一种内燃机车信号采集控制装置的制作方法

1.本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种内燃机车信号采集控制装置。


背景技术：

2.内燃机车通用总线是一种速度较慢的i/o总线，机车的主控单元借此通过背板以读取和写入数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块，内燃机车在出现故障时往往没有有效的车上排查手段，即只能通过故障现象进行排故，无论活故障与死故障都很难精准进行定位。现有的模块测试设备只能够在地面进行测试灵活性不强，对于在机车上特殊工况下才能复现出的故障，没有办法在车上对其进行测试，同时内燃机车的数字量输入输出模块与模拟量输入输出模块在进行检测时无法有针对性地对某一通道进行循环失效模式测试，而整机测试效率低且耗时长。


技术实现要素：

3.本发明提供一种内燃机车信号采集控制装置，以克服现有的模块测试设备只能够在地面进行测试灵活性不强等技术问题。
4.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种内燃机车信号采集控制装置，其特征在于，包括：数据处理模块和数据采集模块；
5.所述数据处理模块通过rs232串口接受上位机的读写指令，将上位机的读写指令经过自定义通信协议获得机车总线控制指令，并将机车总线控制指令输出到所述数据采集模块；
6.所述数据采集模块利用对外接口将机车总线控制指令传输至机车总线；
7.所述数据处理模块设置opto
‑
22接口，用于与微机网控机箱背板相连；
8.所述数据采集模块设置opto
‑
22接口槽和225
‑
pin连接器，用于与数据处理模块和机箱内主控单元连接。
9.进一步的，所述自定义通信协议为：每条控制指令长度设为6个字节，其中第0字节为首码固定为0x01，第1字节为板选对应5个板位，其中0x00代表数字量输入输出模块1，0x01代表数字量输入输出模块2，0x02代表数字量输入输出模块3，0x03代表数字量输入输出模块4，0x04代表模拟量输入输出模块，第2字节代表功能码对应4种功能状态，其中0x0a代表da输出,0x0b代表do输出,0x0c代表ad读取,0x0d代表di读取，第3字节为通道号范围，具体为0～44，第4字节为异或值，第5字节为结束码固定为0x02。
10.进一步的，所述数据处理模块通过总线驱动芯片获取上位机的机车总线控制指令。
11.进一步的，所述数据处理模块总线包含16位地址总线接口、16位数据总线接口、读写接口、频闪接口、复位接口、5位中断接口和8位板选接口，所述数据处理模块中的数据总线使用端口0和端口1，地址总线使用端口2和端口3，读写、复位、频闪及中断使用端口4，板选使用端口5。
12.进一步的，所述数据处理模块的ad行放置一个数据读地址或数据写地址，bs行放置机箱模块位置选择信号以访问插槽位置。
13.进一步的，所述数据处理模块包含中央处理单元、可编程逻辑单元、复杂可编程逻辑单元和通信单元，所述中央处理模块用于模拟量信号ad转换和数字量信号按位读取以获得对应采集通道所采集到的数据，所述可编程逻辑单元用处理中央处理模块发出的总线逻辑控制信号，所述复杂可编程逻辑单元用于对可编程逻辑单元进行时钟、完成信号、状态和启动信号的配置，所述通信单元输入端用于与上位机进行通信。
14.进一步的，所述数据处理模块还包括存储单元，所述存储单元用于存储模拟量信号ad转换后数字量信号按位读取后的数据。
15.进一步的，所述数据采集模块为ddr2 sdram芯片。
16.进一步的，所述中央处理单元为mpc8377e芯片。
17.进一步的，所述总线驱动芯片为74hc245芯片。
18.有益效果：本发明数据处理模块模拟总线发出的控制命令经由opto
‑
22接口到数据采集模块，经过数据采集模块的驱动电路输出到225
‑
pin对外接口向总线发出，同时总线上传输的数字量与模拟量也可经由数据采集模块读取，经过信号处理到数据处理模块运算后传至上位机，因此可插接在机箱内主控单元的槽位，同时机箱主控单元能够继续插接该模块的数据采集模块，这样在不影响机车主控单元正常工作的情况下读取总线数据，因此可在机车故障时刻通过实时地对总线进行监测，数据处理模块将实时采集到的数据，通过串口上传到上位机，可通过上位机观察数据是否出现异常即可判断定位故障，从而能够精准地找出哪一相关通道出现数据异常，从而能够准确定位故障点；上位机发送读写指令后，数据处理模块按照总线操作读取和写入时序发出控制逻辑信号，经过数据采集模块将信号转换并发送到总线，因此本装置可模拟总线逻辑读取总线上的数据，并可在无需机车主控单元的情况下对机车数字量输入输出模块与模拟量输入输出模块进行读取和控制。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明系统硬件连接框图；
21.图2为本发明系统总框图；
22.图3为本发明数据处理模块硬件原理框图；
23.图4为本发明ddr2 sdram原理框图；
24.图5为本发明nor flash原理框图；
25.图6为本发明总线驱动电路原理框图；
26.图7为本发明总线数据读取操作时序图；
27.图8为本发明总线数据写入操作时序图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本实施例提供了一种内燃机车信号采集控制装置，如图1
‑
8，包括：数据处理模块和数据采集模块；
30.所述数据处理模块通过rs232串口接受上位机的读写指令，将上位机的读写指令经过自定义通信协议获得机车总线控制指令，并将机车总线控制指令输出到所述数据采集模块；具体的，数据处理模块内部中央处理单元按照事先编辑好的控制逻辑对指令按照自定义通信协议进行解析，协议内容包括判断为读指令还是写指令、确定端口号、接收和发送的数据；所述自定义通信协议为：每条控制指令长度设为6个字节，其中第0字节为首码固定为0x01，第1字节为板选对应5个板位，其中0x00代表数字量输入输出模块1，0x01代表数字量输入输出模块2，0x02代表数字量输入输出模块3，0x03代表数字量输入输出模块4，0x04代表模拟量输入输出模块，第2字节代表功能码对应4种功能状态，其中0x0a代表da输出,0x0b代表do输出,0x0c代表ad读取,0x0d代表di读取，第3字节为通道号范围，具体为0～44，第4字节为异或值，第5字节为结束码固定为0x02。
31.所述数据采集模块利用对外接口将机车总线控制指令传输至机车总线；
32.所述数据处理模块设置opto
‑
22接口，用于与微机网控机箱背板相连；
33.所述数据采集模块设置opto
‑
22接口槽和225
‑
pin连接器，用于与数据处理模块和机箱内主控单元连接。
34.数据处理模块是一个带有48位ttl数字量i/o的模块，可通过数据处理模块控制其每个接口输入或输出，其按照内燃机车通用总线电气接口规范绘制，它的48位被分为6组8位i/o接口,可以通过编程配置每个端口为输入或输出。采用飞思卡尔公司的mpc8377e处理器为核心处理器，通过存储器扩展存储单元、通信接口来实现整个板卡的硬件功能。数据处理模块采用串口与上位机进行通信，传输采集到的数据及发送控制指令并进行调试和下载程序。fpga部分核心功能为实现总线控制功能。复杂可编程逻辑单元(cpld)用于复位配置字、各个芯片的复位信号输出和可编程逻辑单元(fpga)配置。
35.采用ddr2 sdram作为系统的数据存储介质，ddrc控制器设置为64bit带ecc模式，其原理实现的连接方式如图4所示。
36.采用nor flash作为boot设备，位宽为16bit，设计中采用兼容模式，能够支持16/32/64m bytes的nor flash器件，最终定型根据实际使用和成本考虑采用的flash容量，nor flash的原理图如图5所示。
37.数据采集模块根据内燃机车通用总线接口定义进行配置，采用总线驱动芯片74hc245对数据处理模块和总线上传输的信号之间的转换。数据处理模块将实时采集到的数据，通过串口上传到上位机，可通过上位机观察数据是否出现异常即可判断定位故障。
38.在具体实施例中，所述数据采集模块根据内燃机车通用总线接口定义进行配置，采用总线驱动芯片74hc245对数据处理模块和总线上传输的信号之间的转换。
39.在具体实施例中，所述数据处理模块总线包含16位地址总线接口、16位数据总线
接口、读写接口、频闪接口、复位接口、5位中断接口和8位板选接口，所述数据处理模块中的数据总线使用端口0和端口1，地址总线使用端口2和端口3，读写、复位、频闪及中断使用端口4，板选使用端口5。其io分配表见表1。
[0040][0041][0042]
表1
[0043]
在具体实施例中，所述数据处理模块的ad行上放置一个数据读地址或数据写地址，并启用机箱模块位置选择信号择bs行以访问插槽位置。
[0044]
在具体实施例中，所述数据处理模块包含中央处理单元、可编程逻辑单元、复杂可编程逻辑单元、通信单元和存储单元，所述数据处理模块包含中央处理单元、可编程逻辑单元、复杂可编程逻辑单元和通信单元，所述中央处理模块用于模拟量信号ad转换和数字量信号按位读取，所述可编程逻辑单元用处理中央处理模块发出的总线逻辑控制信号，所述复杂可编程逻辑单元用于对可编程逻辑单元进行时钟、完成信号、状态和启动信号的配置，所述通信单元输入端用于与上位机进行通信，所述存储单元用于存储模拟量信号ad转换后数字量信号按位读取后的数据。其中中央处理单元为mpc8377e芯片。
[0045]
在具体实施例中，所述数据采集模块为ddr2 sdram芯片。
[0046]
在具体应用中，如图7和图8所示，信号采集控制装置应在ad行(0:15)上放置一个地址，并启用一个板选择行bs(0:8)以访问插槽位置。r/w信号将变高，指示读取操作，而strobe(stb信号)将变低，允许数据放置在总线上，并通过信号采集控制装置锁定。信号采集控制装置应在ad行(0:15)上放置一个地址，并启用一个板选择行bs(0:8)以访问插槽位置。如图8所示，本装置对应r/w信号将变低，指示写入操作，选通(stb信号)将变低，允许信号采集控制装置将数据写入i/o模块。
[0047]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。