一种基于MVB的列车轴温检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于MVB的列车轴温检测装置及检测方法，包括通信模块、电源模块、温度采集模块、机械及电气接口、FPGA主控模块及其外围电路，采用SOPC技术，整合优化了温度采集处理与MVB通信协议控制，将功能实现集成在一片FPGA上且无需额外CPU辅助，使装置可直接接入以MVB作为车辆总线的列车通信网络。由上层轮询来发送含有温度数据及相应传感器地址与温度报警信息的MVB过程数据，收发部分均为双路冗余。本发明专利技术适用于以MVB作为车辆总线的列车组，大大简化了系统结构，节约了系统成本，同时具有响应速度快、可靠性高、稳定性强、功耗较低等优点。

A Vehicle Axle Temperature Detection Device and Detection Method Based on MVB

The invention discloses a train axle temperature detection device and detection method based on MVB, including communication module, power module, temperature acquisition module, mechanical and electrical interface, main control module of FPGA and its peripheral circuit. By using SOPC technology, the temperature acquisition processing and MVB communication protocol control are integrated and optimized, and the functions are integrated on a single FPGA without additional CPU assistance, so that the device can be realized. It can directly access the train communication network with MVB as the vehicle bus. The MVB process data containing temperature data and corresponding sensor address and temperature alarm information are sent by upper polling. The transceiver and receiver are redundant. The invention is suitable for train group with MVB as vehicle bus, greatly simplifies the system structure, saves the system cost, and has the advantages of fast response, high reliability, strong stability and low power consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种基于MVB的列车轴温检测装置及检测方法
本专利技术属于列车轴温检测
，尤其涉及一种基于MVB的列车轴温检测装置。
技术介绍
随着轨道交通的规模不断扩大，安全问题必须越来越受到重视。列车速度的大幅提升、运营时间的增长，无形中都产生了各种不安全因素，轴温检测是近来铁路安全部门所提出的新要求，在列车运行期间，转向机构的轴承由于各方面因素不可避免的产生热量，导致轴承寿命缩短，甚至引发安全事故。因此，在列车管理上需采取更为先进的信息化控制管理系统，实时检测轴温，预防安全隐患，及时发现问题。而目前广泛使用的列车轴温检测装置存在很多不足，测温方式层面：部分列车仍使用熔断器来检测轴温，只能在出现故障后发挥作用，无法及时定位出现问题的位置，无法获取实时温度；部分列车采用的红外非接触式轴温检测装置，存在成本较高，测量误差大，可靠性差等缺点；还有部分列车采用的接触式轴温检测装置存在成本较高，响应时间长，结构复杂等问题。通信层面：现有列车的轴温检测器大多采用CAN通信，而在列车控制网络中，对于连接各车辆节点的列车总线，要求传输的数据量很大，不但要传送过程数据，也要传送消息数据，因此协议相对简单的CAN总线不适合用作列车总线，而MVB支持周期性数据传输和偶发性数据传输，能提供更佳的响应速度，更强的网络吞吐能力，适合用作车辆总线；部分列车也采用MVB作为轴温数据的传输方式，但已有轴温检测装置大多未考虑MVB数据的收发实现，而只研究了如何使用单片机采集温度数据，再将数据通过SPI或者UART等方式发送至第三方MVB网卡，由第三方MVB网卡设备负责与上层通信，存在结构复杂，成本较高，响应时间长，兼容性问题难以保证等问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术的列车轴温测量方式和通信方式的不足，克服现有技术成本较高、结构复杂的问题，本专利技术提供一种基于MVB的列车轴温检测装置。本专利技术的另一目的是提供一种基于MVB的列车轴温检测方法。技术方案：一种基于MVB的列车轴温检测装置，包括FPGA主控模块、通信模块、温度采集模块、电源模块；所述温度采集模块包括多个温度传感器，用于采集列车轴箱轴承温度和环境温度，温度采集模块通过传感器接口以I2C总线方式与FPGA主控模块相连接；FPGA主控模块用于接收和处理温度采集模块发送的温度数据，判断温度是否达到报警条件，构建并发送处理结果至通信模块，所述处理结果包括温度数据、传感器地址、温度报警信息，FPGA主控模块还用于MVB通信协议控制；所述通信模块用于将FPGA主控模块发送的处理结果由TTL电平转变为RS485电平，并通过MVB接口接入MVB网络；电源模块用于FPGA主控模块、收发模块、温度采集模块的供电。进一步的，所述温度采集模块采用五个温度传感器，分别用于采集列车轴箱四路轴承温度和一路环境温度。进一步的，温度传感器采用低功耗温度传感器LM75A，温度传感器包括三个可选的逻辑地址管脚，每个传感器都有唯一地址。进一步的，电源模块采用高效率低功耗降压芯片URB1D05YMD-6W、AMS1117_3.3和AMS1117_1.2；FPGA主控模块采用Altera公司的CycloneIV系列FPGA；收发模块采用双路MAX485芯片，用于转换电平并支持冗余校验。进一步的，还包括机械及电气接口，机械及电气接口的主体部分使用方形全封闭铝盒，表面喷塑处理；机械及电气接口包括MVB通信接口、电源接口、传感器接口、维护接口；MVB通信接口采用DB9；电源接口采用XC14-2Z；传感器接口采用XC18-7Z；维护接口采用10针JTAG接口；所述FPGA主控模块、温度采集模块、收发模块及电源模块均安装在铝盒内，温度传感器引出的导线用尼龙软管包裹，传感器本体置于不锈钢螺纹探头内，与轴箱刚性连接。进一步的，FPGA主控模块包括发送单元、接收单元、逻辑控制单元，接收单元用于接收MVB网络总线上的主帧；发送单元用于将发送数据编辑成从帧格式发送至总线；逻辑控制单元用于控制时序。一种基于MVB的列车轴温检测装置的列车轴温检测方法，包括以下步骤：（1）基于MVB的列车轴温检测装置上电并进行初始化；（2）FPGA主控模块将该装置配置成MVB总线上的从设备，与上层MVB主设备之间进行数据传输；（3）温度传感器采集温度并将采集的温度数值储存在Temp寄存器中，FPGA主控模块以I2C总线方式从Temp寄存器中读取温度数据，温度数据包括采集的温度数值和温度传感器地址；待温度数据稳定后，FPGA主控模块根据温度数值进行报警判断，并给报警状态位赋值；合并各路温度传感器的温度信息，整理成MVB从帧数据进行存储；（4）从设备进入主帧接收状态，进行主帧起始位检测，待监测到电平由低跳变为高且信号稳定有效后，由后8位起始分界符判断是否为主帧，若不为主帧返回主帧接收状态；若为主帧则解析请求的12位从设备地址，并与从设备预置的MVB设备地址进行比较，若地址不同则返回主帧接收状态；若地址相同则响应主设备轮询，FPGA主控模块根据步骤（3）得到的MVB从帧数据构建成MVB从帧格式，通过通信模块进行电平转换后，发送至上层MVB主设备，待从帧发送完毕，重回主帧接收状态，等待下一轮数据轮询。有益效果：本专利技术提供一种基于MVB的列车轴温检测装置及检测方法，采用了低功耗LM75A数字温度传感器，具有测量范围广，测量精度高，响应速度快且传感器价格低廉等特点，有效提高了温度采集时的准确性和快速性。用FPGA实现了轴温检测器与上层处理器的MVB通信，使得各个轴温检测器以地址唯一的方式接入MVB网络。MVB支持周期性数据传输和偶发性数据传输，为保证周期性实时数据通信，采用主从控制方式，由MVB主设备按照一定的规则轮询各从设备，保证确定性的介质访问。MVB是为快速的过程控制优化的总线，能提供最佳的响应速度，适合用作车辆总线。并且，随着动车组技术在中国的发展，TCN技术的推广和广泛应用是机车网络发展的必然趋势，因此，能直接接入MVB的轴温检测装置具有良好的实用价值及发展前景。此外，系统采用了SOPC技术，只使用单片FPGA完成装置全部数据处理，相比较现有的温度采集部分大多为单片机控制，而MVB网卡也大多为CPU+FPGA的方式，本专利技术节省了两块CPU，同时，MVB协议控制部分充分考虑了轴温检测的实际情况，整合优化了MVB协议控制与温度数据的采集处理过程，降低系统响应时间，简化了系统结构，节约了成本。本专利技术电源模块更加集成化、转换效率高、低功耗，电气接口规范化，使其符合列车接口标准，抗干扰性强，适用于以MVB作为车辆总线的列车组，大大简化了系统结构，节约了系统成本，具有响应速度快、可靠性高、稳定性强、功耗较低等优点。附图说明图1是本专利技术的结构框图；图2是本专利技术应用于WTB/MVB通信的列车的总线结构示意图；图3是本专利技术轴温处理与MVB协议控制主要部分流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种基于MVB的列车轴温检测装置，包括FPGA主控模块、通信模块、温度采集模块、电源模块；所述温度采集模块包括多个温度传感器，用于采集列车轴箱轴承温度和环境温度，温度采集模块通过传感器接口以I2C总线方式与FPGA主控模块相连接；FPGA主控模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MVB的列车轴温检测装置，其特征在于，包括FPGA主控模块、通信模块、温度采集模块、电源模块；所述温度采集模块包括多个温度传感器，用于采集列车轴箱轴承温度和环境温度，温度采集模块通过传感器接口以I2C总线方式与FPGA主控模块相连接；FPGA主控模块用于接收和处理温度采集模块发送的温度数据，判断温度是否达到报警条件，构建并发送处理结果至通信模块，所述处理结果包括温度数据、传感器地址、温度报警信息，FPGA主控模块还用于MVB通信协议控制；所述通信模块用于将FPGA主控模块发送的处理结果由TTL电平转变为RS485电平，并通过MVB接口接入MVB网络；电源模块用于FPGA主控模块、收发模块、温度采集模块的供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于MVB的列车轴温检测装置，其特征在于，包括FPGA主控模块、通信模块、温度采集模块、电源模块；所述温度采集模块包括多个温度传感器，用于采集列车轴箱轴承温度和环境温度，温度采集模块通过传感器接口以I2C总线方式与FPGA主控模块相连接；FPGA主控模块用于接收和处理温度采集模块发送的温度数据，判断温度是否达到报警条件，构建并发送处理结果至通信模块，所述处理结果包括温度数据、传感器地址、温度报警信息，FPGA主控模块还用于MVB通信协议控制；所述通信模块用于将FPGA主控模块发送的处理结果由TTL电平转变为RS485电平，并通过MVB接口接入MVB网络；电源模块用于FPGA主控模块、收发模块、温度采集模块的供电。2.根据权利要求1所述的基于MVB的列车轴温检测装置，其特征在于，所述温度采集模块采用五个温度传感器，分别用于采集列车轴箱四路轴承温度和一路环境温度。3.根据权利要求1所述的基于MVB的列车轴温检测装置，其特征在于，温度传感器采用低功耗温度传感器LM75A，温度传感器包括三个可选的逻辑地址管脚，每个传感器都有唯一地址。4.根据权利要求1所述的基于MVB的列车轴温检测装置，其特征在于，电源模块采用高效率低功耗降压芯片URB1D05YMD-6W、AMS1117_3.3和AMS1117_1.2；FPGA主控模块采用Altera公司的CycloneIV系列FPGA；收发模块采用双路MAX485芯片，用于转换电平并支持冗余校验。5.根据权利要求1所述的基于MVB的列车轴温检测装置，其特征在于，还包括机械及电气接口，机械及电气接口的主体部分使用方形全封闭铝盒，表面喷塑处理；机械及电气接口包括MVB通信接口、电源接口、传感器接口、维护接口；MVB通信接口采用DB9；电源接口...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟军勇，潘潇炜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32