CN201203800Y - 基于can总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控*** - Google Patents

基于can总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控*** Download PDF

Info

Publication number
CN201203800Y
CN201203800Y CNU200820080446XU CN200820080446U CN201203800Y CN 201203800 Y CN201203800 Y CN 201203800Y CN U200820080446X U CNU200820080446X U CN U200820080446XU CN 200820080446 U CN200820080446 U CN 200820080446U CN 201203800 Y CN201203800 Y CN 201203800Y
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
links
bus
chip microcomputer
vehicle battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNU200820080446XU
Other languages
English (en)
Inventor
孙树文
杨建武
李屹
郑刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CNU200820080446XU priority Critical patent/CN201203800Y/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN201203800Y publication Critical patent/CN201203800Y/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Debugging And Monitoring (AREA)

Abstract

本实用新型是一种基于CAN总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***，属于车辆控制技术与工业现场监控技术领域。本***包括监控计算机、PC－CAN适配卡、CAN总线及CAN智能节点。CAN智能节点包括有操作台节点、若干个驱动节点和若干个控制节点。操作台节点、驱动节点和控制节点的一端依次通过CAN总线网络、PC－CAN适配卡与监控计算机相连，操作台节点的另一端连接有驾驶操作台和车载电池组。每个驱动节点的另一端都连接有一个驱动电机和一个车载电池组。每个控制节点的另一端都连接有一个控制设备和车载电池组。本实用新型具有控制精度高、实时性好、抗干扰能力强、性价比高、可扩展性好等特点。

Description

基于CAN总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***
技术领域
本实用新型涉及一种基于CAN总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***，适用于车载电源轨道车的多电机分布式驱动控制与运行状态的实时监测，属于车辆控制技术与工业现场监控技术领域。
背景技术
现有的城市轨道交通运输工具包括轻轨、地铁及少量的有轨电车。这些轨道车辆都采用集中驱动控制的形式，如图1所示，整个***采用统一电源供电；由一台电动机集中驱动；车内的其它设备分别用不同的控制器进行控制；监控计算机接收控制器的信息，对车内设备状态进行监控。电动轨道车采用集中驱动控制存在其自身的局限性：1)驱动轨道车辆的电动机或发动机的容量较大，费用较高；2)采用高架电网或第三轨供电的形式，轨道建造成本较高，而且整个路段要求封闭式管理，不适合中小城市和大城市中的繁华商业区建设使用；3)驱动控制与车辆的其它设备控制分离，无法实现整车的统一监控和管理。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对目前电动轨道车辆集中驱动存在的上述问题，提供了一种基于CAN总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***。该***将原有的集中驱动改为分布式驱动，供电***采用车载电源；驱动控制与设备控制采用同一CAN总线网络。该***能够降低车辆控制***接线的复杂性，能够实现模块化开发，具有控制结构清晰，升级与维护方便的特点。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。包括有监控计算机、PC-CAN适配卡、CAN总线及CAN智能节点。所述的CAN智能节点包括有操作台节点、若干个驱动节点和若干个控制节点；其中：操作台节点、驱动节点和控制节点的一端依次通过CAN总线网络、PC-CAN适配卡与监控计算机相连，操作台节点的另一端与驾驶操作台和车载电池组相连，驾驶操作台也与该车载电池组连接；每个驱动节点的另一端都连接有一个驱动电机和一个车载电池组，驱动电机也与该车载电池组相连；每个控制节点的另一端都连接有一个控制设备和车载电池组，控制设备也与该车载电池组相连。
所述的驱动节点包括有单片机、CAN通信模块、参数设置模块、信号采集模块和电机控制模块；其中：
参数设置模块与单片机相连；
参数设置模块与单片机相连；
电机控制模块包括有电机控制器，电机控制器的输入端与单片机相连，输出端与驱动电机相连；
信号采集模块的输入端与车载电池中的传感器相连，输出端与单片机相连，将采集到的车载电池的温度、电压、电流信号传送给单片机；
CAN通信模块包括有光耦隔离和CAN收发器，CAN收发器的一端通过光耦隔离与单片机相连，另一端与CAN总线相连，接收监控计算机的驱动指令用于控制驱动电机，并将采集到的车载电池信号传送的监控计算机。
所述的控制节点包括有单片机、CAN通信模块、参数设置模块、信号采集模块和设备控制模块；其中：
参数设置模块与单片机相连；
设备控制模块包括有控制器和现场设备，现场设备通过控制器与单片机相连；
信号采集模块的输入端与现场设备和车载电池中的传感器相连，输出端与单片机相连，将采集到的车载电池的温度、电压、电流信号传送给单片机；
CAN通信模块包括有光耦隔离和CAN收发器，CAN收发器的一端通过光耦隔离与单片机相连，另一端与CAN总线相连，接收监控计算机的控制指令，并将采集到的现场设备和车载电池信号传送的监控计算机。
所述的单片机采用P87C591微型控制器，CAN收发器采用PCA82C250。
与现有的驱动和监控***相比，本实用新型具有以下优点：
1)轨道车采用分布式驱动和车载电源，整个路段不必要求封闭式管理，降低了轨道建造成本，适合中小城市和大城市中的繁华商业区建设使用。
2)使统一的现场总线网络，实现了轨道车辆整车的分布式驱动控制和集中监管功能，使设备功能实现更明确，设备对外连线更简洁，***扩展与集成更容易。
3)实现了软件平台的通用化、软件协议的标准化、硬件结构的模块化，从而保证了***的可移植性和扩展性，为监控***的设计提供了一种新的设计思路。
附图说明
图1现有轨道车辆驱动和控制***总体结构示意图
图2基于CAN总线的轨道车分布式驱动监控***结构示意图
图3驱动节点结构框图
图4控制节点结构框图
图5CAN节点控制程序设计流程图
图6接收程序动态链接库(Receive.dll)设计流程图
图7计算机监控软件构成图
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
本实施例包括四个部分：监控计算机、PC-CAN适配卡、CAN总线网络以及CAN智能节点。CAN智能节点中的驱动节点可以对驱动电机实现转速和转向控制，并可以检测驱动单元的工作电压、电流和温度；设备控制节点接收监控计算机的指令控制相应的车载设备，如照明设备、通风设备、广播设备等；监控计算机通过CAN适配卡与现场控制节点构成CAN总线网络，实现轨道车驱动电机的分布式控制、车辆运行状态智能化监测、保护和管理功能。
本实施例的总体结构如图2所示，CAN智能节点是整个监控***的核心部分，通过它把分布在车辆上的各种设备连接成统一的***。每个智能节点使用统一的硬件平台，由内置CAN控制器的单片机P87C5891，CAN收发器82C250和***电路(如：信号调理、光耦隔离、I2C、拨码开关等)组成。每个节点都可以根据所选择的连接设备来选择不同的工作方式。监控计算机可以选用普通计算机(PC)或工控机(IPC)。PC-CAN适配卡用来完成CAN总线和监控计算机之间的协议转换，可以选用PCI总线适配卡(本例中选用为研华公司的PCI-1680适配卡)、ISA总线适配卡或RS232串行通信适配器。各个控制节点之间通过屏蔽双绞线互联构成CAN总线网络，总线两端连接120Ω的阻抗匹配电阻，用来提高***的稳定性和抗干扰能力。
智能节点硬件电路设计上采用了模块化结构，由单片机(CPU)、CAN通信模块、信号采集模块、设备控制模块、参数设置模块组成，驱动节点的整体结构如图3所示。
为了简化设计，提高***的可靠性和性价比，智能节点选用的是Philips公司的带有在片CAN控制器的P87C591微型控制器。采用自带CAN总线控制器的微处理器，不占用处理器的端口资源，大大简化了接口电路的设计，减少了程序的复杂程度，提高了***的稳定性。现场智能节点各个组成模块的功能与所选择微处理器相对应的资源如下：
(1)CAN通信模块：CAN总线通信接口电路主要由P87C591的片内CAN驱动器SJA1000、6N137高速光隔、CAN收发器PCA82C250组成。P87C591完成CAN协议的应用层功能；SJA1000完全兼容CAN2.0协议，完成物理层和数据链路层的功能；PCA82C250提供了对总线差动发送和接受数据的功能，有效地提高了总线的抗干扰能力，实现了保护总线、降低射频干扰等功能。为了进一步提高了***的可靠性，在P87C591和PCA82C250之间光耦(如：6N137等)隔离电路，并且采取了双电源，有效地抑制由总线引入的干扰。
(2)信号采集模块：P87C591自带的6路模拟输入的10位ADC，可设置为8位快速ADC，可以基本满足本***对采集的精度要求，完成对电机、电池状态的测量任务；采集电路将各个传感器采集到电信号进行调理后，接入微处理器的ADC接口。为抑制共模干扰，放大器基本采用差动输入。CPU得到信息做出相应的判断，并送至不同的子程序进行相应的处理，如：把电池的电压、电流、温度信息通过通信程序发送给监控计算机；若电池电压过低，则自动切断本节点的驱动电机，并把节点的停机信息通知监控计算机。
(3)设备控制模块：CPU接收到控制台发来的控制指令信息，并做出相应的处理。不同的设备接口电路略有不同。如：电机驱动节点是接通驱动电机的主接触器、正反转接触器，通过I2C总线把速度信号传给数字电位计，用来控制电机驱动器的输出电流，进而控制电机转速。若电池的电压、电流、温度的任一项值超出正常值范围时，或接到总线的报警信息，电机控制模块都会做出相应的反应，使驱动单元得到保护。
(4)参数设置模块：报警电压、报警电流、报警温度、波特率等信息通过RS232接口及相应的设置软件存储于基于X25045的E2PROM中，实现节点工作参数现场设定能。节点地址通过拨码开关设置。
驱动节点的硬件部分除了以上介绍的以外，还有电源电路以及看门狗电路。电源电路提供所需隔离电源，用于提高节点的稳定性和安全性；看门狗电路主要是保证***运行的稳定性，在上电、掉电以及警戒情况下复位输出。
现场设备的控制与数据采集是通过智能节点完成的，与硬件设计相一致，智能节点的软件设计也遵循模块化的设计原则，使控制软件具有易读、易扩展和易维护的优点。通过C51语言编写相应的软件模块实现智能节点的各种功能。软件的各功能模块之间通过入口和出口参数相互联系，组合灵活且方便，减少了调试时间，缩短了开发周期。智能节点的软件设计流程如图4所示。
CAN适配卡PCI-1680虽然提供了可供VB、VC编程语言的驱动函数，但没有提供直接被Labview调用的驱动程序。利用VC开发出供Labview调用的动态链接库文件，以驱动CAN卡PCI-1680，从而实现了监控计算机与CAN总线之间的数据传输，然后通过CAN总线连接上位监控计算机和下位CAN智能节点，实现了Labview对来自现场CAN智能节点的数据的接收与处理并以此为基础建立了基于虚拟仪器与CAN总线的分布式车载电源轨道监控***。
下面以数据接收程序的封装为例，介绍一下动态链接库文件Receive.dll的编写步骤，具体程序流程图6所示，其中CAN事件使能、CAN读文件初始化、CAN读文件均为所调用的PCI-1680原始函数，当程序收到完整的报文后，标志位自动置1。需要注意的是在数据传输过程中，当所传输的8位数据字节data0-data7中有一个值为0时，其后面的数值都无法显示，这是由于VC与Labview对字符串表示方式的不同所造成的，为了解决这个问题，每一个数据用字符串里的两个位来表示，一个用于存储原始数据，也就是流程图中的数据字符串。一位做为标识位，以此来判断该数据位是否为0。另外，在CanBus2.0A中规定ID为11位，但是字符串中的每一个字符仅有8位，因此应该将ID分为两个字符来存储，分别传输，在Labview中又将其还原。最后程序以字符串的形式返回所接收到的报文并将字符串存储到字符串变量中。
最后，当程序完成生成dll文件的时候，往往会出现这样的问题，程序源文件编译成功但是在进行链接的时候会出现这样一个错误，errorLNK2001:unresolved external symbol_CanReadFile，这是因为canbus2.0.h里面仅有对函数的声名，而所创建的工程并不知道CanReadFile函数的具体代码在哪里，所以导致了链接错误，要解决这个问题，需要导入库文件，先将库文件拷入当前文件夹里，然后添加到工程里就可以了。
计算机监控软件主要分为用户应用层、数据分析处理层、虚拟设备驱动程序层及硬件设备驱动层四个部分，其***流程如图7所示。用户应用层和用户需求紧密相关，它主要完成的任务是为用户提供各类虚拟仪器的信息监控界面，进行人机交互，也就是通常所说的人机界面(HMI)设计，通过它来显示收集到的实测数据和状态信息，提供驾驶员与控制***的交互平台；数据分析处理层完成总线数据的接收、分类、判断、处理、发送、存取操作等任务；硬件设备驱动层通过PC-CAN接口卡建立监控计算与CAN总线的连接，并与CAN智能节点进行数据交换。虚拟设备驱动是由NI公司的LabVIEW所提供的虚拟仪器软件结构体系VISA(Virtual Instrument SoftwareArchitecture)完成的，通过动态链接库DLL(Dynamic Link Library)对PC-CAN接口卡的通信函数进行封装，供Labview调用。
本实用新型采用CAN总线技术与虚拟技术相结合的设计思路，使车载电源轨道车辆监控***的功能划分更清晰，设备功能实现更明确，设备对外连线更简洁，***扩展与集成更容易。实现了软件平台的通用化、软件协议的标准化、硬件结构的统一化，从而保证了***的可移植性和扩展性，为监控***的设计提供了一种新思路。经过现场调试，***可以对车载设备进行实时控制；现场智能节点与监控计算机之间的数据通信稳定可靠，表明了该***的适用性和可靠性。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范畴。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (4)

1、基于CAN总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***，包括有监控计算机；其特征在于：还包括有PC-CAN适配卡、CAN总线及CAN智能节点；所述的CAN智能节点包括有操作台节点、若干个驱动节点和若干个控制节点；其中：操作台节点、驱动节点和控制节点的一端依次通过CAN总线网络、PC-CAN适配卡与监控计算机相连，操作台节点的另一端连接有驾驶操作台和车载电池组，驾驶操作台也与该车载电池组连接；每个驱动节点的另一端都连接有一个驱动电机和一个车载电池组，驱动电机也与该车载电池组相连；每个控制节点的另一端都连接有一个控制设备和车载电池组，控制设备也与该车载电池组相连。
2、根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***，其特征在于：所述的驱动节点包括有单片机、CAN通信模块、参数设置模块、信号采集模块和电机控制模块；其中：
参数设置模块与单片机相连；
电机控制模块包括有电机控制器，电机控制器的输入端与单片机相连，输出端与驱动电机相连；
信号采集模块的输入端与车载电池中的传感器相连，输出端与单片机相连，将采集到的车载电池的温度、电压、电流信号传送给单片机；
CAN通信模块包括有光耦隔离和CAN收发器，CAN收发器的一端通过光耦隔离与单片机相连，另一端与CAN总线相连，接收监控计算机的驱动指令用于控制驱动电机，并将采集到的车载电池信号传送的监控计算机。
3、根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***，其特征在于：所述的控制节点包括有单片机、CAN通信模块、参数设置模块、信号采集模块和设备控制模块；其中：
参数设置模块与单片机相连；
设备控制模块包括有控制器和现场设备，现场设备通过控制器与单片机相连；
信号采集模块的输入端与现场设备和车载电池中的传感器相连，输出端与单片机相连，将采集到的车载电池的温度、电压、电流信号传送给单片机；
CAN通信模块包括有光耦隔离和CAN收发器，CAN收发器的一端通过光耦隔离与单片机相连，另一端与CAN总线相连，接收监控计算机的控制指令，并将采集到的现场设备和车载电池信号传送的监控计算机。
4、根据权利要求2或权利要求3所述的基于CAN总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***，其特征在于：所述的单片机采用P87C591微型控制器，CAN收发器采用PCA82C250。
CNU200820080446XU 2008-05-09 2008-05-09 基于can总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控*** Expired - Fee Related CN201203800Y (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNU200820080446XU CN201203800Y (zh) 2008-05-09 2008-05-09 基于can总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNU200820080446XU CN201203800Y (zh) 2008-05-09 2008-05-09 基于can总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN201203800Y true CN201203800Y (zh) 2009-03-04

Family

ID=40426112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNU200820080446XU Expired - Fee Related CN201203800Y (zh) 2008-05-09 2008-05-09 基于can总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN201203800Y (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101973269A (zh) * 2010-09-02 2011-02-16 北京科技大学 一种采用现场总线技术的矿用电动轮自卸车的控制***
CN101572641B (zh) * 2009-05-26 2015-02-25 阴晓峰 基于can总线的控制器网络监控***及监控方法
CN104536746A (zh) * 2014-12-23 2015-04-22 惠州市亿能电子有限公司 一种基于dll的软件架构
CN104816617A (zh) * 2015-03-31 2015-08-05 中国民航大学 辅助驱动的货物、行李运输用电动拖车平板车
CN108132665A (zh) * 2017-12-27 2018-06-08 威马智慧出行科技（上海）有限公司 用于电动汽车的车载通信***及电动汽车
CN109035487A (zh) * 2018-08-03 2018-12-18 北京理工大学 一种发动机历史数据回读与处理***
CN109466332A (zh) * 2018-11-07 2019-03-15 中车永济电机有限公司 有轨电车网络监控***
CN112918406A (zh) * 2019-12-06 2021-06-08 中车永济电机有限公司 有轨电车的监控***及有轨电车***

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101572641B (zh) * 2009-05-26 2015-02-25 阴晓峰 基于can总线的控制器网络监控***及监控方法
CN101973269A (zh) * 2010-09-02 2011-02-16 北京科技大学 一种采用现场总线技术的矿用电动轮自卸车的控制***
CN104536746A (zh) * 2014-12-23 2015-04-22 惠州市亿能电子有限公司 一种基于dll的软件架构
CN104816617A (zh) * 2015-03-31 2015-08-05 中国民航大学 辅助驱动的货物、行李运输用电动拖车平板车
CN108132665A (zh) * 2017-12-27 2018-06-08 威马智慧出行科技（上海）有限公司 用于电动汽车的车载通信***及电动汽车
CN109035487A (zh) * 2018-08-03 2018-12-18 北京理工大学 一种发动机历史数据回读与处理***
CN109466332A (zh) * 2018-11-07 2019-03-15 中车永济电机有限公司 有轨电车网络监控***
CN112918406A (zh) * 2019-12-06 2021-06-08 中车永济电机有限公司 有轨电车的监控***及有轨电车***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201203800Y (zh) 基于can总线的电动轨道车分布式驱动和集中监控***
CN207389116U (zh) 一种无人驾驶汽车运行状态监控及预警装置
CN105159188B (zh) 一种新能源整车异构网络仿真器及控制方法
CN110233768B (zh) 基于uds的can总线测试***及can总线测试方法
CN107911260A (zh) 一种基于osec网络管理的整车测试***
CN101603843B (zh) 乘用车can总线数字仪表测试***
CN202541456U (zh) 基于can总线的电动自行车和电动摩托车整车通信***
CN103763335A (zh) 一种应用于hxd1型机车运行状态的车地无线通信***
CN212846495U (zh) 轨道列车控制逻辑的测试***
CN204790554U (zh) 基于汽车can网络总线的总线控制器质量测试装置
Zhou et al. Development method of simulation and test system for vehicle body CAN bus based on CANoe
CN112965470B (zh) 一种商用车数据中心测试***
CN107464469B (zh) 基于plc技术的信号仿真模拟驾驶***及其应用
CN201307233Y (zh) 一种电力机车整备作业安全监控***
CN207374554U (zh) 一种共享电单车中控锁***
CN201435007Y (zh) 乘用车can总线数字仪表测试***
CN204598000U (zh) 一种车用网关控制器
CN113589786A (zh) 新能源汽车整车故障检测诊断***
CN201917907U (zh) 一种用于仿真列车mvb网络环境的设备
CN102231751A (zh) Wtb数据记录仪及其工作方法
CN2881796Y (zh) 燃料电池城市客车运行监控装置
CN201761451U (zh) 可配置客车车身控制***
CN201619539U (zh) 一种电动车动力蓄电池监控终端
CN111176121A (zh) 一种基于云平台的整车控制器优化***及方法
CN207965640U (zh) 一种适用于新能源车辆rmu测试的硬件在回路仿真***

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090304

Termination date: 20110509