WO2013082741A1 - Wtb数据记录仪及其工作方法 - Google Patents

Wtb数据记录仪及其工作方法 Download PDF

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WO2013082741A1
WO2013082741A1 PCT/CN2011/083461 CN2011083461W WO2013082741A1 WO 2013082741 A1 WO2013082741 A1 WO 2013082741A1 CN 2011083461 W CN2011083461 W CN 2011083461W WO 2013082741 A1 WO2013082741 A1 WO 2013082741A1
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WO
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wtb
bus
data
signal
redundant
Prior art date
Application number
PCT/CN2011/083461
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English (en)
French (fr)
Inventor
于跃
姜悦礼
王晓鹏
牟岩
张小玲
Original Assignee
中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/382—Information transfer, e.g. on bus using universal interface adapter
    • G06F13/385—Information transfer, e.g. on bus using universal interface adapter for adaptation of a particular data processing system to different peripheral devices

Definitions

  • the present invention relates to a network control device for a locomotive, and more particularly to a twisted-line train bus
  • WTB Wire Train Bus
  • WTB technology is mainly used for locomotive communication, which can realize the transmission of process data and message data. Its biggest feature is to have the locomotive initial running function, that is, when the configuration of the locomotive vehicle changes, the vehicle can be automatically addressed to form a new one.
  • the locomotive topology is built without the need for human involvement.
  • the WTB network is a network specially designed for the rolling stock of the rolling stock. It has become a high-reliability fieldbus network widely used in foreign and domestic countries. It is an important part of the IEC61375-1 standard. However, due to the professionalism of the WTB network, the external interface is not particularly convenient.
  • the WTB data logger is a data storage device that is widely used on locomotives. It is usually placed in the driver's cab to facilitate maintenance personnel to download and analyze data. After the vehicle is returned to the warehouse, the maintenance personnel can download the faults stored on the WTB data recorder and the files of the vehicle operation, and use the relevant PC analysis software to perform relevant judgments and analysis on the operation of the vehicle.
  • a first aspect of the present invention provides a WTB data logger comprising:
  • the MCU, the WTB protocol controller, the WTB codec, and the WTB driver are sequentially bidirectionally connected by an internal bus, and the WTB driver is bidirectionally connected to the external WTB bus;
  • PC104 bus interface module PC104 CPU board and data storage device
  • One end of the line interface module is bidirectionally connected to the MCU through the internal bus, and the other end is bidirectionally connected to one end of the PC104 CPU card through the internal bus; the other end of the PC104 CPU card and the data Storage device connection.
  • the WTB driver is responsible for converting the first WTB bus data input by the WTB bus into a first Manchester signal, and outputting to the WTB codec, and converting the second Manchester signal output by the WTB codec into Second WTB bus data and output via the WTB bus;
  • the WTB codec is responsible for decoding the first Manchester signal into a first HDLC digital signal, and outputting to the WTB protocol controller, and encoding the second HDLC digital signal output by the WTB protocol controller into a Said second Manchester signal;
  • the MCU is responsible for timing control of the WTB protocol controller, and processing data input by the WTB protocol controller and the PC104 bus interface module;
  • the WTB protocol controller is configured to parse the first HDLC digital signal into data that can be processed by the MCU, generate an interrupt signal, and generate a second HDLC digital signal according to the data to be transmitted by the MCU, and output the code to the WTB codec.
  • the PC104 bus interface module is responsible for converting data output by the MCU into a first PC 104 bus communication signal, and outputting to the PC 104 CPU card, and outputting a second PC 104 bus of the PC 104 CPU card. Transmitting the communication signal into data that can be processed by the MCU and outputting to the MCU;
  • the PC104 CPU card is responsible for processing the first PC104 bus communication signal, and storing the processing result to the data storage device, and generating the second PC104 bus communication signal according to the data stored in the data storage device, And output to the PC104 bus interface module.
  • the above WTB data logger may further include: a redundant WTB codec and a redundant WTB driver; one end of the redundant WTB codec is bidirectionally connected to the WTB protocol controller through the internal bus, and the other end passes the An internal bus is bidirectionally coupled to one end of the redundant WTB driver; the other end of the redundant WTB driver is bidirectionally coupled to an external WTB redundant bus.
  • the redundant WTB driver is responsible for demodulating third WTB bus data input via the redundant WTB bus into a third Manchester signal, and outputting to the redundant WTB codec, and compiling the redundant WTB
  • the second Manchester signal output by the decoder is converted into the second WTB bus data and output through the redundant WTB bus
  • the redundant WTB codec is responsible for decoding the third Manchester signal into a third HDLC digital signal and outputting to the WTB protocol controller, and outputting the second HDLC number of the WTB protocol controller Signal encoding as the second Manchester signal;
  • the WTB protocol controller is further responsible for parsing the third HDLC digital signal into data that the MCU can process and generating an interrupt signal; and outputting the second HDLC digital signal to the redundant WTB codec.
  • the MCU is specifically a Z8S180 processor
  • the PC104 CPU card is specifically an X86-CPU card.
  • Another aspect of the present invention provides a method of operating a WTB data logger, comprising: a WTB driver converting first WTB bus data input via a WTB bus into a first Manchester signal and outputting to a WTB codec;
  • the WTB codec decodes the first Manchester signal into a first HDLC digital signal and outputs it to a WTB protocol controller;
  • the WTB protocol controller parses the first HDLC digital signal into data that can be processed by the MCU, and Generating an interrupt signal;
  • the MCU receives the interrupt signal, processes the processable data, and outputs the processed data to a PC104 bus interface module;
  • the PC104 bus interface module generates a first data according to the data output by the MCU a PC104 bus communication signal is output to the PC104 CPU board;
  • the PC104 CPU board processes the first PC104 bus communication signal, and stores the processing result in the data storage device;
  • the PC104 CPU card generates a second PC104 bus communication signal according to the data stored in the data storage device, and outputs the signal to the PC104 bus interface module; the PC104 bus interface module converts the second PC104 bus communication signal a signal that can be processed by the MCU, and input to the MCU; the MCU processes data input by the PC104 bus interface module to obtain data to be transmitted; and the WTB protocol controller generates data according to the data to be transmitted.
  • a second HDLC digital signal and sent to the WTB codec; the WTB codec encoding the second HDLC digital signal into a second Manchester signal and outputting to the WTB driver; the WTB driver
  • the second Manchester signal is converted to second WTB bus data and output via the WTB bus.
  • the foregoing working method may further include: the WTB protocol controller outputs the second HDLC digital signal to a redundant WTB codec; the redundant WTB codec uses the second HDLC digital signal Encoded as a second Manchester signal and output to a redundant WTB driver; The redundant WTB driver converts the second Manchester signal into second WTB bus data and outputs it via a redundant WTB bus;
  • the redundant WTB driver converts the third WTB bus data input via the WTB redundant bus to a third Manchester signal and outputs to a redundant WTB codec; the redundant WTB codec will The third Manchester signal is converted to a third HDLC digital signal and output to the WTB protocol controller; the WTB protocol controller parses the third HDLC digital signal into data that can be processed by the MCU and generates an interrupt signal.
  • the data to be transmitted may include: process data, message data, and/or monitoring data.
  • the technical effect of the present invention is:
  • the invention combines the WTB bus mechanism dedicated to the field of rolling stock and the PC104 CPU board with a wide application base, especially the X86-CPU card and related data storage devices, to create a new type.
  • a data logger based on the WTB interface.
  • the WTB data logger provided by the present invention has the advantages of reliability, flexibility, versatility, and low cost.
  • the functions required by the present invention become a part of the locomotive system, enabling manufacturers who are unfamiliar with the locomotive field or who do not have the WTB bus research and development capabilities to quickly push their products to the railway market.
  • a schematic diagram 1 of the structure of the WTB data logger provided by the present invention provided by the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic structural view 2 of a WTB recorder provided by the present invention.
  • FIG. 3 is a flow chart 1 of a working method of a WTB data logger provided by the present invention.
  • FIG. 4 is a second flowchart of the working method of the WTB data logger provided by the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic structural diagram 1 of a WTB data logger provided by the present invention.
  • the WTB data logger includes: MCU (Multi Controller Unit, Micro Controller Unit) 1.
  • WTB Protocol Controller 2 WTB Codec 3
  • WTB Driver 4 PC104 Bus Interface Module 5
  • PC 104 CPU Board 6 PC 104 CPU Board 6
  • Data Storage Device 7 Data Storage Device 7.
  • the MCU1, the WTB protocol controller 2, the WTB codec 3, and the WTB driver 4 are sequentially bidirectionally connected through the internal bus, that is, the MCU1 is bidirectionally connected to the WTB protocol controller 2 via the internal bus, and the WTB protocol controller 2 is connected through the internal bus.
  • the WTB codec 3 is bidirectionally connected, and the WTB codec 3 is bidirectionally connected to the WTB driver 4 via an internal bus.
  • the WTB driver 4 is also bidirectionally connected to the external WTB bus.
  • the PC104 bus interface module 5 is an external interface circuit of the PC104 bus, one end of which is bidirectionally connected to the MCU1 through the internal bus, and the other end is bidirectionally connected to one end of the PC104 CPU board 6 via the internal bus, such as the PC104 bus of the PC104 CPU board.
  • the other end of the PC 104 CPU board 6 is connected to the data storage device 7.
  • the WTB driver 4 is responsible for converting the bus data input by the WTB bus (may be referred to as: the first WTB bus data) into a Manchester signal (may be called: the first Manchester signal), and outputting it to the WTB codec 3, and
  • the Manchester signal output by the WTB codec 3 (may be referred to as: the second Manchester signal) is converted to WTB bus data (referred to as: second WTB bus data) and output via the WTB bus.
  • the WTB codec 3 is responsible for decoding the first Manchester signal output by the WTB driver 4 into an HDLC digital signal (may be referred to as: the first HDLC digital signal), and outputting it to the WTB protocol controller 2, and the WTB protocol controller 2
  • the output HDLC digital signal (which may be referred to as: the second HDLC digital signal) is encoded as a second Manchester signal.
  • the MCU1 performs central control, such as timing control of the WTB protocol controller 2, and processing of data input by the WTB protocol controller 2 and the PC104 bus interface module 5.
  • the MCU1 is also responsible for voltage monitoring, control of the dongle and operating power supply, and more.
  • the WTB protocol controller 2 is responsible for parsing the first HDLC digital signal into data that can be processed by the MCU1, generating an interrupt signal, and generating a second HDLC digital signal according to the data to be transmitted by the MCU1, and outputting it to the WTB codec 3.
  • the PC 104 bus interface module 5 is responsible for converting the data outputted by the MCU1 into a signal conforming to the PC104 bus communication (may be referred to as: the first PC104 bus communication signal), and outputting to the PC104 CPU board 6, and outputting the PC104 CPU board 6
  • the signal conforming to the PC104 bus communication (may be called: the second PC104 bus communication signal) is converted into data that the MCU can process, and output to MCUl o
  • the PC 104 CPU board 6 is responsible for processing the first PC 104 bus communication signal, and storing the processing result to the data storage device 7, and generating the second PC 104 bus communication signal according to the data stored in the data storage device 7, and PC104 bus interface module 5 output.
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram 2 of a WTB recorder provided by the present invention. As shown in FIG. 2, the difference between the embodiment and the corresponding embodiment of FIG. 1 includes:
  • the MCU can be a high speed microcontroller, preferably a Z8S180 processor 11 .
  • PC104 CPU board can choose PC 104 CPU card based on X86 series with better expansion performance, namely X86-CPU card 61;
  • the portable WTB data analysis card of this embodiment is redundantly arranged, that is, may also include: redundant WTB codec 8 and redundant WTB driver 9; redundant WTB coding
  • redundant WTB codec 8 is bidirectionally connected to the WTB protocol controller 2 via the internal bus, and the other end is bidirectionally connected to one end of the redundant WTB driver 9 through the internal bus; the other end of the redundant WTB driver 9 is bidirectionally connected to the external WTB redundant bus.
  • the redundant WTB driver 9 is responsible for demodulating WTB bus data (referred to as: third WTB bus data) input via the redundant WTB bus into a Manchester signal (referred to as: a third Manchester signal), and outputs it to the redundant WTB.
  • the codec 8, and the second Manchester signal output from the redundant WTB codec 8, are converted to the second WTB bus data and output via the redundant WTB bus.
  • the redundant WTB codec 8 is responsible for decoding the third Manchester signal into an HDLC digital signal (may be referred to as: a third HDLC digital signal), and outputting to the WTB protocol controller 2, and outputting the second to the WTB protocol controller 2
  • the HDLC digital signal is encoded as a second Manchester signal.
  • the WTB protocol controller 2 is also responsible for parsing the third HDLC digital signal into data that the MCU can process and generating an interrupt signal; and outputting the second HDLC digital signal to the redundant WTB codec.
  • the redundant WTB codec 8 and the redundant WTB driver 9 can be connected to the WTB redundant bus as a set of redundant interfaces by using the same devices as the WTB codec 3 and the WTB driver 4, respectively.
  • FIG. 3 is a flow chart 1 of a working method of a WTB data logger provided by the present invention.
  • the flow shown in Figure 3 is the direction of the data flow from the WTB bus into the data storage device, describing the working method of the WTB data logger.
  • the method includes:
  • Step 31 The WTB driver converts the first WTB bus data input via the WTB bus into the first Manchester signal and outputs it to the WTB codec.
  • Step 32 The WTB codec decodes the first Manchester signal into a first HDLC digital signal and outputs it to a WTB protocol controller.
  • Step 33 The WTB protocol controller parses the first HDLC digital signal into data that the MCU can process and generates an interrupt signal.
  • Step 34 The MCU receives the interrupt signal, processes the processable data, and outputs the processed data to the PC104 bus interface module.
  • Step 35 The PC 104 bus interface module generates a first PC104 bus communication signal according to the data output by the MCU, and outputs the signal to the PC104 CPU card.
  • Step 36 The PC 104 CPU board processes the first PC 104 bus communication signal and stores the processing result to the data storage device.
  • the above step 31 may further include: the redundant WTB driver converts the third WTB bus data input via the WTB redundant bus into a third Manchester signal, And output to the redundant WTB codec.
  • the above step 32 may further include: the redundant WTB codec converting the third Manchester signal into a third HDLC digital signal and outputting to the WTB protocol controller.
  • the above step 33 may further include: the WTB protocol controller parses the third HDLC digital signal into data that the MCU can process, and generates an interrupt signal.
  • FIG. 4 is a second flowchart of the working method of the WTB data logger provided by the present invention.
  • the flow shown in Figure 4 is the direction of the data flow from the data storage device into the WTB bus, describing how the WTB data logger works.
  • the method includes:
  • Step 41 The PC 104 CPU card generates a second PC 104 bus communication signal according to the data stored in the data storage device, and outputs the signal to the PC104 bus interface module.
  • Step 42 The PC104 bus interface module converts the second PC104 bus communication signal into a signal that can be processed by the MCU and inputs it to the MCU.
  • Step 43 The MCU processes the data input by the PC104 bus interface module to obtain a pending transmission. Lost data.
  • the data to be transmitted by the MCU may include: process data, message data, and/or monitoring data.
  • the process data is periodic data
  • the message data is aperiodic data
  • the monitoring data is periodic or sporadic data.
  • Step 44 The WTB protocol controller generates a second HDLC digital signal according to the data to be transmitted, and sends the second HDLC digital signal to the WTB codec.
  • Step 45 The WTB codec encodes the second HDLC digital signal into a second Manchester signal and outputs it to the WTB driver.
  • Step 46 The WTB driver converts the second Manchester signal into the second WTB bus data and outputs it via the WTB bus.
  • the above step 43 may further include: the WTB protocol controller outputs the second HDLC digital signal to the redundant WTB codec;
  • the method includes: the redundant WTB codec encoding the second HDLC digital signal into a second Manchester signal and outputting to the redundant WTB driver;
  • the above step 45 may further include: the redundant WTB driver converting the second Manchester signal into the second WTB Bus data and output via redundant WTB bus.
  • the WTB data recorder is generally installed in the subway light rail and the rolling stock.
  • many manufacturers cannot provide a data recorder with a WTB interface, and the technology has been monopolized by foreign countries. The cost is high and the versatility is not satisfactory.
  • the applicant of the present invention combines the bus technology dedicated to the rolling stock with the special technology in the industrial control field through the self-developed technology, and develops a WTB data recorder dedicated to the rolling stock.
  • the WTB data recorder has extensive promotion. Value.
  • the present invention has the following beneficial effects:
  • the present invention combines the PC104 bus technology with the WTB bus technology to convert dedicated WTB data into a general PC104 bus communication signal.
  • the PC104 communication method adopted by the present invention is one of the widely used communication methods at present, and has the advantages of simple interface, low price, convenient debugging, reliable performance, and completely matching the WTB network in communication rate.
  • the WTB data recorder provided by the invention is applied to the fields of rolling stock, power plants and the like, and has the characteristics of high real-time data recording and fast response time.
  • the PC104 CPU board used in the present invention especially the X86-CPU card in the field of industrial control It is widely used, its expansion performance is strong, and it is very convenient to expand the data storage unit.
  • the function of the data recording unit can be expanded according to different needs of the customer, and the specific functions that can be implemented include: First, the capacity expansion of the data storage unit can be performed according to the data volume characteristics of the user's data communication; The user needs to reinforce the storage part for the security performance level of the data storage. Third, the data acquisition card can be extended according to the user's collection requirements for some special data, for example, the customer needs to collect the digital input quantity, and the data recording unit can be based on The customer's needs extend the acquisition interface card for digital inputs.
  • the data recording unit can expand the analog acquisition interface card according to the customer's needs.
  • the WTB data recorder of the present invention also supports the access of interfaces such as a keyboard, a display screen and a mouse, which facilitates debugging of the system.
  • the present invention combines a WTB bus mechanism dedicated to the field of rolling stock with a PC104 CPU board with a wide application base, in particular an X86-CPU card and related data storage devices, to create a new type of WTB-based interface.
  • Data logger The WTB data logger provided by the present invention has the advantages of reliability, flexibility, versatility, and low cost, and is convenient for installation, maintenance, and data downloading.

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Abstract

本发明公开了一种WTB数据记录仪及其工作方法，其中，WTB数据记录仪包括：MCU、WTB协议控制器、WTB编解码器和WTB驱动器，通过内部总线顺次双向连接，且所述WTB驱动器和外部WTB总线双向连接；PC104总线接口模块、PC104 CPU板卡和数据存储装置；所述PC104总线接口模块的一端通过所述内部总线与所述MCU双向连接、且另一端通过所述内部总线与所述PC104 CPU板卡的一端双向连接；所述PC104 CPU板卡的另一端与所述数据存储装置连接。本发明具有可靠性、灵活性、通用性、成本低等优点。

Description

WTB数据记录仪及其工作方法 技术领域 本发明涉及一种用于机车的网络控制装置， 特别是一种绞线式列车总线
( Wire Train Bus, 简称 WTB )数据记录仪及其工作方法。 背景技术
WTB技术主要用于机车的通信， 可实现过程数据和消息数据的传输， 其 最大特点就是具有机车初运行功能， 即当机车车辆的配置发生变化后， 能够 自动地对车辆进行编址，构成新的机车拓朴结构，而不需要人为的参与。 WTB 网络基于 WTB技术组网， 是一种专门为机车车辆总线设计的网络， 目前已 成为一种在国外和国内大量使用的高可靠性现场总线网络，是 IEC61375-1标 准的一个重要组成部分， 但由于 WTB 网络专业性强， 对外接口还不是特别 方便。
WTB数据记录仪是目前机车车辆上逐渐广泛应用的一个数据存储设备， 一般放置在司机室内， 方便维护人员对数据进行下载和分析。 当车辆回库后， 维护人员可以下载存储在 WTB数据记录仪上的故障以及车辆运行的文件， 并借助相关的上位机分析软件进行对整车的运行情况进行相关的判断和分 析。
由于机车车辆的特殊应用性， 很多的 WTB数据记录仪的核心技术被国 外垄断， 国内还处于空白， 这使得国外的 WTB数据记录仪价格十分昂贵。 此外， 国外的 WTB数据记录仪结构和功能上， 不能艮好地满足国内用户的 需求， 其实用性较低。 发明内容
本发明的第一个方面是提供一种 WTB数据记录仪， 包括：
MCU、 WTB协议控制器、 WTB编解码器和 WTB驱动器， 通过内部总 线顺次双向连接 , 且所述 WTB驱动器和外部 WTB总线双向连接；
PC104总线接口模块、 PC104 CPU板卡和数据存储装置； 所述 PC104总 线接口模块的一端通过所述内部总线与所述 MCU双向连接、 且另一端通过 所述内部总线与所述 PC104 CPU板卡的一端双向连接； 所述 PC104 CPU板 卡的另一端与所述数据存储装置连接。
所述 WTB驱动器负责将所述 WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换 为第一曼彻斯特信号、 并输出到所述 WTB编解码器， 以及将所述 WTB编解 码器输出的第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据、并经所述 WTB总 线输出；
所述 WTB编解码器负责将所述第一曼彻斯特信号解码为第一 HDLC数 字信号、 并输出到所述 WTB协议控制器， 以及将所述 WTB协议控制器输出 的第二 HDLC数字信号编码为所述第二曼彻斯特信号；
所述 MCU负责所述 WTB协议控制器的时序控制， 以及处理所述 WTB 协议控制器和所述 PC104总线接口模块输入的数据；
所述 WTB协议控制器负责将所述第一 HDLC数字信号解析为 MCU可 处理的数据、并产生中断信号，以及依据 MCU待传输的数据生成第二 HDLC 数字信号， 并输出到所述 WTB编解码器；
所述 PC104 总线接口模块负责将所述 MCU 输出的数据转换为第一 PC 104总线通讯信号、并输出到所述 PC 104 CPU板卡，以及将所述 PC 104 CPU 板卡输出的第二 PC104总线通讯信号转换成 MCU可处理的数据、 并输出到 所述 MCU;
所述 PC104 CPU板卡负责处理所述第一 PC104总线通讯信号、并将处理 结果存储到所述数据存储装置， 以及依据所述数据存储装置中存储的数据生 成所述第二 PC104总线通讯信号、 并向所述 PC104总线接口模块输出。
上述 WTB数据记录仪还可包括： 冗余 WTB编解码器和冗余 WTB驱动 器； 所述冗余 WTB编解码的一端通过所述内部总线和所述 WTB协议控制器 双向连接， 另一端通过所述内部总线和所述冗余 WTB驱动器的一端双向连 接； 所述冗余 WTB驱动器的另一端和外部 WTB冗余总线双向连接。
所述冗余 WTB驱动器负责将经所述冗余 WTB总线输入的第三 WTB总 线数据解调为第三曼彻斯特信号、 并输出到所述冗余 WTB 编解码器， 以及 将所述冗余 WTB 编解码器输出的所述第二曼彻斯特信号， 转换为所述第二 WTB总线数据， 并经所述冗余 WTB总线输出； 所述冗余 WTB 编解码器负责将所述第三曼彻斯特信号解码为第三 HDLC数字信号、 并输出到所述 WTB协议控制器， 以及将所述 WTB协议控 制器输出的所述第二 HDLC数字信号编码为所述第二曼彻斯特信号；
所述 WTB协议控制器还负责将所述第三 HDLC数字信号解析为 MCU 可处理的数据， 并产生中断信号； 以及将所述第二 HDLC数字信号输出到所 述冗余 WTB编解码器。
可选的， 所述 MCU具体为 Z8S180处理器， 所述 PC104 CPU板卡具体 为 X86-CPU卡。
本发明的另一个方面是提供一种 WTB数据记录仪的工作方法， 包括： WTB驱动器将经 WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换为第一曼彻 斯特信号、 并输出到 WTB编解码器； 所述 WTB编解码器将所述第一曼彻斯 特信号解码为第一 HDLC数字信号、 并输出到 WTB协议控制器； 所述 WTB 协议控制器将所述第一 HDLC数字信号解析为 MCU可处理的数据， 并产生 中断信号； 所述 MCU接收所述中断信号， 对所述可处理的数据进行处理， 将处理后的数据输出到 PC104总线接口模块； 所述 PC104总线接口模块依据 所述 MCU输出的数据生成第一 PC104总线通讯信号， 并输出到 PC104 CPU 板卡； 所述 PC104 CPU板卡对所述第一 PC104 总线通讯信号进行处理， 并 将处理结果存储到数据存储装置；
所述 PC104 CPU板卡依据所述数据存储装置中存储的数据生成第二 PC104总线通讯信号， 并向所述 PC104总线接口模块输出； 所述 PC104总线 接口模块将所述第二 PC104总线通讯信号转换为 MCU可处理的信号， 并输 入到所述 MCU;所述 MCU对所述 PC104总线接口模块输入的数据进行处理， 得到待传输的数据； 所述 WTB协议控制器依据所述待传输的数据生成第二 HDLC数字信号， 并发送给所述 WTB编解码器； 所述 WTB编解码器将所述 第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号，并输出到所述 WTB驱动器； 所述 WTB驱动器将所述第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据，并经 所述 WTB总线输出。
可选的， 上述工作方法还可包括： 所述 WTB 协议控制器将所述第二 HDLC数字信号输出到冗余 WTB编解码器； 所述冗余 WTB编解码器将所述 第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号，并输出到冗余 WTB驱动器； 所述冗余 WTB驱动器将所述第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据， 并经冗余 WTB总线输出；
所述冗余 WTB驱动器将经所述 WTB冗余总线输入的第三 WTB总线数 据其转换为第三曼彻斯特信号，并输出到冗余 WTB编解码器；所述冗余 WTB 编解码器将所述第三曼彻斯特信号转换为第三 HDLC数字信号， 并输出到所 述 WTB协议控制器；所述 WTB协议控制器将所述第三 HDLC数字信号解析 为 MCU可处理的数据， 并产生中断信号。
所述待传输的数据可包括： 过程数据、 消息数据和 /或监视数据。
本发明的技术效果是： 本发明将机车车辆领域专用的 WTB 总线机制和 有着广泛应用基础的 PC104 CPU板卡， 特别是 X86-CPU卡以及相关的数据 存储装置相结合， 创造出了一种新型的基于 WTB接口的数据记录仪。 本发 明提供的 WTB数据记录仪具有可靠性、 灵活性、 通用性、 成本低等优点。 此外， 本发明所需要实现的功能成为机车系统的一个部分， 使对机车领域不 熟悉或不具备 WTB 总线研发能力的厂商， 能将自己的产品快速的推向铁路 市场， 附图说明 图 1为本发明提供的 WTB数据记录仪的结构示意图一；
图 2为本发明提供的 WTB记录仪的结构示意图二；
图 3为本发明提供的 WTB数据记录仪工作方法流程图一；
图 4为本发明提供的 WTB数据记录仪工作方法流程图二。
附图标记：
1-MCU; 2-WTB协议控制器； 3-WTB编解码器；
4-WTB驱动器； 5-PC104总线接口模块； 6-PC104 CPU板卡；
7-数据存储装置； 11-Z8S180处理器； 61 -X86-CPU卡；
8-冗余 WTB编解码器； 9-冗余 WTB驱动器。 具体实施方式
实施例一
图 1为本发明提供的 WTB数据记录仪的结构示意图一。 如图 1所示的 WTB数据记录仪包括： MCU (多点控制单元， Micro Controller Unit ) 1、 WTB 协议控制器 2、 WTB编解码器 3、 WTB驱动器 4、 PC104总线接口模块 5、 PC 104 CPU板卡 6和数据存储装置 7。
MCU1、 WTB协议控制器 2、 WTB编解码器 3和 WTB驱动器 4, 通过 内部总线顺次双向连接， 即： MCU1通过内部总线与 WTB协议控制器 2双 向连接， WTB协议控制器 2通过内部总线与 WTB编解码器 3双向连接， WTB 编解码器 3通过内部总线与 WTB驱动器 4双向连接。 WTB驱动器 4还与外 部 WTB总线双向连接。 此外， PC104总线接口模块 5是 PC104总线的对外 接口电路， 其一端通过内部总线与 MCU1双向连接、 且另一端通过内部总线 与 PC104 CPU板卡 6的一端， 如 PC104 CPU板卡的 PC104总线双向连接； PC 104 CPU板卡 6的另一端与数据存储装置 7连接。
WTB驱动器 4负责将 WTB总线输入的总线数据 (不妨称之为： 第一 WTB总线数据）转换为曼彻斯特信号 （不妨称之为： 第一曼彻斯特信号） 、 并输出到 WTB编解码器 3 ,以及将 WTB编解码器 3输出的曼彻斯特信号（不 妨称之为： 第二曼彻斯特信号）转换为 WTB总线数据（不妨称之为： 第二 WTB总线数据 )并经 WTB总线输出。
WTB编解码器 3负责将 WTB驱动器 4输出的第一曼彻斯特信号， 解码 为 HDLC数字信号 （不妨称为： 第一 HDLC数字信号） 、 并输出到 WTB协 议控制器 2, 以及将 WTB协议控制器 2输出的 HDLC数字信号 （不妨称为： 第二 HDLC数字信号 )编码为第二曼彻斯特信号。
MCU1进行中央控制， 如负责 WTB协议控制器 2的时序控制， 以及处 理 WTB协议控制器 2和 PC104总线接口模块 5输入的数据。 MCU1还可负 责电压监视、 软件狗和工作电源的控制等。
WTB协议控制器 2负责将第一 HDLC数字信号解析为 MCU1可处理的 数据、 并产生中断信号， 以及依据 MCU1待传输的数据生成第二 HDLC数字 信号， 并输出到 WTB编解码器 3。
PC 104总线接口模块 5负责将 MCU1输出的数据转换为符合 PC104总线 通讯的信号（不妨称为： 第一 PC104总线通讯信号） 、 并输出到 PC104 CPU 板卡 6, 以及将 PC104 CPU板卡 6输出的符合 PC104总线通讯的信号（不妨 称为： 第二 PC104 总线通讯信号）转换成 MCU可处理的数据、 并输出到 MCUl o
PC 104 CPU板卡 6负责处理所述第一 PC104总线通讯信号、 并将处理结 果存储到数据存储装置 7, 以及依据数据存储装置 7 中存储的数据生成所述 第二 PC104总线通讯信号、 并向 PC104总线接口模块 5输出。
实施例二
图 2为本发明提供的 WTB记录仪的结构示意图二。 如图 2所示， 本实 施例与图 1对应实施例的区别在包括：
提高数据处理速度， MCU可为高速单片机， 优选为 Z8S180处理器 11。 为了满足用户的不同需求， PC104 CPU板卡可选用扩展性能较好的基于 X86 系列的 PC 104 CPU板卡， 即 X86-CPU卡 61 ;
为了提高设备的扩展性能， 满足用户的不同需求， 本实施例便携式 WTB 数据分析卡进行了冗余布置，即还可包括：冗余 WTB编解码器 8和冗余 WTB 驱动器 9; 冗余 WTB编解码器 8的一端通过内部总线和 WTB协议控制器 2 双向连接， 另一端通过内部总线和冗余 WTB驱动器 9的一端双向连接； 冗 余 WTB驱动器 9的另一端和外部 WTB冗余总线双向连接。
冗余 WTB驱动器 9负责将经冗余 WTB总线输入的 WTB总线数据 (不 妨称为： 第三 WTB 总线数据）解调为曼彻斯特信号 （不妨称为： 第三曼彻 斯特信号） 、 并输出到冗余 WTB编解码器 8, 以及将冗余 WTB编解码器 8 输出的第二曼彻斯特信号， 转换为第二 WTB总线数据， 并经冗余 WTB总线 输出。
冗余 WTB编解码器 8负责将第三曼彻斯特信号解码为 HDLC数字信号 (不妨称为： 第三 HDLC数字信号）、 并输出到 WTB协议控制器 2, 以及将 WTB协议控制器 2输出的第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号。
相应的， WTB协议控制器 2还负责将第三 HDLC数字信号解析为 MCU 可处理的数据， 并产生中断信号； 以及将第二 HDLC数字信号输出到冗余 WTB编解码器。
上述技术方案中， 冗余 WTB编解码器 8和冗余 WTB驱动器 9, 可分别 采用与 WTB编解码器 3和 WTB驱动器 4相同的设备，作为一组冗余接口连 接到 WTB冗余总线上。
实施例三 图 3为本发明提供的 WTB数据记录仪工作方法流程图一。 如图 3所示 的流程， 是从 WTB总线流入数据存储装置的数据流方向， 描述 WTB数据记 录仪的工作方法。 请参见图 1和图 3所示， 该方法包括：
步骤 31: WTB驱动器将经 WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换为 第一曼彻斯特信号、 并输出到 WTB编解码器。
步骤 32: WTB编解码器将所述第一曼彻斯特信号解码为第一 HDLC数 字信号、 并输出到 WTB协议控制器。
步骤 33: WTB协议控制器将第一 HDLC数字信号解析为 MCU可处理 的数据， 并产生中断信号。
步骤 34: MCU接收所述中断信号， 对所述可处理的数据进行处理， 将 处理后的数据输出到 PC104总线接口模块。
步骤 35: PC 104总线接口模块依据 MCU输出的数据生成第一 PC104总 线通讯信号， 并输出到 PC104 CPU板卡。
步骤 36: PC 104 CPU板卡对第一 PC104 总线通讯信号进行处理， 并将 处理结果存储到数据存储装置。
如果便携式 WTB数据分析卡采用如图 2所示的冗余布置， 则上述步骤 31还可包括： 冗余 WTB驱动器将经 WTB冗余总线输入的第三 WTB总线数 据其转换为第三曼彻斯特信号， 并输出到冗余 WTB编解码器。 上述步骤 32 还可包括： 冗余 WTB编解码器将第三曼彻斯特信号转换为第三 HDLC数字 信号， 并输出到 WTB协议控制器。 上述步骤 33还可包括： WTB协议控制 器将第三 HDLC数字信号解析为 MCU可处理的数据， 并产生中断信号。
实施例四
图 4为本发明提供的 WTB数据记录仪工作方法流程图二。 如图 4所示 的流程， 是从数据存储装置流入 WTB总线的数据流方向， 描述 WTB数据记 录仪的工作方法。 请参见图 1和图 4所示， 该方法包括：
步骤 41 : PC 104 CPU板卡依据数据存储装置中存储的数据生成第二 PC 104总线通讯信号， 并向 PC104总线接口模块输出。
步骤 42: PC104总线接口模块将第二 PC104总线通讯信号转换为 MCU 可处理的信号， 并输入到 MCU。
步骤 43: MCU对 PC104总线接口模块输入的数据进行处理， 得到待传 输的数据。
MCU待传输的数据可包括： 过程数据、 消息数据和 /或监控数据。 其中 过程数据为周期性数据， 消息数据为非周期性数据， 监控数据为周期性或偶 发性数据。
步骤 44: WTB协议控制器依据所述待传输的数据生成第二 HDLC数字 信号， 并发送给 WTB编解码器。
步骤 45: WTB编解码器将第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信 号， 并输出到 WTB驱动器。
步骤 46: WTB驱动器将第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据， 并经 WTB总线输出。
如果 WTB数据记录仪采用如图 2所示的冗余布置， 则上述步骤 43还可 包括： WTB协议控制器将所述第二 HDLC数字信号输出到冗余 WTB编解码 器； 上述步骤 44还可包括： 冗余 WTB编解码器将第二 HDLC数字信号编码 为第二曼彻斯特信号， 并输出到冗余 WTB驱动器； 上述步骤 45还可包括： 冗余 WTB驱动器将第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据，并经冗余 WTB总线输出。
需要说明的是， 目前地铁轻轨以及机车车辆普遍设置有 WTB数据记录 仪， 但是， 由于 WTB总线的专用性， 很多厂家不能提供具有 WTB接口的数 据记录仪， 而且该项技术被国外一直垄断， 设备成本居高不下， 通用性也不 如人意。 基于此， 本发明申请人通过自制研制的技术， 将机车车辆专用的总 线技术与工业控制领域的专用技术相互结合， 研制出机车车辆专用的 WTB 数据记录仪， 该 WTB数据记录仪具有广泛的推广应用价值。
通过上述技术方案的具体分析可知， 本发明具有以下有益效果：
1、本发明将 PC104总线技术与 WTB总线技术结合起来，将专用的 WTB 数据变换为通用的 PC104总线通讯信号。 由于本发明采用的 PC104通讯方式 是目前应用广泛的通讯方式之一， 具有接口简单、 价格低廉、 调试方便、 性 能可靠、 而且在通信速率上完全和 WTB 网络匹配等优点。 将本发明提供的 WTB数据记录仪应用于机车车辆、 电厂等领域， 具有数据记录的实时性高、 响应时间快等特点。
2、 本发明采用的 PC104 CPU板卡， 特别是 X86-CPU卡在工业控制领域 被广泛应用， 其扩展性能强， 对数据存储单元的扩展十分方便。 具体的， 可 根据客户的不同需求进行数据记录单元的功能扩展， 具体可以实现的功能包 括： 第一， 可以根据用户的数据通信的数据量特点进行数据存储单元的容量 扩展； 第二， 可以根据用户对数据存储的安全性能等级要求进行对存储部分 的加固； 第三， 可以根据用户对某些特殊数据的采集要求进行数据采集卡的 扩展， 比如客户需要采集数字输入量， 数据记录单元可以根据客户的需求扩 展数字量输入的采集接口卡。 如果客户需要速度信号采集和记录， 数据记录 单元可以根据客户的需求扩展模拟量的采集接口卡。 此外， 由于采用了 X86-CPU卡， 因此本发明 WTB数据记录仪也支持键盘、 显示屏和鼠标等接 口的接入， 方便了系统的调试。
综上， 本发明将机车车辆领域专用的 WTB 总线机制和有着广泛应用基 础的 PC104 CPU板卡，特别是 X86-CPU卡以及相关的数据存储装置相结合， 创造出了一种新型的基于 WTB接口的数据记录仪。本发明提供的 WTB数据 记录仪具有可靠性、 灵活性、 通用性、 成本低等优点， 方便安装、 维护和数 据下载。 此外， 本发明所需要实现的功能成为机车系统的一个部分， 使对机 车领域不熟悉或不具备 WTB 总线研发能力的厂商， 能将自己的产品快速的 最后应说明的是： 以上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精神和范围。

Claims

权 利 要求 书
1、 一种 WTB数据记录仪， 其特征在于， 包括：
MCU、 WTB协议控制器、 WTB编解码器和 WTB驱动器， 通过内部总 线顺次双向连接 , 且所述 WTB驱动器和外部 WTB总线双向连接；
PC104总线接口模块、 PC104 CPU板卡和数据存储装置； 所述 PC104总 线接口模块的一端通过所述内部总线与所述 MCU双向连接、 且另一端通过 所述内部总线与所述 PC104 CPU板卡的一端双向连接； 所述 PC104 CPU板 卡的另一端与所述数据存储装置连接。
2、 根据权利要求 1所述的 WTB数据记录仪， 其特征在于，
所述 WTB驱动器负责将所述 WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换 为第一曼彻斯特信号、 并输出到所述 WTB编解码器， 以及将所述 WTB编解 码器输出的第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据、并经所述 WTB总 线输出；
所述 WTB编解码器负责将所述第一曼彻斯特信号解码为第一 HDLC数 字信号、 并输出到所述 WTB协议控制器， 以及将所述 WTB协议控制器输出 的第二 HDLC数字信号编码为所述第二曼彻斯特信号；
所述 MCU负责所述 WTB协议控制器的时序控制， 以及处理所述 WTB 协议控制器和所述 PC104总线接口模块输入的数据；
所述 WTB协议控制器负责将所述第一 HDLC数字信号解析为 MCU可 处理的数据、并产生中断信号，以及依据 MCU待传输的数据生成第二 HDLC 数字信号， 并输出到所述 WTB编解码器；
所述 PC104 总线接口模块负责将所述 MCU 输出的数据转换为第一 PC 104总线通讯信号、并输出到所述 PC 104 CPU板卡，以及将所述 PC 104 CPU 板卡输出的第二 PC104总线通讯信号转换成 MCU可处理的数据、 并输出到 所述 MCU;
所述 PC104 CPU板卡负责处理所述第一 PC104总线通讯信号、并将处理 结果存储到所述数据存储装置， 以及依据所述数据存储装置中存储的数据生 成所述第二 PC104总线通讯信号、 并向所述 PC104总线接口模块输出。
3、 根据权利要求 1所述的 WTB数据记录仪， 其特征在于， 还包括： 冗 余 WTB编解码器和冗余 WTB驱动器； 所述冗余 WTB编解码的一端通过所述内部总线和所述 WTB协议控制器 双向连接， 另一端通过所述内部总线和所述冗余 WTB驱动器的一端双向连 接； 所述冗余 WTB驱动器的另一端和外部 WTB冗余总线双向连接。
4、 根据权利要求 3所述的 WTB数据记录仪， 其特征在于，
所述冗余 WTB驱动器负责将经所述冗余 WTB总线输入的第三 WTB总 线数据解调为第三曼彻斯特信号、 并输出到所述冗余 WTB 编解码器， 以及 将所述冗余 WTB编解码器输出的第二曼彻斯特信号，转换为第二 WTB总线 数据， 并经所述冗余 WTB总线输出；
所述冗余 WTB 编解码器负责将所述第三曼彻斯特信号解码为第三 HDLC数字信号、 并输出到所述 WTB协议控制器， 以及将所述 WTB协议控 制器输出的第二 HDLC数字信号编码为所述第二曼彻斯特信号；
所述 WTB协议控制器还负责将所述第三 HDLC数字信号解析为 MCU 可处理的数据， 并产生中断信号； 以及将所述第二 HDLC数字信号输出到所 述冗余 WTB编解码器。
5、 根据权利要求 1〜4任一所述的 WTB数据记录仪， 其特征在于， 所述 MCU具体为 Z8S 180处理器，所述 PC104 CPU板卡具体为 X86-CPU 卡。
6、 一种权利要求 1〜5任一所述的 WTB数据记录仪的工作方法， 其特征 在于， 包括：
WTB驱动器将经 WTB总线输入的第一 WTB总线数据转换为第一曼彻 斯特信号、 并输出到 WTB编解码器； 所述 WTB编解码器将所述第一曼彻斯 特信号解码为第一 HDLC数字信号、 并输出到 WTB协议控制器； 所述 WTB 协议控制器将所述第一 HDLC数字信号解析为 MCU可处理的数据， 并产生 中断信号； 所述 MCU接收所述中断信号， 对所述可处理的数据进行处理， 将处理后的数据输出到 PC104总线接口模块； 所述 PC104总线接口模块依据 所述 MCU输出的数据生成第一 PC104总线通讯信号， 并输出到 PC104 CPU 板卡； 所述 PC104 CPU板卡对所述第一 PC104 总线通讯信号进行处理， 并 将处理结果存储到数据存储装置；
所述 PC104 CPU板卡依据所述数据存储装置中存储的数据生成第二 PC104总线通讯信号， 并向所述 PC104总线接口模块输出； 所述 PC104总线 接口模块将所述第二 PC104总线通讯信号转换为 MCU可处理的信号， 并输 入到所述 MCU;所述 MCU对所述 PC104总线接口模块输入的数据进行处理， 得到待传输的数据； 所述 WTB协议控制器依据所述待传输的数据生成第二 HDLC数字信号， 并发送给所述 WTB编解码器； 所述 WTB编解码器将所述 第二 HDLC数字信号编码为第二曼彻斯特信号，并输出到所述 WTB驱动器； 所述 WTB驱动器将所述第二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据，并经 所述 WTB总线输出。
7、 根据权利要求 6所述的工作方法， 其特征在于， 还包括：
所述 WTB协议控制器将所述第二 HDLC数字信号输出到冗余 WTB编解 码器； 所述冗余 WTB编解码器将所述第二 HDLC数字信号编码为所述第二 曼彻斯特信号， 并输出到冗余 WTB驱动器； 所述冗余 WTB驱动器将所述第 二曼彻斯特信号转换为第二 WTB总线数据， 并经冗余 WTB总线输出；
所述冗余 WTB驱动器将经所述 WTB冗余总线输入的第三 WTB总线数 据其转换为第三曼彻斯特信号，并输出到冗余 WTB编解码器；所述冗余 WTB 编解码器将所述第三曼彻斯特信号转换为第三 HDLC数字信号， 并输出到所 述 WTB协议控制器；所述 WTB协议控制器将所述第三 HDLC数字信号解析 为 MCU可处理的数据， 并产生中断信号。
8、 根据权利要求 6或 7所述的工作方法， 其特征在于， 所述待传输的数 据包括： 过程数据、 消息数据和 /或监视数据。
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