基于CAN总线铁路信号微机监测系统

1目录1、引言.........................................................................................................22、微机监测系统综述.................................................................................32.1、微机监测系统的简述.................................................................32.2、微机监测系统的发展和现状.....................................................32.3、微机监测系统的主要技术要求.................................................32.4、微机监测系统结构.....................................................................43.CAN总线简介..........................................................................................63.1、CAN总线协议的网络分层结构..................................................63.2、CAN总线的逻辑电平..................................................................73.3、CAN总线的帧类型和帧格式......................................................83.4、CAN的通信协议..........................................................................83.5、CAN总线的应用范围与前景展望..............................................94.系统体系结构.......................................................................................124.1、CPU.............................................................................................134.2、ARM7TDMI-S处理器..................................................................144.3、片内Flash程序存储器...........................................................154.4、片内静态RAM............................................................................154.5、CAN控制器和验收滤波器........................................................154.6、CAN收发器................................................................................165.CAN总线通信接口设计........................................................................185.1、RS-232转CAN总线通信接口设计..........................................185.2、CAN通信模块............................................................................185.3、RS-232模块..............................................................................206.下位机数据采集电路设计...................................................................216.1、开关量输入CAN接口模块硬件设计.............................................216.2、模拟量输入CAN接口模块硬件设计.............................................237.设计心得...................................................................................................25参考文献：.......................................................................................................2621、引言Can网络即控制器局域网CAN——ControllerAreaNetwork）属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络，其总线规范已被ISO国际标准化组织制定为国际标准，并被公认为是最有前途的现场总线之一。CAN总线的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络，广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信。因为其成本低、容错能力强、支持分布式控制、通信速率高等优点在汽车、工业控制、航天等领域得到广泛应用32、微机监测系统综述2.1、微机监测系统的简述微机监测系统是铁路装备现代化的重要组成部分。它把现代最新技术，如传感器、现场总线、计算机网络通信、数据库及软件工程等技术，融为一体，监测并记录信号设备的主要运行状态，为电务部门掌握设备的运用质量和故障分析提供科学依据。同时，系统还具有数据逻辑判断功能，当信号设备的工作情况偏离预定界限或出现异常时及时报警，避免因设备故障或违章操作影响列车的安全、正点运行。微机监测系统使信号设备具有了自诊断功能，从而大幅度提高了信号系统的安全性。它能在信号设备运行时，全天侯反映设备运用状态，能发现潜在性故障，排除故障隐患，而且它运用计算机技术通过逻辑判断，有利于捕捉瞬间故障和间歇性故障，通过回放再现，有利于分析故障，分清责任。微机监测系统能够掌握信号设备工作状态和变化趋势，是推行信号设备状态修的技术基础，为维修决策提供科学依据。它通过网络将各站信号设备运行信息传到车间、FIE务段、铁路分局、铁路局，便于指导维修工作，加强生产指挥，实现科学管理。微机监测系统是由铁道部、铁路局、铁路分局上层检测设备和电务段、车间(领工区)、车站基层监测设备组成的，监测本单位管辖内各车站信号设备运行状态的网络系统。微机监测系统应用计算机和信息采集机实时检测各种信号设备。检测对象的类型大体上可以分为模拟量和开关量。模拟量包括:电源屏电压、轨道电路电压、道岔动作电流、电缆绝缘电阻和电源对地漏泄电流等。开关量包括关键继电器状态、控制台按钮与标识灯状态、熔丝状态、灯丝状态和道岔表示缺口状态等。2.2、微机监测系统的发展和现状微机监测系统是随着计算机技术的发展而发展起来的，经过了十几年的艰苦探索。1997年铁道部组织了联户攻关，制定了技术原则。研制开发了第一代TIWX型信号微机监测系统，并且在五大干线上推广应用，为监督电务设备运用状态及铁路运输安全做出了贡献。2000年初，铁道部把信号微机监测系统列为保证铁路运输安全的首要措施，把微机监测系统称为电务系统的“黑匣子”，按行车安全设备对待。目前，现场推广使用的TJWX一2000型信号微机监测系统是铁道部在2000年组织联合攻关的产品[z]，是专家集体智慧的结晶。该系统技术先进，功能完善，界面友好，操作简单，制式统一，便于联网，具备全路联网功能，能够准确的判断设备故障和违章操作带来的事故隐患，防患于未然。2.3、微机监测系统的主要技术要求4a）模拟量在线监测电源屏监测：电网输入状态、电源屏输出电压；电源对地漏泄电流监测：输出电流对地漏泄电；;转撤机监测：道岔转换全过程中电动转撤机动作、故障电流、动作时间；轨道电路监测：轨道接受端交流电压；电缆绝缘监测：电缆芯线全程对地绝缘；区间自动闭塞监测：闭赛分区轨道电路发送、接收端电压；站内电码化监测：电码化轨道电路发送端电流、电压。b）开关量在线监测.按钮状态、控制台表示、功能型继电器状态监测：开关量实时状态变化。c）其它量的监测列车信号主灯丝断丝监测；道岔表示缺口监测；道岔实际位置与室内表示不一致动态监测，记录并报警；站内电码化发码、传输继电器状态监测并记录；记录集中式区间信号机点灯、区间轨道电路占用状态。d）故障报警一级报警：涉及到行车安全的信息；二级报警：影响行车和设备正常工作的信息；三级报警：电气特性超标。2.4、微机监测系统结构该微机监测系统由车站系统、车间机、电务段管理系统、上层网络终端(包括分局、路段、铁道部监测终端)，以及广域网数据传输系统组成。本文主要关注车站系统。车站系统是信号微机监测系统最基本的单元，负责数据的采集、分类和处理，实现信号设备的实时监测和人机对话。它包括站机、采集机、采集柜、隔离采集模块等。其中站机完成实时监测和人机对话，收集数据、处理数据(分类成图表)、存储数据、查看数据等。采集机在线采集数据，并进行预处理。隔离转换但与用于采集模拟量或开关量数据。其结构如图2-1所示：5综合采集机PC机通信设备站机道岔采集机轨道采集机移频采集机开关量采集机至邻站至邻站CAN总线采集柜图2-1微机监测系统结构图63.CAN总线简介3.1、CAN总线协议的网络分层结构CAN按照ISO/OSI标准模型，分为数据链路层和物理层。其中数据链路层又分为:逻辑链路控制子层(LLC,LogicalLinkControl)和媒体访问控制子层(MAC,MiumAecessControl);物理层又分为:物理层信号(PLS，PhysicalLayerSignal)、物理媒体链接子层(PMA，PhysicalMediumAttachment)和媒体接口(MDI，MediumDependentInterface)三个部分，主要实现电气连接、实现驱动器/接收器特性、位定时、同步和位编码/解码等功能。CAN的分层结构和功能如下图3-1所示:图3-1LLC子层的主要功能是为数据传送和程数据请求提供服务，确认由LLC7子层接收的报文实际己被接收，并为恢复管和通知超载提供信息。在定义目标处理时还有很大的自由度。MAC子层是CAN协议的核心，它的主要功能是定义数据的传送规则，即制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。它把接收到的报文提供给LLC子层，并接受来自LLC子层的报文。MAC子层也可以确定总线上什么时候开始发送新报文或者什么时候开始接收报文。MAC子层由称为故障界定的一个管实体监控，它具有识别永久故障或短暂扰动的自检机制。位定时特性也是MAC层的一部分，理所当然，MAC的修改会受到限制并不存在修改的灵活性。3.2、CAN总线的逻辑电平CAN能够使用多种物理介质进行传输，例如双绞线，光纤等。最常用的就是双绞线。信号使用差分电压传送。两根传输线中，一根为高电平传输线CAN-H，其对地电压为VCAN-H，另一根为低电平传输线CAN-L，其对地电压为VCAN-