專利名稱：車載接口設(shè)備及其數(shù)據(jù)采集處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集技術(shù)，特別涉及一種車載接口設(shè)備及其數(shù)據(jù)采集處理 方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)軌道交通設(shè)備主要依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了我國(guó)城市軌 道交通系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大。自從實(shí)施城市軌道交通設(shè)備國(guó)產(chǎn)化政策以來(lái)，中國(guó)城軌列車國(guó) 產(chǎn)化成績(jī)斐然，國(guó)產(chǎn)城軌列車不斷涌現(xiàn)，自主創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)。全國(guó)各地紛紛掀起城 市軌道交通建設(shè)高潮，國(guó)產(chǎn)軌道交通設(shè)備的市場(chǎng)需求大幅提升。而城市軌道交通信號(hào)數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)當(dāng)前還是依賴進(jìn)口，為國(guó)內(nèi)的信號(hào)設(shè)備廠商提供了難得的機(jī)遇，市場(chǎng)前景廣 闊。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)在軌道交通信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴的問(wèn)題，提 出了一種車載接口設(shè)備及其數(shù)據(jù)采集處理方法，旨在能與列車、軌旁、測(cè)速定位設(shè)備的 各種接口，獲取列車狀態(tài)信息和位置信息，為車載控制系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制提供必要的 輸入的裝置，同時(shí)接收上位機(jī)的指令信息，發(fā)送到列車線，控制列車的行車速度。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種車載接口設(shè)備，包括外部電源輸入模塊，微處理 器控制模塊，總線接口模塊，列車數(shù)字量輸入模塊，列車數(shù)字量輸出模塊，設(shè)備監(jiān)控模 塊，傳感器接口模塊，列車牽引控制模塊；總線接口模塊，列車數(shù)字量輸入模塊數(shù)據(jù)送 入總線接口模塊；微處理器控制模塊輸出指令到設(shè)備監(jiān)控模塊，設(shè)備監(jiān)控模塊控制信號(hào) 輸出切斷列車數(shù)字量輸出模塊、傳感器接口模塊的輸出；微處理器控制模塊接收傳感器 接口模塊和總線接口模塊的狀態(tài)信息，按協(xié)議格式與上位機(jī)通信，同時(shí)接收上位機(jī)發(fā)出 的控制信息，傳送到總線接口模塊和列車牽引控制模塊執(zhí)行。
所述的微處理器控制模塊采用嵌入式DSP處理器，外擴(kuò)SRAM用于數(shù)據(jù)讀寫， 外擴(kuò)兩個(gè)串口分別用于將從傳感器接口模塊采集到的查詢應(yīng)答器信息和綜合信息監(jiān)控系 統(tǒng)的狀態(tài)輸入。
所述列車牽引控制模塊數(shù)量為2塊，主用模塊和備用模塊，牽引控制模塊接收 微處理器控制模塊輸出的牽引控制電流數(shù)字量，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為牽引電流，并通過(guò)A/D 回采輸出牽引電流量。
所述列車數(shù)字量輸入模塊通過(guò)光電隔離輸入48位數(shù)字量。
所述車輛數(shù)字量輸出模塊通過(guò)光電隔離輸出48位數(shù)字量。
所述傳感器接口模塊輸入有數(shù)個(gè)采集輸入口，分別為經(jīng)光電隔離后采集接近傳 感器信號(hào)口；經(jīng)光電隔離后采集速度傳感器信號(hào)口；經(jīng)運(yùn)放隔離放大后采集加速度傳感 器信號(hào)口 ；經(jīng)RS232串口輸入查詢應(yīng)答器信息口 ；經(jīng)RS485串口與綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)交 互口；經(jīng)短接線編碼方式輸入列車車次號(hào)口。
一種車載接口設(shè)備數(shù)據(jù)采集處理方法，包括車載接口設(shè)備,所述方法包括如下具 體步驟1)判斷是否有來(lái)自上位機(jī)中斷請(qǐng)求，如果有則轉(zhuǎn)向執(zhí)行步驟6)至9)，如果沒(méi)有 則執(zhí)行步驟2)至5)；2)微處理器控制模塊讀取傳感器接口模塊的各路信號(hào)數(shù)據(jù)輸入信號(hào)和列車數(shù)字量輸 入模塊的數(shù)據(jù)；3)將采集到的數(shù)據(jù)寫入微處理器控制模塊的片外SRAM中；4)通過(guò)微處理器控制模塊進(jìn)行協(xié)議翻譯和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；5)微處理器控制模塊通過(guò)總線將采集處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)；6)微處理器控制模塊接收上位機(jī)發(fā)出的控制信息；7)將接收到的數(shù)據(jù)寫入微處理器控制模塊的片外SRAM中；8)通過(guò)微處理器控制模塊使用用戶自定義的協(xié)議，進(jìn)行協(xié)議翻譯和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；9)將解析出的列車數(shù)字量輸出數(shù)據(jù)輸出到列車數(shù)字量輸出模塊中執(zhí)行，將解析出的 列車牽引控制電流輸出到牽引控制模塊中執(zhí)行。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明車載接口設(shè)備及其數(shù)據(jù)采集處理方法，通過(guò) 與列車、軌旁、測(cè)速定位各種設(shè)備的接口，實(shí)現(xiàn)了列車狀態(tài)信息和位置信息的獲取，為 車載控制系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制提供必要的輸入輸出，同時(shí)，設(shè)備監(jiān)控模塊的故障導(dǎo)向安 全功能對(duì)裝置和列車線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障了列車行車安全，此外，外部電源輸入模塊 具備的三路冗余電源輸入，熱備方式工作的列車牽引控制模塊提高車載接口設(shè)備的可靠 性。


圖1為本發(fā)明車載接口設(shè)備結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖2為本發(fā)明車載接口設(shè)備數(shù)據(jù)采集處理流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示車載接口設(shè)備結(jié)構(gòu)示意框圖，車載接口設(shè)備，包括外部電源輸入模 塊1，微處理器控制模塊2，總線接口模塊3，列車數(shù)字量輸入模塊4，列車數(shù)字量輸出模 塊5，設(shè)備監(jiān)控模塊6，傳感器接口模塊7，列車牽引控制模塊8;總線接口模塊3，內(nèi)置 可編程器件進(jìn)行讀寫尋址，列車數(shù)字量輸入模塊4數(shù)據(jù)送入總線接口模塊3，總線接口模 塊3用于接口微處理器控制模塊2、列車數(shù)字量輸入模塊4和列車數(shù)字量輸出模塊5，完 成總線分配；微處理器控制模塊2輸出指令到設(shè)備監(jiān)控模塊6，設(shè)備監(jiān)控模塊6用于對(duì)裝 置和列車線的監(jiān)測(cè)，故障時(shí)控制切斷列車數(shù)字量輸出模塊5、傳感器接口模塊7的輸出， 停止對(duì)列車的控制，保障列車行車安全；微處理器控制模塊2，用于接收傳感器接口模 塊7和總線接口模塊3的狀態(tài)信息，按協(xié)議格式與上位機(jī)通信，同時(shí)接收上位機(jī)發(fā)出的控 制信息，傳送到總線接口模塊3和列車牽引控制模塊8執(zhí)行。
微處理器控制模塊2采用嵌入式DSP處理器，外擴(kuò)256K*16位SRAM用于程序 運(yùn)行中的數(shù)據(jù)保存，外擴(kuò)兩個(gè)串口分別用于將從傳感器接口模塊7采集到的查詢應(yīng)答器 信息和綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)輸入。
微處理器控制模塊2所采用的嵌入式DSP處理器是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的DSP 2407A 芯片(型號(hào)為 TMS320LF2407A，主頻 40MHz，片內(nèi) 32K FLASH, 544 Byte DRAM, 2.5K SRAM的高性能16位定點(diǎn)DSP，提供CAN 2.0B模塊，看門狗定時(shí)器模 塊，SPI模塊，SCI模塊，10位A/D轉(zhuǎn)換器，事件管理器包括4個(gè)通用定時(shí)器、6個(gè)比較 單元、6個(gè)捕獲單元以及4個(gè)正交編碼脈沖輸入電路)；微處理器控制模塊2外擴(kuò)256K* 16位SRAM (型號(hào)為IS61LV25616，美國(guó)ISSI公司 制造)；微處理器控制模塊2使用成都國(guó)騰微電子公司制造的型號(hào)為GM8141芯片將DSP芯 片上1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SPI接口擴(kuò)展成2個(gè)； 傳感器接口模塊7采集以下信號(hào)1)經(jīng)光電隔離后采集接近傳感器信號(hào)，其為脈沖波信號(hào)；2)經(jīng)光電隔離后采集速度傳感器信號(hào)，其為兩路相位差90°的方波信號(hào)；3)經(jīng)運(yùn)放隔離放大后采集加速度傳感器信號(hào)，其為模擬信號(hào)；4)經(jīng)1^232串口輸入查詢應(yīng)答器信息；5)經(jīng)RS485串口與綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)交互；6)經(jīng)短接線編碼方式輸入列車ID信號(hào)。
列車牽引控制模塊8數(shù)量為2塊，以熱備用方式工作，當(dāng)主用模塊發(fā)生故障時(shí)， 設(shè)備自動(dòng)切換到備用模塊，牽引控制模塊接收微處理器控制模塊輸出的牽引控制電流數(shù) 字量，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為0-24mA的電流，并通過(guò)A/D回采輸出牽引電流量。
外部電源輸入模塊1具備同時(shí)輸入三路電源，其中任何一路電源輸入正常時(shí)， 即能可靠供電，同時(shí)還完成濾波、浪涌保護(hù)、電快速瞬變脈沖群抑制、輸入極性糾錯(cuò)和 過(guò)流保護(hù)等功能。
列車數(shù)字量輸入模塊4通過(guò)光電隔離輸入48位數(shù)字量，每一位輸入均有過(guò)流、 過(guò)壓保護(hù)，具備自檢功能。
列車數(shù)字量輸出模塊5通過(guò)光電隔離輸出48位數(shù)字量，每一位輸出均有過(guò)流、 過(guò)壓保護(hù)并將輸出數(shù)字量回采給總線接口模塊。
設(shè)備監(jiān)控模塊6的隔離繼電器為列車數(shù)字量輸出模塊5的輸出繼電器提供電源， 檢測(cè)到故障時(shí)，隔離繼電器斷開(kāi)輸出繼電器的電源，切斷列車數(shù)字量輸出模塊5的輸 出，停止對(duì)列車的控制，保障列車安全。
如圖2所示本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集處理方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)1)對(duì)車載接口設(shè)備進(jìn)行自檢，判斷設(shè)備是否有故障，如果發(fā)生故障，則不再執(zhí)行以 下步驟，如果沒(méi)有則繼續(xù)執(zhí)行以下步驟；2)判斷是否有來(lái)自上位機(jī)中斷請(qǐng)求，如果有則轉(zhuǎn)向執(zhí)行步驟7)至10)，如果沒(méi)有 則執(zhí)行步驟3)至6)；3)微處理器控制模塊2讀取傳感器接口模塊7的各路信號(hào)數(shù)據(jù)輸入(速度傳感器信 號(hào)、接近傳感器信號(hào)、加速度傳感器信號(hào)、查詢應(yīng)答器信息、綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài) 和列車車次號(hào))和列車數(shù)字量輸入模塊4的數(shù)據(jù)；4)將采集到的數(shù)據(jù)寫入微處理器控制模塊2的片外SRAM中；5)通過(guò)微處理器控制模塊2進(jìn)行協(xié)議翻譯和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；6)微處理器控制模塊2通過(guò)總線將采集處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)；7)微處理器控制模塊2接收上位機(jī)發(fā)出的控制信息；8)將接收到的數(shù)據(jù)寫入微處理器控制模塊2的片外SRAM中；9)通過(guò)微處理器控制模塊2使用用戶自定義的協(xié)議，進(jìn)行協(xié)議翻譯和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；10)將解析出的列車數(shù)字量輸出數(shù)據(jù)輸出到列車數(shù)字量輸出模塊5中執(zhí)行，將解析 出的列車牽引控制電流輸出到牽引控制模塊8中執(zhí)行。
其中，步驟5)和6)中微處理器控制模塊通過(guò)IMbps帶寬的CAN總線和上位 機(jī)通信，每20ms通信一次，步驟4)根據(jù)用戶自定義的協(xié)議，解析處理數(shù)據(jù)。
程序啟動(dòng)時(shí)或第一次運(yùn)行時(shí)首先對(duì)DSP M07A和外設(shè)RAM進(jìn)行初始化，然后進(jìn) 行系統(tǒng)自檢，自檢分為以下四步1)存儲(chǔ)功能自檢寫數(shù)據(jù)到外擴(kuò)RAM，隨后讀出數(shù)據(jù)，與寫入數(shù)據(jù)比較是否一致；2)輸入自檢發(fā)送自檢信號(hào)(置為1)，硬件電路置列車數(shù)字量輸入模塊48位輸入 為高電平，回采比較輸出值是否為高電平；3)輸出自檢發(fā)送列車數(shù)字量輸出模塊的輸出狀態(tài)，回采比較與預(yù)存的輸出值是否一致；4)電源電壓自檢讀取電壓值，檢查其誤差是否在13.8V的正負(fù)10%范圍內(nèi)。
下面對(duì)本發(fā)明的原理做如下描述車載接口設(shè)備是一種數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備。該 系統(tǒng)通過(guò)采集列車、軌旁、測(cè)速定位設(shè)備的接口信息，獲取列車狀態(tài)信息和位置信息， 為車載控制系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制提供必要的輸入輸出。同時(shí)設(shè)備上電后一直處于監(jiān)控狀 態(tài)當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，切斷重要輸出，保障列車行車安全。此外，外部電源輸入模塊具備 的三路冗余電源輸入，熱備方式工作的列車牽引控制模塊提高車載接口設(shè)備的可靠性。
車控制列車的行車速通關(guān)車載接口設(shè)備的方案是采集列車線上的接近傳感器信 號(hào)、速度傳感器信號(hào)、加速度傳感器信號(hào)、查詢應(yīng)答器信息、列車綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)、 列車ID信號(hào)、列車數(shù)字量輸入信號(hào)解析成物理層，用DSP M07A進(jìn)行物理層信號(hào)接收， 發(fā)送到SRAM中進(jìn)行軟件協(xié)議處理，通過(guò)總線控制，轉(zhuǎn)換成CAN總線格式與上位機(jī)通 信，同時(shí)，接收上位機(jī)控制信息，在SRAM中進(jìn)行軟件協(xié)議處理，將解析出的列車數(shù)字 量輸出數(shù)據(jù)和列車牽引控制電流輸出。
權(quán)利要求
1.一種車載接口設(shè)備，其特征在于，包括外部電源輸入模塊，微處理器控制模塊， 總線接口模塊，列車數(shù)字量輸入模塊，列車數(shù)字量輸出模塊，設(shè)備監(jiān)控模塊，傳感器接 口模塊，列車牽引控制模塊；總線接口模塊，列車數(shù)字量輸入模塊數(shù)據(jù)送入總線接口模 塊；微處理器控制模塊輸出指令到設(shè)備監(jiān)控模塊，設(shè)備監(jiān)控模塊控制信號(hào)輸出切斷列車 數(shù)字量輸出模塊、傳感器接口模塊的輸出；微處理器控制模塊接收傳感器接口模塊和總 線接口模塊的狀態(tài)信息，按協(xié)議格式與上位機(jī)通信，同時(shí)接收上位機(jī)發(fā)出的控制信息， 傳送到總線接口模塊和列車牽引控制模塊執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載接口設(shè)備，其特征在于，所述的微處理器控制模塊采用嵌 入式DSP處理器，外擴(kuò)SRAM用于數(shù)據(jù)讀寫，外擴(kuò)兩個(gè)串口分別用于將從傳感器接口模 塊采集到的查詢應(yīng)答器信息和綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載接口設(shè)備，其特征在于，所述列車牽引控制模塊數(shù)量為 2塊，主用模塊和備用模塊，牽引控制模塊接收微處理器控制模塊輸出的牽引控制電流數(shù) 字量，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為牽引電流，并通過(guò)A/D回采輸出牽引電流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載接口設(shè)備，其特征在于，所述列車數(shù)字量輸入模塊通過(guò)光 電隔離輸入48位數(shù)字量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載接口設(shè)備，其特征在于，所述車輛數(shù)字量輸出模塊通過(guò)光 電隔離輸出48位數(shù)字量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載接口設(shè)備，其特征在于，所述傳感器接口模塊輸入有數(shù)個(gè) 采集輸入口，分別為經(jīng)光電隔離后采集接近傳感器信號(hào)口；經(jīng)光電隔離后采集速度傳感 器信號(hào)口 ；經(jīng)運(yùn)放隔離放大后采集加速度傳感器信號(hào)口 ；經(jīng)RS232串口輸入查詢應(yīng)答器 信息口 ；經(jīng)RS485串口與綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)交互口 ；經(jīng)短接線編碼方式輸入列車車次號(hào)
7.—種車載接口設(shè)備數(shù)據(jù)采集處理方法，包括車載接口設(shè)備，其特征在于，所述方法 包括如下具體步驟1)判斷是否有來(lái)自上位機(jī)中斷請(qǐng)求，如果有則轉(zhuǎn)向執(zhí)行步驟6)至9)，如果沒(méi)有 則執(zhí)行步驟2)至5)；2)微處理器控制模塊讀取傳感器接口模塊的各路信號(hào)數(shù)據(jù)輸入信號(hào)和列車數(shù)字量輸 入模塊的數(shù)據(jù)；3)將采集到的數(shù)據(jù)寫入微處理器控制模塊的片外SRAM中；4)通過(guò)微處理器控制模塊進(jìn)行協(xié)議翻譯和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；5)微處理器控制模塊通過(guò)總線將采集處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)；6)微處理器控制模塊接收上位機(jī)發(fā)出的控制信息；7)將接收到的數(shù)據(jù)寫入微處理器控制模塊的片外SRAM中；8)通過(guò)微處理器控制模塊使用用戶自定義的協(xié)議，進(jìn)行協(xié)議翻譯和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；9)將解析出的列車數(shù)字量輸出數(shù)據(jù)輸出到列車數(shù)字量輸出模塊中執(zhí)行，將解析出的 列車牽引控制電流輸出到牽引控制模塊中執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車載接口設(shè)備及其數(shù)據(jù)采集處理方法，微處理器控制模塊輸出指令到設(shè)備監(jiān)控模塊，設(shè)備監(jiān)控模塊控制信號(hào)輸出切斷列車數(shù)字量輸出模塊、傳感器接口模塊的輸出；微處理器控制模塊接收傳感器接口模塊和總線接口模塊的狀態(tài)信息，按協(xié)議格式與上位機(jī)通信，同時(shí)接收上位機(jī)發(fā)出的控制信息，傳送到總線接口模塊和列車牽引控制模塊執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)了列車狀態(tài)信息和位置信息的獲取，為車載控制系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制提供必要的輸入輸出，同時(shí)，設(shè)備監(jiān)控模塊的故障導(dǎo)向安全功能對(duì)裝置和列車線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障了列車行車安全，此外，外部電源輸入模塊具備的三路冗余電源輸入，熱備方式工作的列車牽引控制模塊提高車載接口設(shè)備的可靠性。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102023621SQ20101025840
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者張健, 王志東, 王志駿, 馬妍 申請(qǐng)人:上海自動(dòng)化儀表股份有限公司