CN110647055A - 一种itcs系统车载设备的接口仿真装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种ITCS系统车载设备的接口仿真装置、系统及方法，用于ITCS车载设备的仿真验证，包括工作站、接口仿真硬件板卡组件以及相互连接的数据记录单元和第二通信接口单元板卡，所述的工作站运行仿真系统软件，所述的接口仿真硬件板卡组件包括多个仿真接口，所述的仿真系统软件控制各仿真接口输出接口仿真数据至ITCS车载设备，该装置还包括分别与工作站和接口仿真硬件板卡组件连接的嵌入式系统板卡，所述的嵌入式系统板卡运行嵌入式系统软件，所述的仿真系统软件通过嵌入式系统软件控制各仿真接口输出接口仿真数据，所述的嵌入式系统软件用于协调各接口仿真数据的时序与逻辑合理性。与现有技术相比，本发明具有各接口协调性好和EMC干扰少等优点。
Description
技术领域
本发明涉及车载设备的接口仿真，尤其是涉及一种ITCS系统车载设备的接口仿真装置、系统及方法。
背景技术
ITCS系统是采用卫星定位、实时连续无线车地通信技术的列车控制系统。ITCS车载设备是该系统车载部分的主要设备。
在设计ITCS车载设备的过程中，经常需要在实验室进行设计验证工作，为了使ITCS车载设备能够工作在与现场相同的工作模式，需要模拟现场的列车接口信号，因此接口仿真系统的设计非常必要，但是，搭建一套成熟可用的ITCS车载设备接口仿真系统还存在着以下几个问题：
(1)多接口协调、数据延迟和数据精度的问题：传统列车控制系统中设置有大量的地面设备，为车载设备提供列车位置和列车完整性等信息。但是，由于ITCS系统去掉了绝大多数地面设备，车载设备为了获取上述信息，增加了更多的通信接口来获取定位和完整性信息，如卫星定位、惯性导航和列尾系统接口等。由于车载设备需要实时计算列车位置，保证列车行车安全，对各接口数据的逻辑协调、实时性和精度提出了更严苛的要求。如果接口数据出现逻辑协调错误(如速度传感器信息与惯性导航信息逻辑不匹配)、延迟(如卫星定位位置延迟跳变)或数据精度较低(如加速度传感器的模拟电压值抖动)，将导致设计验证工作无法进行；
(2)EMC问题，即电磁兼容问题：车载设备在实验室进行EMC测试时，为了得到与现场真实情况一致的测试结果，要求车载设备必须进入行驶的工作状态。在测试中接口仿真装置实时为ITCS车载设备提供接口仿真数据，此时测试所施加给车载设备的EMC干扰同样会通过连线施加到接口仿真装置。但是，传统的接口仿真装置EMC性能较差，容易出现仿真数据的输出信号被干扰或中断，导致ITCS车载设备收到异常数据而宕机，从而影响车载设备的EMC测试结果；
(3)多个仿真界面的操作问题：接口仿真系统所涉及的接口数量较多，各个接口的仿真软硬件实现方式都不相同，操作者轮流操作多个仿真界面或硬件，操作量和难度较大，效率低，并且容易出错。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种ITCS系统车载设备的接口仿真装置、系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种ITCS系统车载设备接口仿真装置，用于ITCS车载设备的仿真验证，包括工作站、接口仿真硬件板卡组件以及相互连接的数据记录单元和第二通信接口单元板卡，所述的工作站运行仿真系统软件，所述的接口仿真硬件板卡组件包括多个仿真接口，所述的仿真系统软件控制各仿真接口输出接口仿真数据至ITCS车载设备，所述的数据记录单元通过第二通信接口单元板卡记录ITCS车载设备工作状态，所述的仿真系统软件读取数据记录单元中的ITCS车载设备工作状态，该装置还包括分别与工作站和接口仿真硬件板卡组件连接的嵌入式系统板卡，所述的嵌入式系统板卡运行嵌入式系统软件，所述的仿真系统软件通过嵌入式系统软件控制各仿真接口输出接口仿真数据，所述的嵌入式系统软件用于协调各接口仿真数据的时序与逻辑合理性。
所述的嵌入式系统软件通过逻辑判断与数据计算，将仿真系统软件发送的数据包解析为工作包，并发送至接口仿真硬件板卡组件。
所述的接口仿真硬件板卡组件包括第一通信接口单元板卡、数字IO信号板卡和模拟IO信号板卡，所述的第一通信接口单元板卡包括列尾系统仿真接口、无线闭塞中心仿真接口、卫星定位仿真接口和惯性导航仿真接口，所述的数字IO信号板卡包括光电速度传感器仿真接口和数字IO的输入/输出仿真接口，所述的模拟IO信号板卡包括加速度传感器仿真接口和模拟IO的输入/输出仿真接口。
所述的数字IO信号板卡上集成第一数字逻辑单元、第一光耦隔离电路、驱动继电器和采集继电器，所述的第一数字逻辑单元与嵌入式系统板卡连接，所述的驱动继电器和采集继电器分别与ITCS车载设备连接，所述的第一光耦隔离电路分别与第一数字逻辑单元、驱动继电器和采集继电器连接；
所述的第一数字逻辑单元解析收到的工作包并进行逻辑判断和数据计算，驱动或采集第一光耦隔离电路的IO接口，所述的第一光耦隔离电路将第一数字逻辑单元的IO电平分别与驱动继电器的电平和采集继电器的电平隔离，所述的驱动继电器通过电平转换产生ITCS车载设备的IO驱动电平，所述的采集继电器将ITCS车载设备的输出电平进行电平转换，所述的驱动继电器和采集继电器分别将各自转换的两个电平进行电平隔离。
所述的模拟IO信号板卡上集成第二数字逻辑单元、第二光耦隔离电路、D/A单元和A/D单元，所述的第二数字逻辑单元与嵌入式系统板卡连接，所述的D/A单元和A/D单元分别与ITCS车载设备连接，所述的第二光耦隔离电路分别与第二数字逻辑单元、D/A单元和A/D单元连接；
所述的第二数字逻辑单元解析收到的工作包并进行逻辑判断和数据计算，分别与A/D单元和D/A单元进行通信，所述的第二耦隔离电路将第二数字逻辑单元的IO电平分别与A/D单元的模拟电平和D/A单元的模拟电平隔离，所述的A/D单元用于将ITCS车载设备输出的模拟信号转化为数字信号，所述的D/A单元用于将数字信号转化为模拟信号输出。
该装置还包括与嵌入式系统板卡连接的直流电源组件，所述的直流电源组件用于为ITCS车载设备提供直流电，所述的直流电源组件包括直流电源和直流电源继电器，所述的直流电源继电器用于隔离仿真系统电源和车载设备电源。
该装置中的通信接口采用差分通信协议，该装置中的通信线缆采用双层屏蔽线。
一种ITCS系统车载设备的接口仿真系统，包括人机交互组件、ITCS车载设备和所述的ITCS系统车载设备接口仿真装置，所述的ITCS系统车载设备接口仿真装置与ITCS车载设备通信连接，实时为ITCS车载设备提供接口仿真数据，所述的人机交互组件包括车载人机交互显示器和仿真交互显示器，所述的车载人机交互显示器通过第二通信接口单元板卡与ITCS车载设备连接，用于显示当前ITCS车载设备的工作状态，所述的仿真交互显示器与工作站连接，用于提供配置接口仿真参数的交互界面，并显示当前接口仿真状态。
该系统中的通信接口采用差分通信协议，该系统中的通信线缆采用双层屏蔽线，所述的ITCS系统车载设备接口仿真装置中的板卡机械接地端与ITCS车载设备外壳接地端连接至公共接地点。
一种实现所述的ITCS系统车载设备的接口仿真系统的方法，包括以下步骤：
S1、仿真系统软件根据设定的仿真参数，生成数据包传输至嵌入式系统软件；
S2、嵌入式系统软件解析数据包，进行逻辑判断和计算后，生成工作包传输至接口仿真硬件板卡组件；
S3、接口仿真硬件板卡组件控制各仿真接口输出对应的接口仿真数据至ITCS车载设备；
S4、ITCS车载设备采集输入的接口仿真数据，执行对应工作；
S5、ITCS车载设备将工作状态显示在车载人机交互显示器上，并写入数据记录单元中；
S6、仿真系统软件读取数据记录单元记录中的ITCS车载设备工作状态，并显示在仿真交互显示器上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)解决了多接口协调、数据延迟和数据精度的问题：仿真系统软件不再直接操作各个接口，而是通过嵌入式系统软件控制各个仿真接口的工作，将各个仿真接口的逻辑协调功能固化在嵌入式系统软件中，解决了接口的协调问题。同时在软件方面，通过把操作者相关软件功能和硬件执行单元相关软件功能的划分，将ms级的界面操作时序与μs级的功能处理时序分开，降低了系统延时，提高了系统整体反应时间；在硬件方面，嵌入式系统板卡通过高速总线统一与各个接口仿真硬件板卡通信，降低了数据交互的延时，提高了系统整体的工作频率，提高了逻辑协调的能力。最后，在数字IO信号板卡和模拟IO信号板卡中增加数字逻辑单元，执行复杂任务的计算工作，增加了整个系统的计算资源，提高了数据的计算精度。
2)提高接口仿真系统的EMC性能：系统内所有通信接口均采用抗干扰能力强的差分通信协议，如RS422，PROFIBUS等，通信线缆均选用双层屏蔽线。同时在容易被干扰的数字IO信号板卡，设置第一光耦隔离电路、驱动继电器和采集继电器进行电平隔离，加强对数字逻辑单元的保护；在直流电源模块，设置电源继电器，将接口仿真装置电源与直流电源输出的ITFC车载设备供电隔离开，防止电源的干扰；在模拟IO信号板卡设置第二光耦隔离电路，对数字逻辑单元进行隔离保护。最后，所有板卡机械接地端和设备外壳接地端，都统一连接到了实验室的公共接地点，提高了EMC性能。
3)交互界面的集成度高，减少了操作量，降低了操作难度：通过系统整体的架构设计，将部分工作下放到嵌入式系统软件中进行自动操作，减少了人工操作量。同时，基于现在的优化结构，即通过嵌入式系统软件统一控制各接口硬件单元，一个交互界面就能实现与多个仿真接口的通信，避免了多界面操作，降低了操作难度。
附图说明
图1为本发明的系统总体框图；
图2为本发明系统硬件框图；
图3为本发明系统功能框图；
图4为本发明系统工作步骤示意图。
其中，1、车载人机交互显示器，2、数据记录单元，3、嵌入式系统板卡，4、第二通信接口单元板卡，5、第一通信接口单元板卡，6、直流电源组件，7、数字IO信号板卡，8、模拟IO信号板卡，9、ITCS车载设备，10、工作站，11、仿真交互显示器，71、第一数字逻辑单元，72、第一光耦隔离电路，73、驱动继电器，74、采集继电器，81、第二数字逻辑单元，82、第二光耦隔离电路，83、D/A单元，84、A/D单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
如图3所示，本发明提出一种ITCS系统车载设备的接口仿真系统，该接口仿真系统的整体功能包括三个部分：
被测设备部分：即ITCS系统车载设备；
人机信息交互部分：用于操作者输入配置信息，操作整个仿真流程并显示目前仿真系统和车载设备的工作状态，主要包括仿真系统交互界面和车载人机交互界面，仿真系统交互界面用于操作和配置接口仿真系统，并显示当前的接口仿真系统状态及参数，车载人机交互界面用于操作和配置ITCS车载设备9，并显示ITCS车载设备9的各项工作状态；
仿真功能部分：用于产生并运算各个功能接口的信号或数据，并参照车载设备的实际工作情形，协调各个接口仿真数据的工作时序。
其中，仿真功能部分的功能模块包括：
仿真系统软件：用于对仿真系统交互界面的操作以及配置的数据进行判断或运算后，传输给对应的功能模块。同时，根据仿真的列车运行情景，协调各接口的工作逻辑和时序，保证仿真情景与现场情景一致；
供电模块：用于为ITCS车载设备9提供稳定的直流电，同时，还需要与接口仿真装置的供电进行隔离，防止接口仿真装置与车载设备之间的电源互相干扰；
列尾系统接口信息仿真模块：用于接收ITCS车载设备9的命令，将仿真的列尾信息传输给ITCS车载设备9；
无线闭塞中心接口信息仿真模块：用于接收并解调ITCS车载设备9上传的列车状态信息，并给ITCS车载设备9下发行车相关的信息及数据；
卫星定位接口信息仿真模块：根据当前的仿真位置实时计算出相应的卫星定位数据，并模拟真实卫星定位设备的接口协议，给ITCS车载设备9传输仿真的卫星定位数据；
惯性导航接口信息仿真模块：根据当前的列车姿态等仿真信息，实时计算出相应的惯性导航数据，并模拟真实惯性导航设备的接口协议，给ITCS车载设备9传输仿真的惯性导航数据；
光电速度传感器接口信号仿真模块：根据当前的列车仿真速度，实时计算并模拟出传感器的速度信号，传输给ITCS车载设备9的对应接口；
加速度传感器接口信号仿真模块：根据当前列车仿真的加速度，实时计算并模拟出加速度信号，传输给ITCS车载设备9的对应接口；
列车IO接口信号仿真模块：接收ITCS车载设备9输出的IO信号，并根据列车当前的仿真运行状态进行逻辑判断，模拟车辆输出给车载设备对应的IO信号。
如图1和图2所示，为了实现上述各功能模块，本发明提供了该接口仿真系统的硬件实现，包括人机交互组件、ITCS车载设备9接口仿真装置和ITCS车载设备9，操作者通过人机交互组件实现与系统的交互操作；
其中，人机交互组件包括车载人机交互显示器1和仿真交互显示器11，仿真交互显示器11显示仿真系统软件交互界面，使得操作者可以通过工作站10进行仿真系统的操作，车载人机交互显示器1用于显示ITCS车载设备9的交互界面，并提供输入按钮，操作者通过该显示器进行ITCS车载设备9的操作；
ITCS车载设备9接口仿真装置包括：
工作站10：用于运行仿真系统软件，操作者通过工作站10进行仿真系统的操作。
嵌入式系统板卡3：用于运行嵌入式系统软件。该系统用于接收仿真系统软件的操作命令数据包，将数据包解析为工作包，并通过总线将工作包分发给对应的各个硬件板卡，同时采集各个硬件板卡的工作状态，传输给仿真系统软件；
第一通信接口单元板卡5：用于接收嵌入式系统软件发送的工作包，按照对应接口的协议将数据打包，并传输给ITCS车载设备9，同时接收ITCS车载设备9的数据包，并将其解析后传输给嵌入式系统，第一通信接口单元板卡5包括四个接口，分别为列尾系统接口、无线闭塞中心接口、卫星定位接口和惯性导航接口；
直流电源组件6：用于为ITCS车载设备9提供稳定的直流电，并通过电源继电器实现接口仿真装置电源与ITCS车载设备9电源的隔离，利用嵌入式系统软件的IO输出来控制直流电源的上电及输出动作；
数字IO信号板卡7：用于驱动和采集ITCS车载设备9的数字IO信号，包含光电速度传感器接口和数字IO的输入/输出接口，该板卡上集成第一数字逻辑单元71、第一光耦隔离电路72、驱动继电器73和采集继电器74；
其中，第一数字逻辑单元71，用于解析嵌入式系统板卡3的工作包，判断相关的逻辑并计算数据，驱动或采集光耦隔离电路的IO接口；第一光耦隔离电路72，用于隔离第一数字逻辑单元71的IO电平与驱动继电器73和采集继电器74的电平，避免EMC干扰；驱动继电器73，用于电平转换，将板卡上的逻辑电平转换为ITCS车载设备9的IO驱动电平，同时将以上两个电平进行隔离，提高板卡EMC性能；采集继电器74，同样用于电平转换，将车载设备输出的高电平转换为板卡可以采集的电平，同时也有电平隔离和提高EMC性能效果；
模拟IO信号板卡8：用于驱动和采集ITCS车载设备9的模拟IO信号，包含加速度传感器接口和模拟IO的输入/输出接口，该板卡上集成第二数字逻辑单元81、第二光耦隔离电路82、A/D单元84和D/A单元83；
其中，第二数字逻辑单元81，用于解析嵌入式系统板卡3的工作包，判断相关的逻辑并计算数据，并与A/D和D/A单元83通信；第二光耦隔离电路82，用于隔离第二数字逻辑单元81的IO电平与A/D单元84和D/A单元83的模拟电平，避免EMC干扰；A/D单元84，用于将ITCS车载设备9输出的模拟信号转化为数字信号，提供给数字电路处理；D/A单元83，输出满足车载设备输入条件的模拟信号；
第二通信接口单元板卡4：用于实现车载人机交互显示器1和数据记录单元2与ITCS车载设备9的通信连接；
数据记录单元2：用于记录总线上的所有通信信息，并将该信息传输给工作站10，信息内容包括了所有ITCS车载设备9的工作信息，例如内部工作状态，内部通信数据等。
为了进一步避免EMC干扰，仿真系统内的所有线缆均选用双层屏蔽线缆，所有板卡和设备都与实验室的地线连接，所有通信接口均采用抗干扰能力强的差分通信协议，如RS422，PROFIBUS等。
如图4所示，ITCS系统车载设备的接口仿真系统的实现方法，包括以下步骤：
S1、仿真系统软件根据设定的仿真参数，生成数据包传输至嵌入式系统软件；
S2、嵌入式系统软件解析数据包，进行逻辑判断和计算后，生成工作包传输至接口仿真硬件板卡组件；
S3、接口仿真硬件板卡组件控制各仿真接口输出对应的接口仿真数据至ITCS车载设备9；
S4、ITCS车载设备9采集输入的接口仿真数据，执行对应工作；
S5、ITCS车载设备9将工作状态显示在车载人机交互显示器1上，并写入数据记录单元2中；
S6、仿真系统软件读取数据记录单元2记录中的ITCS车载设备9工作状态，并显示在仿真交互显示器11上。
其中，仿真参数由操作者根据仿真内容，在仿真系统操作界面设置，操作者在车载人机交互显示器1和仿真交互显示器11显示的两个交互界面上确认参数设置情况和车载设备工作状态，判断是否正常，并以此决定下一步操作内容，重新确定仿真参数，再次执行步骤一，直至设备工作在预定的工作状态下。
本实施例ITCS系统车载设备的接口仿真系统中各器件的选用及配置如下：
工作站10选用Z6_G4，Intel Xeon3106 1.7 2133MHz 8C CPU，8GB内存，2TB硬盘；
仿真交互显示器11选用液晶显示器E2211H；
车载人机交互显示器1选用DMI设备，型号为MFT_L11S11cqhp，通信总线为PROFIBUS总线；
嵌入式系统板卡3选用微型计算机，型号为Raspberry Pi 3Model B+，搭载1.4GHz64位四核Broadcom Arm Cortex A53架构处理器，运行的操作系统为LINUX，通过网络接口与操作系统软件通信；
第一通信接口单元板卡5选用串口通信板卡，板卡接口配置为RS422模式；
直流电源选用PS 9200-25 2U 19”2HE 1500W，电源输出电压设置为74V，最大输出电流设置为12A；
电源输出的继电器选用R3-N38/DC72V；
数字IO信号板卡7的关键器件选型如下：
第一数字逻辑单元71选用FPGA，型号为spartan6，第一光耦隔离电路72中的光耦选用HCPL-0701-500E，驱动继电器73选用24UC/21AU/RW-2900321，采集继电器74选用72UC/21AU/RW-2900322；
模拟IO信号板卡8的关键器件选型如下：
第二数字逻辑单元81选用FPGA，型号为spartan6，第二光耦隔离电路82中的光耦选用HCPL-0701-500E，A/D单元84选用模数转换器ADC，型号为AD7606BSTZ，16位分辨率，8输入，D/A单元83选用数模转换器DAC，型号为AD5764RBSUZ，16位分辨率，四通道，串行(SPI/QSPI/Microwire)接口。
第二通信接口单元板卡4的关键器件为PROFIBUS-DP协议通信芯片，选用VPC3+C芯片；
数据记录单元2选用DRU，型号为RBF4S7rfncg。
本实施例以仿真列车从静止加速至20Km/h为例进行验证实验，需要设置的关键参数为速度、加速度、方向手柄方向和制动输出状态，ITCS车载设备9接口仿真系统的工作流程如下：
(1)操作者通过仿真交互显示器11在工作站10操作仿真系统交互界面，设置列车目标速度为20km/h；
(2)执行步骤S1，仿真系统软件通过监测仿真系统交互界面，获取设置的参数后，将上述设置的参数传输给嵌入式系统软件。
(3)执行步骤S2，嵌入式系统软件判断当前目标速度是20km/h，但是加速度为0，制动输出默认状态为制动，因此列车不会移动，于是传输给数字IO信号板卡7的速度为0；
(4)执行步骤S3，数字IO信号板卡7上的第一数字逻辑单元71根据0速度，驱动第一光耦隔离电路72，从而通过驱动继电器73输出光电速度传感器速度为0时的数字波形至ITCS车载设备9；
(5)执行步骤S4，ITCS车载设备9检查所有传感器输入，判断当前速度为0；
(6)执行步骤S5，ITCS车载设备9通过第二通信接口单元板卡4，在车载人机交互显示器1上显示当前速度为0，列车所在位置的公里标不变，如K88+666；
(7)执行步骤S6，仿真系统软件读取数据记录单元2中的速度数据0，列车所在位置的公里标为K88+666，并将上述信息显示在仿真交互显示器11上；
(8)操作者确认在两个显示器界面显示的速度0是正确的；
(9)操作者继续进行加速度参数设置，设置最大加速度值为1km/s2，再次执行步骤S1至步骤S6，此时列车依然不会移动，操作者确认在两个显示器界面的速度显示都是0，列车所在位置的公里标为K88+666；
(10)操作者继续进行方向手柄位置参数设置，设置方向手柄位置为向前，再次执行步骤S1至步骤S6，此时数字IO信号板卡7上，对应方向手柄向前的一路数字输出变为有效，但此时列车依然不会移动，操作者确认在两个显示器界面显示速度为0，方向手柄位置为向前，列车所在位置的公里标为K88+666；
(11)操作者继续进行制动输出参数设置，设置制动输出为缓解，再次执行步骤S1和步骤S2，此时嵌入式系统判断当前列车开始移动，向接口仿真硬件板卡组件依次下发命令，并监控各接口仿真硬件板卡组件工作状况；
(12)执行步骤S3，此时数字IO信号板卡7上，对应制动输出缓解的一路数字输出变为有效；模拟IO信号板卡8上，加速度传感器仿真接口开始输出加速度信号，加速度值从0km/s2到1km/s2线性变化，并在列车将要达到目标速度20km/h时，再线性降低至0km/s2，加速度传感器接口采集车载设备输入的加速度反馈信号，通过第二数字逻辑单元81实时调整加速度信号的电压；数字IO信号板卡7上的光电速度传感器信号仿真接口根据列车的加速度值，实时计算并输出线性变化的速度波形；第一通信接口单元板卡5上的四个RS422串口，卫星定位仿真接口实时计算输出坐标连续的卫星定位信息，惯性导航仿真接口实时计算输出列车的惯导信息，列尾系统仿真接口实时输出列车的完整性信息，无线闭塞中心接口实时传输最新的线路数据库，并读取车载设备上报列车占用的虚拟闭塞区间等行驶信息；
(13)执行步骤S4，ITCS车载设备9根据上述输入，监测列车的速度变化，防止列车制动不足，实时向无线闭塞中心仿真接口传输列车占用的虚拟闭塞区间信息，向列尾系统发出查询列车完整性的命令，判断与卫星定位和惯性导航接口的通信连接情况；
(14)执行步骤S5，ITCS车载设备9通过第二通信接口单元板卡4上的PROFIBUS总线，将速度信息和公里标信息等实时显示在车载人机交互显示器1上，并将上述信息记录在数据记录单元2。
(15)执行步骤S6，接口仿真系统软件实时读取数据记录单元2内记录的数据，并将信息显示在仿真系统交互界面；
(16)操作者从两个显示器界面上，确认设置的参数与车载设备运行状态是否一致，此时，两个显示器界面上的列车速度会从0km/h增加到20km/h，并在20km/h速度持续运行，同时，列车所在位置的公里标会从K88+666持续增加。
为了举例，该工作流程只是列出了这一情景下最关键的四个参数，实际仿真时还需要设置其他参数，这里不做赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种ITCS系统车载设备接口仿真装置，用于ITCS车载设备(9)的仿真验证，包括工作站(10)、接口仿真硬件板卡组件以及相互连接的数据记录单元(2)和第二通信接口单元板卡(4)，所述的工作站(10)运行仿真系统软件，所述的接口仿真硬件板卡组件包括多个仿真接口，所述的仿真系统软件控制各仿真接口输出接口仿真数据至ITCS车载设备(9)，所述的数据记录单元(2)通过第二通信接口单元板卡(4)记录ITCS车载设备(9)工作状态，所述的仿真系统软件读取数据记录单元(2)中的ITCS车载设备(9)工作状态，其特征在于，该装置还包括分别与工作站(10)和接口仿真硬件板卡组件连接的嵌入式系统板卡(3)，所述的嵌入式系统板卡(3)运行嵌入式系统软件，所述的仿真系统软件通过嵌入式系统软件控制各仿真接口输出接口仿真数据，所述的嵌入式系统软件用于协调各接口仿真数据的时序与逻辑合理性。
2.根据权利要求1所述的一种ITCS系统车载设备接口仿真装置，其特征在于，所述的嵌入式系统软件通过逻辑判断与数据计算，将仿真系统软件发送的数据包解析为工作包，并发送至接口仿真硬件板卡组件。
3.根据权利要求2所述的一种ITCS系统车载设备接口仿真装置，其特征在于，所述的接口仿真硬件板卡组件包括第一通信接口单元板卡(5)、数字IO信号板卡(7)和模拟IO信号板卡(8)，所述的第一通信接口单元板卡(5)包括列尾系统仿真接口、无线闭塞中心仿真接口、卫星定位仿真接口和惯性导航仿真接口，所述的数字IO信号板卡(7)包括光电速度传感器仿真接口和数字IO的输入/输出仿真接口，所述的模拟IO信号板卡(8)包括加速度传感器仿真接口和模拟IO的输入/输出仿真接口。
4.根据权利要求3所述的一种ITCS系统车载设备接口仿真装置，其特征在于，所述的数字IO信号板卡(7)上集成第一数字逻辑单元(71)、第一光耦隔离电路(72)、驱动继电器(73)和采集继电器(74)，所述的第一数字逻辑单元(71)与嵌入式系统板卡(3)连接，所述的驱动继电器(73)和采集继电器(74)分别与ITCS车载设备(9)连接，所述的第一光耦隔离电路(72)分别与第一数字逻辑单元(71)、驱动继电器(73)和采集继电器(74)连接；
所述的第一数字逻辑单元(71)解析收到的工作包并进行逻辑判断和数据计算，驱动或采集第一光耦隔离电路(72)的IO接口，所述的第一光耦隔离电路(72)将第一数字逻辑单元(71)的IO电平分别与驱动继电器(73)的电平和采集继电器(74)的电平隔离，所述的驱动继电器(73)通过电平转换产生ITCS车载设备(9)的IO驱动电平，所述的采集继电器(74)将ITCS车载设备(9)的输出电平进行电平转换，所述的驱动继电器(73)和采集继电器(74)分别将各自转换的两个电平进行电平隔离。
5.根据权利要求3所述的一种ITCS系统车载设备接口仿真装置，其特征在于，所述的模拟IO信号板卡(8)上集成第二数字逻辑单元(81)、第二光耦隔离电路(82)、D/A单元(83)和A/D单元(84)，所述的第二数字逻辑单元(81)与嵌入式系统板卡(3)连接，所述的D/A单元(83)和A/D单元(84)分别与ITCS车载设备(9)连接，所述的第二光耦隔离电路(82)分别与第二数字逻辑单元(81)、D/A单元(83)和A/D单元(84)连接；
所述的第二数字逻辑单元(81)解析收到的工作包并进行逻辑判断和数据计算，分别与A/D单元和D/A单元(83)进行通信，所述的第二耦隔离电路(82)将第二数字逻辑单元(81)的IO电平分别与A/D单元(84)的模拟电平和D/A单元(83)的模拟电平隔离，所述的A/D单元(84)用于将ITCS车载设备(9)输出的模拟信号转化为数字信号，所述的D/A单元(83)用于将数字信号转化为模拟信号输出。
6.根据权利要求1所述的一种ITCS系统车载设备接口仿真装置，其特征在于，该装置还包括与嵌入式系统板卡(3)连接的直流电源组件(6)，所述的直流电源组件(6)用于为ITCS车载设备(9)提供直流电，所述的直流电源组件(6)包括直流电源和直流电源继电器，所述的直流电源继电器用于隔离仿真系统电源和车载设备电源。
7.根据权利要求1所述的一种ITCS系统车载设备接口仿真装置，其特征在于，该装置中的通信接口采用差分通信协议，该装置中的通信线缆采用双层屏蔽线。
8.一种ITCS系统车载设备的接口仿真系统，其特征在于，包括人机交互组件、ITCS车载设备(9)和如权利要求1-7任一项所述的ITCS系统车载设备接口仿真装置，所述的ITCS系统车载设备接口仿真装置与ITCS车载设备(9)通信连接，实时为ITCS车载设备(9)提供接口仿真数据，所述的人机交互组件包括车载人机交互显示器(1)和仿真交互显示器(11)，所述的车载人机交互显示器(1)通过第二通信接口单元板卡(4)与ITCS车载设备(9)连接，用于显示当前ITCS车载设备(9)的工作状态，所述的仿真交互显示器(11)与工作站(10)连接，用于提供配置接口仿真参数的交互界面，并显示当前接口仿真状态。
9.根据权利要求8所述的一种ITCS系统车载设备的接口仿真系统，其特征在于，该系统中的通信接口采用差分通信协议，该系统中的通信线缆采用双层屏蔽线，所述的ITCS系统车载设备接口仿真装置中的板卡机械接地端与ITCS车载设备(9)外壳接地端连接至公共接地点。
10.一种实现如权利要求8所述的ITCS系统车载设备的接口仿真系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、仿真系统软件根据设定的仿真参数，生成数据包传输至嵌入式系统软件；
S2、嵌入式系统软件解析数据包，进行逻辑判断和计算后，生成工作包传输至接口仿真硬件板卡组件；
S3、接口仿真硬件板卡组件控制各仿真接口输出对应的接口仿真数据至ITCS车载设备(9)；
S4、ITCS车载设备(9)采集输入的接口仿真数据，执行对应工作；
S5、ITCS车载设备(9)将工作状态显示在车载人机交互显示器(1)上，并写入数据记录单元(2)中；
S6、仿真系统软件读取数据记录单元(2)记录中的ITCS车载设备(9)工作状态，并显示在仿真交互显示器(11)上。
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- 2019-09-27 CN CN201910924282.7A patent/CN110647055A/zh active Pending
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