU调用线程解包处理数据，同时GPU进行图像处理。在界面移动鼠标，调用函数捕捉鼠标坐标，横坐标为时间，纵坐标为该时刻的数据被赋值给指示灯、图表等控件，通过这种方法回放出现场保存的实时数据以及故障点前后的所有数据信息，并可以列表形式生成数据分析报表，方便技术和维护人员远程和线下分析系统的运行情况。

(4)数据存储模块，用于对接收于所述车载维护终端直接转发的报文数据进行存储到本地，格式可以为txt或csv。

(5)数据发送模块，用于向所述车载维护终端发送报文数据。具体地，数据分析软件模块将要发送的数据打包，调用发送函数将数据通过以太网发送到车载维护终端，车载维护终端再转发到单元CAN总线上，相应制动控制装置接收命令并执行。以此实现对列车制动系统的控制，如系统测试指令、参数修改等指令。

鉴于过去的数据分析软件存在以下问题：一、数据分析软件利用CPU调用单线程解析数据的同时又要处理图像，每秒处理几千个数据点就达到了极限，就出现卡顿现象。二、数据分析软件回放数据时，CPU需将数据逐条存入数组，由于只有CPU一个处理器，只能等待数据处理完毕再去处理图像，工作效率低，回放速度慢。本发明监控系统中，一方面数据分析软件模块设有LightningChart高性能图表控件，可支持GPU加速处理图像，处理图像时采用GPU，不再占用CPU的资源，减少了对CPU资源的占用，CPU只用来处理数据，每秒可处理100万级数据点不卡顿，处理效率是过去几千倍，解决了实时处理大量数据时的系统延迟崩溃问题。另一方面数据分析软件模块让CPU和GPU协同工作，CPU解析处理数据的同时GPU处理图像，一边解析数据一边处理图像，极大的提高回放数据的效率，解决了过去回放数据过慢，等待时间过长的问题。

本发明上述监控系统，集数据采集、配置、存储和解析为一体，能够实时采集报文数据，并对采集的报文数据进行存储和转发，使报文数据既能够实时读取，又能够进行快速回放查看，不卡顿，还能够在线下载和删除，还能够实时显示列车的运行情况，还可以进行命令发送。功能全面，实用性强，提高了轨道车辆的制动性能和安全性。

本发明另一实施例，提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控方法，其具体步骤为：

S1、车载维护终端实时采集CAN总线上制动系统相关的报文数据，将报文数据通过主控模块送入SD存储卡模块进行存储；

S2、将PC机通过以太网与车载维护终端的以太网接口直接连接，PC机利用配置管理软件模块向主控模块发送获取车载维护终端的SD存储卡模块报文数据信息的命令，主控模块接收到命令返回SD存储卡模块数据列表，用户选定文件后向主控模块发送获取报文数据命令，主控模块收到获取报文数据命令后读取SD存储卡模块中相应的报文数据转发至PC机；

S3、用户通过配置管理软件模块选择要回放的报文数据时间段的报文数据转换成用户自定义格式的数据文件并下载到本地，数据分析软件模块从本地读取转换成用户自定义格式的数据文件进行回放；

S4、数据分析软件模块对要回放的报文数据时间段所在时间对应的报文数据进行解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式进行回放显示。

本实施例监测方法适用于监控系统长时间工作时对CAN总线报文数据的回放查看。

本发明又一实施例，提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控方法，与上述实施例不同的是，本实施例中，步骤S2为：将PC机与车载维护交换机连接，车载维护交换机通过以太网与所述车载维护终端的以太网口连接，PC机利用配置管理软件模块向主控模块发送获取车载维护终端的SD存储卡模块报文数据命令，主控模块接收到命令返回SD存储卡模块数据列表，用户选定文件后向主控模块发送获取报文数据命令，主控模块收到获取报文数据命令后读取SD存储卡模块中相应的报文数据转发至PC机。车载维护交换机与车载维护终端相连，扩大了使用人员的活动范围，不受网线长度限制，也扩展了车载维护终端的使用范围，将数据转发至PC机上，配合接入车载维护交换机的牵引、网络等其他系统的信息，能够实现对整车各个系统的综合管理。本实施例监测方法同样适用于监控系统长时间工作时对CAN总线报文数据的回放查看。

本发明另一实施例，提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控方法，其具体步骤为：

S1、车载维护终端实时采集CAN总线上制动系统相关的报文数据，将报文数据通过主控模块送入SD存储卡模块进行存储；

S2、将PC机通过以太网与车载维护终端的以太网接口连接，PC机利用配置管理软件模块向主控模块发送删除某个时间段报文数据命令，主控模块收到删除报文数据命令后删除SD存储卡模块存储的该时间段报文数据。

本实施例监控方法适用于对SD存储卡模块存储的报文数据进行删除处理。

本发明又一实施例，提供了一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控方法，其具体步骤为：

S1、车载维护终端实时采集CAN总线上制动系统相关的报文数据；

S2、将PC机通过以太网与车载维护终端的以太网接口连接，通过PC机向主控模块发送获取报文数据命令，主控模块收到获取报文数据命令后直接将车载维护终端实时采集的报文数据转发至PC机；

S3、PC机接收到车载维护终端直接转发的报文数据，数据分析软件模块直接读取实时转发过来的报文数据解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式进行实时显示，若触发记录功能，通过数据分析软件模块将报文数据实时存储到本地，数据分析软件模块直接读取其存储在本地的报文数据进行回放。

本实施例监控方法适用于对监控系统试验时进行报文数据的较短时间回放查看。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，包括：

车载维护终端，所述车载维护终端与制动系统的CAN总线连接，用于采集CAN总线上与制动系统相关的报文数据，并进行存储和转发；车载维护终端的主控模块设有：

CAN网络节点固件在线更新线程，用于对所述车载维护终端和除车载维护终端外CAN网络内其他节点的固件进行更新，进行更新时，若是更新车载维护终端自身的固件，车载维护终端在接收到包含有升级指令、待升级节点ID、FTP服务器地址、端口、用户名和密码的信息后，启动FTP连接，在保存必要的数据后，重启进入Bootloader程序，开始覆盖相应的Flash区域，完成更新后关闭FTP服务器，重启操作系统；若是更新CAN网络中某节点的固件，收到节点升级命令后，将固件的HEX文件通过CAN总线发送给此节点，此节点在固件接收完成后进行CRC校验，没有错误即可开始更新自身的固件；

CAN总线到以太网络的数据发送和SD存储卡模块存储线程，当主控模块获取到CAN总线有新数据的信号量时，调用CAN设备的读取函数来接收数据并将数据处理为特定格式，采用FIFO方式缓存于RAM中，然后尝试询问SD存储卡模块是否可用，若可用，将数据写入SD存储卡模块中；若主控模块收到转发数据命令，查询环形缓存中未读取的数据条数是否达到设定值，若达到设定值再查询以太网控制器是否可用，若可用，互斥锁上锁，再调用以太网的写函数，开始数据的转发，转发完后释放互斥锁；

配置管理软件模块，与所述车载维护终端连接，用于对车载维护终端的参数进行配置，并对车载维护终端直接转发和存储的报文数据进行初步分析、数据显示和存储；所述配置管理软件模块设有SD存储卡模块操作管理模块，用于在线读取所述SD存储卡模块存储的文件并进行格式转换，或者在线删除所述SD存储卡模块存储的文件，在线存储和删除SD存储卡模块存储的文件时，SD存储卡模块操作管理模块被使能，触发获取设备文件，配置管理软件模块首先连接下位机FTP服务器，确定路径获取文件列表；若触发删除文件命令，配置管理软件模块调用删除函数，删掉选中的文件；若触发下载文件命令，配置管理软件模块调用下载函数读出选中的FTP文件放入本地文件夹中；如需转换文件格式，读取本地文件，再将选中文件读出可转换成xls、csv、txt格式；

数据分析软件模块，与所述车载维护终端连接，用于对车载维护终端直接转发的报文数据解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式实时显示，接收并记录车载维护终端直接转发的报文数据，向车载维护终端发送命令，回放车载维护终端中SD存储卡模块存储的报文数据和数据分析软件模块自身记录的报文数据；数据分析软件模块设有LightningChart高性能图表控件，处理图像时采用GPU处理图像，CPU处理数据，并让CPU和GPU协同工作，CPU解析处理数据的同时GPU处理图像，一边解析数据一边处理图像。

2.如权利要求1所述的轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，所述车载维护终端包括壳体，壳体内安装有电源模块、与所述电源模块连接的主控模块、与所述主控模块连接的SD存储卡模块以及与所述主控模块连接的CAN接口电路模块；所述壳体的外部设有与所述电源模块连接的电源接口、与所述SD存储卡模块连接的SD卡接口以及与所述CAN接口电路模块连接的CAN接口。

3.如权利要求2所述的轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，所述壳体内还安装有与所述主控模块连接的以太网接口电路模块，所述壳体的外部还设有与所述以太网接口电路模块连接以太网接口。

4.如权利要求3所述的轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，所述主控模块设有以太网控制器，所述以太网接口电路模块与所述以太网控制器连接。

5.如权利要求4所述的轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，所述主控模块内还设有：

系统初始化线程，用于为上电时主控模块的外设、内核组件以及文件系统的系统组件进行初始化；

以太网到CAN总线的数据发送线程，当主控模块获取到以太网由新的UDP数据时，调用UDP协议栈的读取函数读取数据，将数据处理为特定格式，采用FIFO方式缓存于RAM中，然后尝试获取CAN控制器的控制权，若CAN设备空闲可用，则用互斥锁上锁，在调用CAN控制器的写函数，开始数据的转发，完成数据的转发后释放互斥锁。

6.如权利要求2所述的轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，所述的电源模块为供压范围为DC18V-DC200V的宽频电源模块。

7.如权利要求2所述的轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，所述壳体内部还设有与所述主控模块连接的状态显示电路，用于所述车载维护终端工作状态的LED显示。

8.如权利要求2所述的轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，所述壳体外部的SD卡接口处设有挡片，所述挡片通过螺钉紧固在所述壳体上。

9.如权利要求2或6或7或8所述的轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，所述配置管理软件模块还设有：

设备配置管理模块，用于对所述车载维护终端进行CAN总线配置参数、文件系统配置参数、数据文件记录配置参数、网络参数配置参数和配置文件管理参数的修改，并保存修改后的配置文件；

数据转发管理模块，用于实时显示所述车载维护终端发送的CAN总线报文数据；

数据发送管理模块，用于设置发送报文数据配置参数，并控制发送报文数据。

10.如权利要求1或2所述的轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统，其特征在于，所述数据分析软件模块设有：

界面，用于显示报文数据；

实时监控模块，所述实时监控模块设有LightningChart高性能图表控件，所述实时监控模块用于对接收于所述车载维护终端和所述配置管理软件模块的报文数据进行解包、运算，根据运算结果给予LightningChart高性能图表控件属性赋值，采用GPU进行曲线图像处理，将报文数据以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式实时显示到界面上；

数据回放模块，用于对接收于所述配置管理软件模块的报文数据进行解包，同时采用GPU进行图像处理后显示到界面上，回放出现场保存的报文数据；

数据存储模块，用于对接收于所述车载维护终端直接转发的报文数据进行存储到本地；

数据发送模块，用于向所述车载维护终端发送报文数据。

11.一种基于权利要求1至10任意一项所述轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统的监控方法，其特征在于，其具体步骤为:

S1、车载维护终端实时采集CAN总线上制动系统相关的报文数据，将报文数据通过主控模块送入SD存储卡模块进行存储；

S2、将PC机与车载维护交换机连接，车载维护交换机通过以太网与所述车载维护终端的以太网口连接，利用配置管理软件模块向主控模块发送获取车载维护终端的SD存储卡模块报文数据信息的命令，主控模块接收到命令返回SD存储卡模块数据列表，用户选定文件后向主控模块发送获取报文数据命令，主控模块收到获取报文数据命令后读取SD存储卡模块中相应的报文数据转发至PC机，配合接入车载维护交换机的其他系统的信息，对整车各个系统进行综合管理；

S3、用户通过配置管理软件模块选择要回放的报文数据时间段的报文数据转换成用户自定义格式的数据文件并下载到本地，数据分析软件模块从本地读取转换成用户自定义格式的数据文件进行回放；

S4、数据分析软件模块对要回放的报文数据时间段所在时间对应的报文数据进行解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式进行回放显示。

12.一种基于权利要求1至10任意一项所述轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统的监控方法，其特征在于，其具体步骤为:

S1、车载维护终端实时采集CAN总线上制动系统相关的报文数据，将报文数据通过主控模块送入SD存储卡模块进行存储；

S2、将PC机与车载维护交换机连接，车载维护交换机通过以太网与所述车载维护终端的以太网口，PC机利用配置管理软件模块向主控模块发送下载或删除某个时间段报文数据命令，主控模块收到下载或删除报文数据命令后下载或删除SD存储卡模块存储的该时间段报文数据，配合接入车载维护交换机的其他系统的信息，对整车各个系统进行综合管理。

13.一种基于权利要求1至10任意一项所述轨道车辆制动系统CAN总线报文维护监控系统的监控方法，其特征在于，其具体步骤为:

S1、车载维护终端实时采集CAN总线上制动系统相关的报文数据；

S2、将PC机与车载维护交换机连接，车载维护交换机通过以太网与所述车载维护终端的以太网口，通过PC机向主控模块发送获取报文数据命令，主控模块收到获取报文数据命令后直接将车载维护终端实时采集的报文数据转发至PC机，配合接入车载维护交换机的其他系统的信息，对整车各个系统进行综合管理；

S3、PC机接收到车载维护终端直接转发的报文数据，数据分析软件模块直接读取实时转发过来的报文数据解包、图像处理后以指示灯、仪表盘、数据列表和动态曲线的形式进行实时显示，若触发记录功能，通过数据分析软件模块将报文数据实时存储到本地，数据分析软件模块直接读取其存储在本地的报文数据进行回放。

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