專利名稱：基于can網絡控制的機車輔助控制單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機車輔助控制單元，具體涉及一種基于CAN網絡控制的機車輔助控制單元。
背景技術：
機車輔助控制單元是機車輔助控制系統(tǒng)的核心部分，主要用于為機車的輔助電機，風機，壓縮機等輔助系統(tǒng)的設備供電，同時將外圍傳感器測量得到的輔助變流柜的電壓、電流、溫度、風量等傳感器信號，通過機車網絡傳遞到機車司機顯示屏中，方便機車司乘人員及時對各種情況進行處理。
目前，機車采用的輔助控制單元與機車主控部分的通訊大多跟隨國外技術采用 MVB總線控制技術。多功能車輛MVB主要實現(xiàn)同一車輛內各功能控制單元之間的數(shù)據通信。 MVB只有其中的物理層和鏈路層。MVB是一種主從方式的串行通訊總線，通信方式只能以主站輪詢的方式進行，系統(tǒng)的實時性、可靠性較差。發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題采用多主方式的串行通訊總線替代主從方式的串行通訊總線，克服系統(tǒng)的實時性、可靠性較差的不足，滿足現(xiàn)代化機車的工作要求。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種基于CAN網絡控制的機車輔助控制單元，其特征在于包括CAN通訊接口，CAN寄存器，F(xiàn)PGA控制芯片和DSP主控芯片組成；其中CAN通訊接口和CAN寄存器部分主要是處理輸入輸出模塊輸入的網絡數(shù)據，進行數(shù)據轉換和存儲；FPGA芯片用于將CAN寄存器接收到的信息進行處理和轉換，對幾個控制芯片進行驅動，保證芯片的工作，之后將處理過的CAN網絡信息輸送給DSP控制芯片來進行控制動作的處理；DSP主控芯片通過CAN總線實現(xiàn)控制整個輔助控制單元的啟動，停止，應急模式，對接觸器的動作的邏輯，同時向主控單元發(fā)送采集到的模擬量和數(shù)字量的值，反饋實際的接觸器動作信號，和主控單元需要的輔助控制模塊的基本工作信息，檢測故障信息， 進行相應的封鎖/啟動脈沖的動作，保護輔助控制模塊和外圍控制電路。
所述DSP主控芯片采用數(shù)字信號處理芯片。
所述CAN通訊接口采用intel的82527CAN控制芯片D2。
所述CAN通訊接口的控制芯片D2的MODE選擇端通過上拉電阻Rl，選擇了芯片的工作在模式3下；端口 ALE通過電阻R2與+5V工作電源相接；XTAL端口連接20MHz的晶閘管Yl用來控制芯片的時鐘頻率，通過R8的0歐電阻來選通時鐘信號；地址總線上的8位地址數(shù)據CAN_bus和地址控制信號CAN_bus_ENn，DIRn,通過16-bit雙電源轉換收發(fā)器Dl， 將信號送入D2的A/D、P1數(shù)據接收處理端口 ；芯片的控制信號CAN_ctrl通過16-bit雙電源轉換收發(fā)器Dl的轉換來給出D2的控制和驅動信號，其中通過R6接到+5V電源上；P2的一系列端口將系統(tǒng)錯誤信號和反饋信息通過I2C總線送到FPGA控制芯片(3)中進行處理； 通過RlO和Rll將5V的電壓分壓送入RXO ；控制芯片D2的RXl信號接收端連接到D4的B端，D4通過端口 Q接電阻R4后到三極管Q1，Q1的發(fā)射極接地，集電極接發(fā)光二極管DSl的負極，發(fā)光二極管DSl的正極通過R9接+3. 3V的電源，是用來監(jiān)控CAN的接收信號是否正常，如正常，發(fā)光二極管點亮；D4的C端和R端通過電容Cl連接之后經過R13接到+5V電源上；RXl通過R12連接到+5V電源，之后連接到光電耦合器D6的7腳的VO端，進過D6的隔離，2腳ANODE連接到隔離+5V電源，3腳CATHODE經過R15連接到D3上；同樣控制芯片D2 的TXl信號接收端連接到D4的B端，D4通過端口 Q接電阻R3后到三極管Q2，Q2的發(fā)射極接地，集電極接發(fā)光二極管DS2的負極，發(fā)光二極管DS2的正極通過R14接+3. 3V的電源， 是用來監(jiān)控CAN的發(fā)送信號是否正常，如正常，發(fā)光二極管點亮；D4的C端和R端通過電容 C2連接之后經過R5接到+5V電源上；TXl通過R7到光電耦合器D5的3腳CATHODE，D5的 2腳ANODE連接到+5V電源，之后經過光電耦合器D5的隔離，7腳的VO端通過R16連接到隔離+5V電源和CAN轉接芯片D7 ；CAN控制芯片的信號通過D7的轉換再經過電感Ll送到 CAN通訊的外部DB9接頭的2和7針腳中，2針為接收端，7針為發(fā)送端。
所述Dl 為 74HCM5，D7 為 82C251。
本發(fā)明通過采用多主方式的串行通訊替代主從方式的串行通訊總線，克服系統(tǒng)的實時性、可靠性較差的不足，滿足現(xiàn)代化機車的工作要求。


圖1為機車輔助控制單元的電路框圖。
圖2的機車輔助控制單元優(yōu)選方案的電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，基于CAN網絡控制的機車輔助控制單元，包括CAN通訊接口 1，CAN寄存器2，F(xiàn)PGA控制芯片3和DSP主控芯片4組成；其中CAN通訊接口 1和CAN寄存器2部分主要是處理輸入輸出模塊(RIOM)輸入的網絡數(shù)據，進行數(shù)據轉換和存儲；FPGA控制芯片 3用于將CAN寄存器2中的數(shù)據，進行簡單的處理，利用程序將CAN通訊數(shù)據變換為DSP主控芯片4可以識別的形式，控制邏輯電路，將數(shù)據發(fā)送給DSP主控芯片4進行控制處理；DSP 主控芯片4通過CAN總線實現(xiàn)控制整個輔助控制單元的啟動，停止，應急模式，對接觸器的動作的邏輯，同時向主控單元MPU發(fā)送采集到的模擬量和數(shù)字量的值，反饋實際的接觸器動作信號，和主控單元(MPU)需要的輔助控制模塊ACU的基本工作信息，檢測故障信息，進行相應的封鎖/啟動脈沖的動作，保護輔助控制模塊ACU和外圍控制電路5。
所述DSP主控芯片4采用數(shù)字信號處理芯片。
所述CAN通訊接口 1采用intel的82527CAN控制芯片D2。
如圖2所示，CAN的通訊接口控制芯片D2的MODE選擇端通過上拉電阻Rl，選擇了芯片的工作在模式3下；端口 ALE通過電阻R2與+5V工作電源相接；XTAL端口連接16MHz 的晶閘管Yl用來控制芯片的時鐘頻率，通過R8的0歐電阻來選通時鐘信號；地址總線上的8位地址數(shù)據CAN_bus和地址控制信號CAN_bus_ENn，DIfoi，通過16-bit雙電源轉換收發(fā)器D1，型號74HCM5，將信號送入D2的A/D、P1數(shù)據接收處理端口 ；芯片的控制信號CAN_ ctrl通過16-bit雙電源轉換收發(fā)器D1，型號74HCM5，轉換來給出D2的控制和驅動信號， 其中通過R6接到+5V電源上；P2的一系列端口將系統(tǒng)錯誤信號和反饋信息通過I2C總線送到FPGA中進行處理；通過RlO和Rll將5V的電壓分壓送入RXO ；控制芯片D2的RXl信號接收端連接到D4的B端，D4通過端口 Q接電阻R4后到三極管Ql，Ql的發(fā)射極接地，集電極接發(fā)光二極管DSl的負極，發(fā)光二極管DSl的正極通過R9接+3. 3V的電源，是用來監(jiān)控CAN的接收信號是否正常，如正常，發(fā)光二極管點亮；D4的C端和R端通過電容Cl連接之后經過R13接到+5V電源上；RXl通過R12連接到+5V電源，之后連接到光電耦合器D6的7 腳的VO端，進過D6的隔離，2腳ANODE連接到隔離+5V電源，3腳CATHODE經過R15連接到 D3上；同樣控制芯片D2的TXl信號接收端連接到D4的B端，D4通過端口 Q接電阻R3后到三極管Q2，Q2的發(fā)射極接地，集電極接發(fā)光二極管DS2的負極，發(fā)光二極管DS2的正極通過 R14接+3. 3V的電源，是用來監(jiān)控CAN的發(fā)送信號是否正常，如正常，發(fā)光二極管點亮；D4的 C端和R端通過電容C2連接之后經過R5接到+5V電源上；TXl通過R7到光電耦合器D5的 3腳CATH0DE，D5的2腳ANODE連接到+5V電源，之后經過光電耦合器D5的隔離，7腳的VO 端通過R16連接到隔離+5V電源和CAN轉接芯片D7。型號為82C251 ；CAN控制芯片的信號通過D7的轉換再經過電感Ll送到CAN通訊的外部DB9接頭的2和7針腳中，2針為接收端，7針為發(fā)送端。
ACU為輔助控制單元，是機車上將中間直流電壓轉換為三相380V交流電，用來對各種輔助設備進行供電的控制裝置，包括油泵，水泵，牽引風機，照明，空調等用電設備。
A⑶的各種工作狀態(tài)和啟停控制都是通過主控制單元MPU發(fā)出控制指令，經過輸入輸出模塊RIOM送入A⑶中，而這幾個模塊間的通訊就是通過CAN網絡來完成的，A⑶中的控制命令的輸入輸出都是通過CAN通訊電路和控制電路來進行解析和發(fā)出接受控制命令的。
整個CAN網絡由CAN的通訊接口，CAN寄存器和外圍控制電路，F(xiàn)PGA控制芯片和 DSP主控芯片所組成。
CAN接口和寄存器部分主要是處理輸入輸出的CAN網絡數(shù)據，進行數(shù)據轉換和存儲。
FPGA芯片用于將CAN寄存器接收到的信息進行處理和轉換，對幾個控制芯片進行驅動，保證芯片的工作，之后將處理過的CAN網絡信息輸送給DSP控制芯片來進行控制動作的處理FPGA控制芯片用于將CAN寄存器中的數(shù)據，進行簡單的處理，利用程序將CAN通訊數(shù)據變換為DSP可以識別的形式，控制邏輯電路，將數(shù)據發(fā)送給DSP進行控制處理。
在DSP芯片中編程，通過CAN總線實現(xiàn)控制整個輔助控制單元的啟動，停止，應急模式，對接觸器的動作的邏輯，同時向主控單元發(fā)送采集到的模擬量和數(shù)字量的值，反饋實際的接觸器動作信號，和主控單元需要的輔助控制模塊的基本工作信息，檢測故障信息，進行相應的封鎖/啟動脈沖的動作，保護ACU和變流柜及外圍設備。
采用CAN2. 0接口，采用intel的82527CAN控制芯片D2，采用FPGA來控制CAN通訊。
CAN控制芯片有四種工作方式，通過對modeO和model的針腳采用上拉電阻，選擇了工作在模式3。
控制器的時鐘是20MHz的晶振或是FPGA控制，是通過電阻來選擇。
FPGA的控制信號如CLOCK，Ε, Rffn, . CSn, INT, RESETn等需要通過的D3進行電平轉換，同時8位地址總線上的數(shù)據也通過Dl來進行通訊。Dl也是通過FPGA控制。
D5和D6是用來隔離CAN總線的通訊信號和電路板上其他控制信號的。5V的電源轉化器用來為隔離部分的CAN總線供電。
采用D7作為CAN控制器和外部物理總線的數(shù)據轉接口。
CAN通信的輸入輸出狀態(tài)可以通過LED燈來判斷，LED燈通過D4來與輸入輸出信號連接。
權利要求
1.基于CAN網絡控制的機車輔助控制單元，其特征在于包括CAN通訊接口(1)，CAN寄存器(2)，F(xiàn)PGA控制芯片(3)和DSP主控芯片⑷組成；其中CAN通訊接口(1)和CAN寄存器(2)部分主要是處理輸入輸出模塊(RIOM)輸入的網絡數(shù)據，進行數(shù)據轉換和存儲；FPGA控制芯片(3)用于將CAN寄存器⑵中的數(shù)據，進行簡單的處理，利用程序將CAN 通訊數(shù)據轉化為DSP主控芯片(4)可以識別的形式，控制邏輯電路，將數(shù)據發(fā)送給DSP主控芯片(4)進行控制處理；DSP主控芯片(4)通過CAN總線的數(shù)據命令實現(xiàn)控制整個輔助控制單元的啟動，停止， 應急模式，對接觸器的動作的邏輯，同時向主控單元(MPU)發(fā)送采集到的模擬量和數(shù)字量， 反饋實際的接觸器動作信號，和主控單元(MPU)需要的輔助控制模塊(ACU)的基本工作信息，檢測故障信息，進行相應的封鎖/啟動脈沖的動作，保護輔助控制模塊(ACU)和外圍控制電路(5)。
2.根據權利要求1所述的基于CAN網絡控制的機車輔助控制單元，其特征在于所述 DSP主控芯片(4)采用數(shù)字信號處理芯片。
3.根據權利要求1所述的基于CAN網絡控制的機車輔助控制單元，其特征在于所述 CAN通訊接口(1)采用intel的82527CAN控制芯片D2。
4.根據權利要求3所述的基于CAN網絡控制的機車輔助控制單元，其特征在于所述 CAN通訊接口(1)的控制芯片D2的MODE選擇端通過上拉電阻R1，選擇了芯片的工作在模式 3下；端口 ALE通過電阻R2與+5V工作電源相接；XTAL端口連接20MHz的晶閘管Yl用來控制芯片的時鐘頻率，通過R8電阻來選通時鐘信號；地址總線上的8位地址數(shù)據CAN_bus和地址控制信號CAN_buS_ENn，DIfoi，通過16-bit雙電源轉換收發(fā)器Dl，將信號送入D2的A/ D、Pl數(shù)據接收處理端口 ；芯片的控制信號CAN_ctrl通過16-bit雙電源轉換收發(fā)器Dl的轉換來給出D2的控制和驅動信號，其中通過R6接到+5V電源上；P2的一系列端口將系統(tǒng)錯誤信號和反饋信息通過I2C總線送到FPGA控制芯片⑶中進行處理；通過RlO和Rll將 5V的電壓分壓送入RXO ；控制芯片D2的RXl信號接收端連接到D4的B端，D4通過端口 Q 接電阻R4后到三極管Ql，Ql的發(fā)射極接地，集電極接發(fā)光二極管DSl的負極，發(fā)光二極管 DSl的正極通過R9接+3. 3V的電源，是用來監(jiān)控CAN的接收信號是否正常，如正常，發(fā)光二極管點亮；D4的C端和R端通過電容Cl連接之后經過R13接到+5V電源上；RXl通過R12 連接到+5V電源，之后連接到光電耦合器D6的7腳的VO端，進過D6的隔離，2腳ANODE連接到隔離+5V電源，3腳CATHODE經過R15連接到D3上；同樣控制芯片D2的TXl信號接收端連接到D4的B端，D4通過端口 Q接電阻R3后到三極管Q2，Q2的發(fā)射極接地，集電極接發(fā)光二極管DS2的負極，發(fā)光二極管DS2的正極通過R14接+3. 3V的電源，是用來監(jiān)控CAN 的發(fā)送信號是否正常，如正常，發(fā)光二極管點亮；D4的C端和R端通過電容C2連接之后經過R5接到+5V電源上；TXl通過R7到光電耦合器D5的3腳CATHODE，D5的2腳ANODE連接到+5V電源，之后經過光電耦合器D5的隔離，7腳的VO端通過R16連接到隔離+5V電源和CAN轉接芯片D7 ；CAN控制芯片的信號通過D7的轉換再經過電感Ll送到CAN通訊的外部DB9接頭的2和7針腳中，2針為接收端，7針為發(fā)送端。
5.根據權利要求3所述的基于CAN網絡控制的機車輔助控制單元，其特征在于所述Dl 為 74HC245, D7 為 82C251。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于CAN網絡控制的機車輔助控制單元，包括CAN通訊接口，CAN寄存器，F(xiàn)PGA控制芯片和DSP主控芯片組成；其中CAN通訊接口和CAN寄存器部分主要是處理輸入輸出模塊輸入的網絡數(shù)據，進行數(shù)據轉換和存儲；FPGA芯片用于將CAN寄存器接收到的信息進行處理和轉換，對幾個控制芯片進行驅動，保證芯片的工作；DSP主控芯片通過CAN總線實現(xiàn)控制整個輔助控制單元的啟動，停止，應急模式，保護輔助控制模塊和外圍控制電路。本發(fā)明通過采用多主方式的串行通訊總線替代主從方式的串行通訊總線，克服系統(tǒng)的實時性、可靠性較差的不足，滿足現(xiàn)代化機車的工作要求。
文檔編號G05B19/418GK102495613SQ201110438829
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者叢巍, 李 東, 閆春輝 申請人:中國北車集團大連機車研究所有限公司