CN111404799A - 一种基于can通信、lan通信切断的列车故障定位系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN通信、LAN通信的列车故障定位系统，包括车载计算机和与其通信的控制面板，车载计算机通过superIO控制模块分别控制CAN通信链路和LAN通信链路，CAN通信链路和LAN通信链路互为冗余；CAN通信链路为车载计算机通过FPGA模块与SJA1000模块连接，SJA1000模块与CAN数字量开关芯片连接，CAN数字量开关芯片通过RS485与车载设备端连接；LAN通信链路为车载计算机通过intel82574与LAN8720A模块连接，LAN8720A模块与LAN数字量开关芯片连接，LAN数字量开关芯片通过RS232与车载设备端连接。其优点在于，解决车载故障定位领域的CAN通信和LAN通信的切断控制问题。与当前单一通信协议故障定位技术相比，本方法可以兼容多种通信协议，并可在CAN通信和LAN通信链路之间进行自由切换。

Description

一种基于CAN通信、LAN通信切断的列车故障定位系统和方法

技术领域

本发明涉及一种通信线路切换方法，尤其涉及一种基于CAN通信、LAN通信切断的列车故障定位系统。

背景技术

列车故障定位方法作为一种依托于通信网络研发的故障定位方法，其发展历程与通信网络的发展相辅相成，而且长期滞后。国外方面，70年代末至80年代初，瑞士基于车载计算机串行总线通信网络研发出世界首款车载通讯网络控制系统-MICAS系统、德国开发出SIBAS系统。这些系统虽然有其特色，但自成体系。缺乏统一的通信协议标准，互不兼容。而且没有基于通信网络的故障定位功能。西南交通大学开展了基于信息融合的转向架故障定位方法研究。相关研究成果被成功应用于CRH5动车组列车及其之后的相关型号。但是，此方法只是针对单一通信网络的故障定位方法。目前相关故障定位装置均是针对单一通信网络，尚无一款针对多通信网络的故障定位装置。因此，设计开发一种CAN通信和LAN通信的线路切换方法尤为必要。

发明内容

基于上述问题，本发明提出一种车载故障定位领域的CAN通信和LAN通信的切断控制技术。与当前单一通信协议故障定位技术相比，本方法可以兼容多种通信协议，并可在CAN通信和LAN通信链路之间进行自由切换。其技术方案为，

一种基于CAN通信、LAN通信的列车故障定位系统，包括车载计算机和与其通信的控制面板，所述车载计算机通过superIO控制模块分别控制CAN通信链路和LAN通信链路，所述CAN通信链路和LAN通信链路互为冗余；所述CAN通信链路为车载计算机通过FPGA模块与SJA1000模块连接，SJA1000模块与CAN数字量开关芯片连接，CAN数字量开关芯片通过RS485与车载设备端连接；所述LAN通信链路为车载计算机通过intel82574与LAN8720A模块连接，LAN8720A模块与LAN数字量开关芯片连接，LAN数字量开关芯片通过RS232与车载设备端连接。

进一步的，所述控制面板包括功能区、设备状态监控区和设备控制区，所述设备控制区包括油泵控制、空调控制、工作模式、阀门控制、发电机控制、换气控制、油泵控制、语音控制和信道选择；所述油泵控制、空调控制、阀门控制、发电机控制、换气控制、油泵控制、语音控制均可以进行信道选择。

进一步的，所述设备状态监控区数据按安全等级进行不同颜色进行显示；其中黄色代表低限、蓝色代表偏低、绿色代表正常、橙色偏高、红色代表高限。

一种基于CAN通信、LAN通信的列车故障定位方法，包括以下操作步骤：

S1.用户根据需求在控制面板上选择工作模式，工作模式为手动模式或自动模式；选择自动模式，系统根据设置默认接通某一信道；也可以手动模式选择信道；

S2.控制面板向车载计算机发送查询指令，车载计算机根据S1中选择的模式接通CAN通信链路或LAN通信链路，进行信息查询；如果执行命令的CAN通信链路出现故障，车载计算机向控制面板反馈故障，并自行接LAN通信链路，通过RS232与车载设备端连接；如果执行命令的LAN通信链路出现故障，车载计算机向控制面板反馈故障，并自行接CAN通信链路，通过RS485与车载设备端连接；控制面板上设有报警装置，实现故障报警；

S3.根据S1中选择的信道，SJA1000模块通过FPGA模块将采集的数据反馈至车载计算机或LAN8720A模块通过intel82574将采集的数据反馈至车载计算机；

S4.车载计算机将数据反馈至控制面板，控制面板向用户展示相关数据，完成一次指令操作。

有益效果

CAN通信和LAN通信都是高铁列车通信的重要组成部分。在通信链路逻辑上，两种通信方式是可以互为冗余，相互补充的。特别是在故障定位方面，通信切断技术是快速定位并判定故障方式的一种有效方法。

附图说明

图1为本系统原理图；

图2为本发明CAN通信切断原理图；

图3为本发明LAN通信切断原理图；

图4为通信切换单元；

图5控制面板显示页面图；

图6为工作流程图；

具体实施方式

下面结合附图1-6，对本发明的具体实现方式进行详细描述：

一种基于CAN通信、LAN通信的列车故障定位系统，包括车载计算机和与其通信的控制面板、以及外围连接模块；所述车载计算机通过SuperIO(IT8768)控制模块分别控制CAN通信链路和LAN通信链路，所述CAN通信链路和LAN通信链路互为冗余；所述CAN通信链路为车载计算机通过FPGA模块与SJA1000模块连接，SJA1000模块与CAN数字量开关芯片连接，CAN数字量开关芯片通过RS485与车载设备端连接；所述LAN通信链路为车载计算机通过intel82574与LAN8720A模块连接，LAN8720A模块与LAN数字量开关芯片连接，LAN数字量开关芯片通过RS232与车载设备端连接。其中，外围连接模块包括：RS485模块、RS232模块、LAN口通信模块、指示灯模块等。

在CAN通信通路中，FPGA自带CAN通信模块，可将车载计算机控制信息以CAN通信协议传输至各设备端，或将外围反馈信号处理后传输。外围通信系统所发送信息由RS485通信口经由Pericom数字量开关芯片、SJA1000 CAN通信控制芯片发送至FPGA芯片，从而完成一次CAN通信的传输。所述CAN通信切断模块，是本通信线路切换模块的核心功能之一。当Pericom数字量开关芯片的控制引脚有高电平输入时，可控制芯片常开开关闭合。SuperIO(IT8768)可以产生控制信号，作用于CAN通信的Pericom数字量开关芯片控制引脚，进而实现CAN通信链路的接通与断开。

intel 82574为LAN通信协议处理器，可将车载计算机控制信息下发至各设备端。或外围通信系统所发送信息由RS232通信口经由Pericom数字量开关芯片、LAN8720A LAN通信控制芯片发送至Inter82574芯片。从而完成CAN通信的传输。所述LAN通信切断模块，是本通信线路切换模块的另一核心功能。同样由Super IO(IT8768)产生控制信号，但是相关引脚被连接于控制LAN通信的Pericom数字量开关芯片，进而实现LAN通信链路的接通与断开。

所述Super IO(IT8768)控制模块，是本通信控制切换模块的主控单元。该模块主要用来接收CPU产生的控制信号。芯片可根据控制信号的类别从而作用于不同的Pericom数字量开关芯片，进而执行CAN通信或LAN通信的接通和断开。

控制面板可通过后台处理软件，将总线传输的信号进行处理后，以图像或开关信号的形式显示于上位机触摸屏幕。通过车厢号选择，控制面板可实时显示每节车厢的状态和控制信息。同时，对于车厢产生的报警信息进行弹窗显示。对于实时变化的数据可通过颜色区分显示。其中黄色代表低限、蓝色代表偏低、绿色代表正常、橙色偏高、红色代表高限。针对系统标记为红色的数据量进行弹窗提示，以便操作管理人员及时处理。系统数据被记录于车载数据库，可通过报表、图形等形式对历史数据进行查询。

在具体应用过程中，所述CAN通信方式可通过RS485通信线公头接于车载控制设备通信总成模块RS485母头端。RS485通信线另一母头端接于本设备RS485公头端。如此连接完成后，打开设备，选择CAN通信模式即可进行CAN通信。其中，另外两个RS485口为备用通信口，可在本通信口出现故障时，更换使用。

LAN通信方式可通过RS232通信线母头端连接于本设备RS232通信公头端口，另一端RS232通信线公头端连接于车载控制设备RS232母头端。如此连接完成后，打开设备，选择LAN通信模式即可进行LAN通信。其中，另外一个RS232口为备用通信口，可在本通信口出现故障时，更换使用。

所述通信控制可通过网线一端连接于本设备COM6端口，另一端连接于车载计算机通信设备网口。即可完成相关控制量和数据量的通信控制连接。

人机交互通信可通过网线，一端连接于本设备COM7端口，另一端连接于触摸屏电脑网口。即可完成人机交互数据线路的连接。

在具体应用过程中，所述控制指示灯可通过FPGA编程实现。相关指示灯的亮灭状态指示着相关通信的状态。图4中，通信切换单元上设有螺纹安装孔1、RS485通信COM1物理端口2、RS485通信COM2物理端口3、RS485通信故障指示灯4、通信故障指示灯5、通信正常指示灯6、RS232通信COM3物理端口7、RS485通信正常指示灯8、RS232通信正常指示灯9、RS232通信故障指示灯10、COM6通信正常指示灯11、COM6通信故障指示灯12、COM7通信正常指示灯13、系统复位按钮14、COM7通信故障指示灯15、COM7通信端口16、COM5通信端口17、COM6通信端口18、电源开关19、电源指示灯20、COM4通信端口21。其中，当通信故障指示灯亮起时，本设备会发出报警信号，提示列车员进行通信检查。及时排除故障，确保列车运行安全。当系统电源被接通时，电源指示灯亮起。

当RS485通信处于故障状态即CAN通信发生故障时，RS485通信故障指示灯4为常亮的状态，显示为红色，相应的RS485通信正常指示灯8为熄灭的状态。此状态即显示有故障产生，需要及时处理，并产生报警信号，通知操作员及时处理。此时，系统可自动切换至RS232端口通信，即LAN通信被接通。

通信故障指示灯5，当有通信故障发生时，该灯为常亮，并且显示为红色，此时通信正常指示灯6为灭的状态。此状态显示有通信故障产生，需要及时排查通信故障。通信正常指示灯6为通信正常指示灯。当所有通信均正常时，该灯为常亮，并且显示为绿色，通信故障指示灯5为灭的状态。此状态显示各个通信设备运转正常，无需任何操作。

当RS485通信正常时，RS485通信正常指示灯8为常亮，显示为绿色。相应的RS485通信故障指示灯4为熄灭状态。此状态显示RS485通信正常，无需任何处理。

当RS232通信正常时，RS232通信正常指示灯9为常亮，显示为绿色。相应的RS232通信故障指示灯10为熄灭状态。此状态显示RS232通信正常，无需任何处理。RS232通信故障指示灯10。当RS232通信发生故障时，其为常亮，显示为红色。相应的RS232通信正常指示灯9为熄灭状态。此状态显示RS232通信发生故障，需要及时排查通信故障。

当COM6端口通信正常时，其为常亮，显示为绿色。相应的COM6通信故障指示灯12为熄灭状态。此状态显示COM6端口正在进行正常通信，无需任何处理。当COM6端口通信故障时，COM6通信故障指示灯12为常亮，显示为红色。相应的COM6通信正常指示灯11为熄灭状态。此状态显示COM6端口通信发生故障，需要操作人员及时进行处理。

当COM7端口通信正常时，COM7通信正常指示灯13为常亮，显示为绿色。相应的COM7端口通信故障指示灯15为熄灭状态。此状态显示COM7端口正在进行正常通信，无需任何处理。当COM7端口通信发生故障时，COM7端口通信故障指示灯15为常亮，显示为红色。相应的COM7通信正常指示灯13为熄灭状态。此状态显示COM7端口通信发生故障，需要操作人员及时处理。

在具体应用过程中，所述控制面板通过网口与本通信设备连接。其主要功能分为两个方面。一个方面是：实现监控功能。用以显示车辆的参数、报警信息、控制状态等；另一个方面是：实现控制功能，用以对车辆进行相关控制操作。所述监控参数包括：当前信道、当前车厢、通信状态、当前温度、当前载重、刹车状态、液压状态、冷却板温度、厕所状态等。所述控制参数包括：模式选择、信道选择、油泵控制、阀门控制、空调控制、语音控制等。触摸屏电脑网口通过网线与本通信切换系统COM7端口连接。部分车载串行总线数据通过COM6端口传输至触摸屏电脑端。COM7端口通过网线与车载计算机连接，用以传输历史数据及相关报警和控制信息等。触摸屏可嵌入列车操控台，并通过螺栓固定。

一种基于CAN通信、LAN通信的列车故障定位方法，包括以下操作步骤：

S1.用户根据需求在控制面板上选择工作模式，工作模式为手动模式或自动模式；选择自动模式，系统根据设置默认接通某一信道；也可以手动模式选择信道；

S2.控制面板向车载计算机发送查询指令，车载计算机根据S1中选择的模式接通CAN通信链路或LAN通信链路，进行信息查询；如果执行命令的CAN通信链路出现故障，车载计算机向控制面板反馈故障，并自行接LAN通信链路，通过RS232与车载设备端连接；如果执行命令的LAN通信链路出现故障，车载计算机向控制面板反馈故障，并自行接CAN通信链路，通过RS485与车载设备端连接；控制面板上设有报警装置，实现故障报警；

控制面板中的设备状态监控区，数据按安全等级进行不同颜色进行显示；其中黄色代表低限、蓝色代表偏低、绿色代表正常、橙色偏高、红色代表高限。

S3.根据S1中选择的信道，SJA1000模块通过FPGA模块将采集的数据反馈至车载计算机或LAN8720A模块通过intel82574将采集的数据反馈至车载计算机；

S4.车载计算机将数据反馈至控制面板，控制面板向用户展示相关数据，完成一次指令操作。

控制面板中设置菜单涉及一种参数修正方法可对校准参数进行动态修正，消除数据传输、系统刷新周期滞后造成的影响。将采集到的数据与动态数据库中数据范围值进行对比，进而将超阈值参数进行显示。

控制面板中设备数据查询按查询参数进行数据库检索；其中检索数据以报表或曲线图形的形式进行显示。

控制面板中车长权限按车长等级划分为低级、中级、高级；其中低级权限仅可打开设备状态监控区；中级权限可以打开设备状态监控区和设备控制区；高级权限可以打开设备状态监控区、设备控制区和系统设置。

当然，上述说明并非对本技术的限制，本技术也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本技术的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于CAN通信、LAN通信的列车故障定位系统，其特征在于，包括车载计算机和与其通信的控制面板，所述车载计算机通过superIO控制模块分别控制CAN通信链路和LAN通信链路，所述CAN通信链路和LAN通信链路互为冗余；所述CAN通信链路为车载计算机通过FPGA模块与SJA1000模块连接，SJA1000模块与CAN数字量开关芯片连接，CAN数字量开关芯片通过RS485与车载设备端连接；所述LAN通信链路为车载计算机通过intel82574与LAN8720A模块连接，LAN8720A模块与LAN数字量开关芯片连接，LAN数字量开关芯片通过RS232与车载设备端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN通信、LAN通信的列车故障定位系统，其特征在于，所述控制面板包括功能区、设备状态监控区和设备控制区，所述设备控制区包括油泵控制、空调控制、工作模式、阀门控制、发电机控制、换气控制、油泵控制、语音控制和信道选择；所述油泵控制、空调控制、阀门控制、发电机控制、换气控制、油泵控制、语音控制均可以进行信道选择。

3.根据权利要求2所述的一种基于CAN通信、LAN通信的列车故障定位系统，其特征在于，所述设备状态监控区数据按安全等级进行不同颜色进行显示；其中黄色代表低限、蓝色代表偏低、绿色代表正常、橙色偏高、红色代表高限。

4.一种基于CAN通信、LAN通信的列车故障定位方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

S1.用户根据需求在控制面板上选择工作模式，工作模式为手动模式或自动模式；选择自动模式，系统根据设置默认接通某一信道；也可以手动模式选择信道；

S2.控制面板向车载计算机发送查询指令，车载计算机根据S1中选择的模式接通CAN通信链路或LAN通信链路，进行信息查询；如果执行命令的CAN通信链路出现故障，车载计算机向控制面板反馈故障，并自行接LAN通信链路，通过RS232与车载设备端连接；如果执行命令的LAN通信链路出现故障，车载计算机向控制面板反馈故障，并自行接CAN通信链路，通过RS485与车载设备端连接；控制面板上设有报警装置，实现故障报警；

S3.根据S1中选择的信道，SJA1000模块通过FPGA模块将采集的数据反馈至车载计算机或LAN8720A模块通过intel82574将采集的数据反馈至车载计算机；

S4.车载计算机将数据反馈至控制面板，控制面板向用户展示相关数据，完成一次指令操作。

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