專利名稱：Pci接口型canopen網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用。
背景技術(shù)：
CAN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線是一種可用于鐵路領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于它的可靠性、 靈活性而被世界上越來越多的國家所采用。
CAN網(wǎng)絡(luò)只定義了物理層和鏈路層，目前應(yīng)用廣泛的CANOPEN標(biāo)準(zhǔn)定義 了 CAN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議，但由于CANOPEN網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)性很強(qiáng)，而且目前的 測試手段和測試儀器還很少，尤其是適合于現(xiàn)場使用的便攜式CANOPEN分析 設(shè)備更是一片空白。
研究設(shè)計(jì)一種新型的PCI接口型CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀及其控制方法， 使其適用于鐵路領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一CAN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線的數(shù)據(jù)分析設(shè)備、適用于 具有CAN總線網(wǎng)絡(luò)的機(jī)車中是非常必要的。 發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本實(shí)用新型的目的是研究設(shè)計(jì)一種新 型的PCI接口型CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，從而解決鐵路機(jī)車使用的CAN總 線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析設(shè)備的一片空白的落后現(xiàn)狀。本發(fā)明所述的PCI接口型 CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，包括主控制器模塊、CAN信號采集模塊、PCI總 線接口模塊以及供電單元。所述的CAN信號采集模塊通過CANH和CANL引 腳與CAN總線相連。所述的主控制器模塊通過內(nèi)部集成的CAN2.0B控制器的 CANRXO和CANTXO引腳與CAN信號采集模塊的TXD、 RXD引腳相連，所 述的PCI總線接口模塊的數(shù)據(jù)線51—58、地址線33 — 39和42—50及RD、 WR、 SYS_EX引腳與主控制器模塊的PA0-PA10和PB0-PB15相連，AD0-AD31、 CBE0-CBE3及時(shí)鐘、復(fù)位等信號與PCI總線的對應(yīng)接口相連。所述的供電單元 將+5V電壓送入CAN信號采集模塊和PCI總線接口模塊，將+3.3V和+2.5V電 壓送入到主控制器模塊，供電單元的參考地輸出GND則與CAN信號采集模塊、 PCI總線接口模塊及主控制器模塊的所有GND引腳相連。CAN信號經(jīng)CAN信號采集模塊轉(zhuǎn)換為串行輸入輸出信號后送入主控制器模塊，數(shù)據(jù)在主控制器模 塊內(nèi)進(jìn)行解析、處理、存儲，最后以并口數(shù)據(jù)的形式發(fā)送給PCI總線接口模塊，
再由PCI總線接口模塊轉(zhuǎn)換為32位高速PCI總線信號，送入PCI總線。本發(fā) 明所述的主控制器模塊是由AT91SAM7A3構(gòu)成，CAN信號釆集模塊是由 PCA82C250構(gòu)成，PCI總線接U模塊是由CH365構(gòu)成，供電單元電路包括電 源轉(zhuǎn)換芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔離芯片BO505T。
所述PCI接口型CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀的控制方法，其控制過程包括 系統(tǒng)初始化和CAN郵箱初始化的歩驟，還包括下述歩驟
A、 CANOPEN PDO參數(shù)配置；
B、 對主控制器模塊是否接收到CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并在下述歩驟中進(jìn)行 選擇
C、 未接收到CAN信號，返回初始化；
D、 接收到CAN信號，則對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；
E、 向PCI總線接口模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，并返冋系 統(tǒng)初始化。 本實(shí)用新型的目的是提供一種基于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的CANOPEN接U機(jī)車用
能耗記錄儀及其控制方法，整個(gè)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。
硬件的作用主要是為各模塊提供物理連接，負(fù)責(zé)CAN信號的采集，讀取 CAN總線相關(guān)數(shù)據(jù)，并為PCI總線提供傳輸數(shù)據(jù)的接口 ，同時(shí)還要負(fù)責(zé)工作電 源的提供等。
軟件的作用主要是對控制模塊初始化，配置各種相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)現(xiàn)場應(yīng) 用要求，在主控芯片中處理接收到的數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)的發(fā)送。
CAN,全稱為"Controller Area Network",即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用 最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN可提供高達(dá)IMbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí) 控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能 力。
CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率， 高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km 時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN總線具有很高的 實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。
CAN通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系
統(tǒng)互連模型(OSI) —致,定義了模型的最下面兩層物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。
CANopen的核心概念是設(shè)備對象字典(OD: Object Dictionary),在其它現(xiàn) 場總線(Profibus， Interbus-S)系統(tǒng)中也使用這種設(shè)備描述形式。對象字典(OD: Object Dictionary)是一個(gè)有序的對象組；每個(gè)對象采用一個(gè)16位的索引值來尋 址，是在CANopen中實(shí)現(xiàn)的。
本實(shí)用新型中所述的PCI接口型CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，正是基于 CAN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線而使用的。這種數(shù)據(jù)分析儀針對以上提出的問題，可對 CANOPEN數(shù)據(jù)進(jìn)行分析記錄，只要將設(shè)備接入CAN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)中就可完成數(shù)據(jù) 分析工作，安裝方便，操作簡單，使用可靠，是在列車控制網(wǎng)絡(luò)化的大環(huán)境下 應(yīng)運(yùn)而生的新產(chǎn)品。
由于CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是國際上許多大公司采用的工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用范 圍愈加廣泛，PCI技術(shù)也比較通用，而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的分析又是對列車調(diào)試、維護(hù)、 檢修中的一項(xiàng)重要的工作，因此基于CAN網(wǎng)絡(luò)的PCI接口型CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)分析儀既順應(yīng)發(fā)展趨勢又具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

本實(shí)用新型共有七幅附圖，其中
圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖2是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖3是本實(shí)用新型的主控制芯片AT91SAM7A3電路圖； 圖4是本實(shí)用新型的CAN收發(fā)器PCA82C250電路圖； 圖5是本實(shí)用新型的CH365接口芯片的連接電路圖； 圖6是本實(shí)用新型供電單元部分電路圖； 圖7是本實(shí)用新型的程序框圖。
圖中1、 CAN信號采集模塊2、主控制器模塊3、 PCI總線接口模塊 4、供電單元。
具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的具體實(shí)施例如附圖所示，附圖1所示為PCI接口型CANOPEN
5網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀結(jié)構(gòu)框圖，包括CAN信號采集模塊1、主控制器模塊2、 PCI 總線接口模塊3和供電單元4。附圖2所示為木發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖，所述的PCI 接口型CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀通過CAN信號采集模塊1接收CAN網(wǎng)絡(luò)的 數(shù)據(jù)，與CAN網(wǎng)絡(luò)接口側(cè)通過CANH、 CANL直接接收差分信號，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換 后通過TXD、 RXD與主控制器模塊2內(nèi)的CAN控制器相連，由此建立起CAN 信號采集的通道；主控制器模塊2通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線與PCI總線接 口模塊3相連，對于控制線可通過軟件來選擇主控制器模塊2的相應(yīng)管腳功能； PCI總線接口模塊3通過內(nèi)置有上拉電阻的8位雙向數(shù)據(jù)信號線D0-D7和16位 地址信號線A15-A0與主控制器模塊2進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過讀、寫選通使能和中 斷請求信號控制數(shù)據(jù)的傳輸；PCI總線接口模塊3將由主控制器模塊2傳來的8 位主動(dòng)并行接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為32位高速PCI總線數(shù)據(jù)，通過PCI_AD31-PCI—ADO 傳輸?shù)絇CI總線。二者之間還通過復(fù)位、時(shí)鐘、中斷、設(shè)備選擇等信號線相連。
由丁主控制器模塊2內(nèi)部的CAN控制器只是個(gè)協(xié)議控制器，不能提供物理 層驅(qū)動(dòng)，所以在使用時(shí)還需外加CAN總線收發(fā)器，CAN信號采集模塊1就在系 統(tǒng)中完成了這個(gè)功能，它可提高總線的差動(dòng)發(fā)送和接收能力。它與IS011898標(biāo) 準(zhǔn)完全兼容，有三種不同的工作方式，即高速、斜率控制和待機(jī)，可根據(jù)實(shí)際 情況選擇。使用中通過有差動(dòng)發(fā)送和接收功能的兩個(gè)總線終端CANH和CANL 連接到總線電纜。輸入Rs用于模式控制參考電壓。輸出VREF的輸出電壓是額 定VCC的0.5倍，其中收發(fā)器的額定電源電壓是5V。協(xié)議控制器輸出一個(gè)串行 的發(fā)送數(shù)據(jù)流到收發(fā)器的TxD引腳。內(nèi)部的上拉功能將TxD輸入設(shè)置成邏輯高 電平，也就是說總線輸出驅(qū)動(dòng)器默認(rèn)是被動(dòng)。的在隱性狀態(tài)中，CANH和CANL 輸入通過典型內(nèi)部阻抗是17k的接收器輸入網(wǎng)絡(luò)，偏置到2.5V的額定電壓，另 外，如果TxD是邏輯低電平，總線的輸出級將被激活，在總線電纜上產(chǎn)生一個(gè) 顯性的信號電平。輸出驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)源輸出級和一個(gè)下拉輸出級組成。CANH連 接到源輸出級，CANL連接到下拉輸出級。在顯性狀態(tài)中，CAN—H的額定電 壓是3.5V ， CAN—L是1.5V。
由AT91SAM7A3構(gòu)成的主控制器模塊2是整個(gè)設(shè)備的核心部分，完成了數(shù) 據(jù)分析的功能控制。AT91SAM7A3是32位ARM7系列微控制器中的一員，集 成有CAN控制器。片上有256K字節(jié)高速Flash和32K字節(jié)SRAM和全套外圍設(shè)備，包括兩個(gè)2.0BCAN控制器，以及一整套使外圍設(shè)備組件數(shù)量最少的功能 單元。該微處理器中的片內(nèi)Flash存儲器可以有JTAG-ICE接口系統(tǒng)內(nèi)編程。內(nèi) 置鎖定位可以保護(hù)固件，防止其被誤覆蓋。AT91SAM7A3的片內(nèi)Flash模塊共 1024頁，每頁256字節(jié)。 一共65536個(gè)32位字。Flash模塊包括個(gè)256字節(jié) 的寫緩存，可通過32位的接U訪問。當(dāng)Flash不使用時(shí)(讀或?qū)懺L問)，其將自 動(dòng)進(jìn)入待命模式。內(nèi)部的CAN控制器具有如下特點(diǎn)
*完全兼容CAN2.0B動(dòng)態(tài)控制器
*位傳輸速率為1Mbit/s
具有16個(gè)面向?qū)ο蟮泥]箱，對每個(gè)消息來說CAN2.0A和2.0B可編程； 可配置對象為接收或發(fā)送；在發(fā)送或接收消息時(shí)使用16位時(shí)間標(biāo)簽； 可對多個(gè)郵箱對象的接收緩存長度進(jìn)行編程。 PCI總線接口模塊3的芯片CH365是一個(gè)連接PCI總線的通用接口芯片， 支持I/O端口映射、存儲器映射、擴(kuò)展ROM以及中斷。CH365將32位高速PCI 總線轉(zhuǎn)換為簡便易用的類似于ISA總線的8位主動(dòng)并行接口，用于制作低成本 的基于PCI總線的計(jì)算機(jī)板卡，以及將原先基于ISA總線的板卡升級到PCI總 線上。PCI總線與其他主流總線相比，速度更快，實(shí)時(shí)性更好，可控性更佳，所 以CH365適用于高速實(shí)時(shí)的I/0控制卡、通信接口卡、數(shù)據(jù)采集卡、電子盤、 擴(kuò)展ROM [;等。
系統(tǒng)的供電單元4部分包括幾種電源芯片及保護(hù)電路，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的供 電。產(chǎn)生的電壓等級包括隔離的+5V電壓、+3.3￥電壓和+2.5丫電壓。 附圖3—6為單元電路圖。 附圖7是本實(shí)用新型的軟件程序框圖。
權(quán)利要求1、一種PCI接口型CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，其特征在于包括主控制器模塊(2)、CAN網(wǎng)絡(luò)信號采集模塊(1)、PCI總線接口模塊(3)以及供電單元(4)；所述的CAN網(wǎng)絡(luò)信號采集模塊(1)通過CANH和CANL引腳與CAN總線相連；所述的主控制器模塊(2)通過內(nèi)部集成的CAN2.0B控制器的CANRX0和CANTX0引腳與CAN網(wǎng)絡(luò)信號采集模塊(1)的TXD、RXD引腳相連，所述的PCI總線接口模塊(3)的數(shù)據(jù)線51-58、地址線33-39和42-50及RD、WR、SYS_EX引腳與主控制器模塊(2)的PA0-PA10和PB0-PB15相連，AD0-AD31、CBE0-CBE3及時(shí)鐘、復(fù)位等信號與PCI總線的對應(yīng)接口相連；所述的供電單元(4)將+5V電壓送入CAN網(wǎng)絡(luò)信號采集模塊(1)和PCI總線接口模塊(3)，將+3.3V和+2.5V電壓送入到主控制器模塊(2)，供電單元(4)的參考地輸出GND則與CAN信號采集模塊(1)、PCI總線接口模塊(3)及主控制器模塊(2)的所有GND引腳相連；CAN信號經(jīng)CAN網(wǎng)絡(luò)信號采集模塊(1)轉(zhuǎn)換為串行輸入輸出信號后送入主控制器模塊(2)，數(shù)據(jù)在主控制器模塊(2)內(nèi)進(jìn)行解析、處理、存儲，最后以并口數(shù)據(jù)的形式發(fā)送給PCI總線接口模塊(3)，再由PCI總線接口模塊(3)轉(zhuǎn)換為32位高速PCI總線信號，送入PCI總線。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCI接口型CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，其特征 在于所述的主控制器模塊(2)是由AT91SAM7A3構(gòu)成，CAN網(wǎng)絡(luò)信號采集模 塊(1)是由PCA82C250構(gòu)成，PCI總線接口模塊(3)是由CH365構(gòu)成，供 電單元(4)電路包括電源轉(zhuǎn)換芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔離芯片 BO505T。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的PCI接口型CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀。包括主控制器模塊、CAN網(wǎng)絡(luò)信號采集模塊、PCI總線接口模塊以及供電單元。CAN網(wǎng)絡(luò)信號由CAN網(wǎng)絡(luò)信號采集模塊接收，經(jīng)主控制器模塊分析處理，將解析后的數(shù)據(jù)發(fā)送給PCI總線接口模塊，再經(jīng)PCI總線接口模塊發(fā)送到PCI總線。
文檔編號G05B23/02GK201341148SQ20092001028
公開日2009年11月4日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者田雅華, 董笑辰, 馬晨普 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心