一种用于通信线路质量判断的数据采集装置、系统及方法与流程

1.本发明涉及轨道交通设备间的通信领域，具体而言，尤其涉及一种用于通信线路质量判断的数据采集装置、系统及方法。


背景技术：

2.轨道交通行业迅速发展，而列车通信网络的故障诊断一直是列车健康管理中的难点，复杂的工作环境、分布式的系统结构也使得故障难以被发现和定位。目前，轨道交通行业中监测、评估、诊断多功能车辆总线(mvb)的通信质量多采用mvb诊断分析仪，通过在总线上挂载诊断分析仪，来对mvb网络中的当前通讯参与方完整性与通讯品质等进行mvb通信功能分析及诊断，实现全采集功能、拓扑功能与实时统计功能，能对尚未组态的动车组进行设备轮询与数据采集和测试。
3.mvb诊断分析仪一般是用在总线出现通信异常或需要测试总线状态的情况下，采用外部挂载的方式，嵌入在mvb总线上，抓取相关的信号，并进行总线的诊断分析，并不属于轨道交通的车载设备，不能长时间挂载在总线上，也不能与其他的车载设备进行实时通信，不能在车辆常态运行时实时分析诊断线路的通信质量，无法满足mvb网络健康诊断的需求。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术的不足，本发明提供一种用于通信线路质量判断的数据采集装置、系统及方法，针对多功能车辆总线，借助信息技术并结合mvb通信原理和采集分析技术进行分析、汇总、诊断评估系统的车辆总线的运行健康状态，使设备更安全、更可靠的运行，降低维护成本。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种用于通信线路质量判断的数据采集装置，包括：控制单元、phm单元以及mvb单元，所述phm单元以及mvb单元均与所述控制单元电连接；
7.所述phm单元一方面用于实时同步采集和存储两路车辆运行数据的物理波形，另一方面用于通过提供通信接口向上位机传递所述物理波形；
8.所述mvb单元一方面用于从多功能车辆总线上采集和存储车辆的过程数据、消息数据以及监视数据，另一方面用于通过提供通信接口向上位机传递所述过程数据、消息数据以及监视数据。
9.进一步地，所述phm单元包括adc采集模块、pcie通信模块以及sdram存储模块；
10.所述adc采集模块通过adc接口与外部adc设备连接，所述外部adc设备通过两路信号传输线路采集车辆运行过程中的物理波形数据；
11.所述pcie通信模块向上位机提供访问sdram的物理采集数据接口；
12.所述sdram存储模块用于存储采集的波形数据。
13.进一步地，所述mvb单元包括mvb4类ip核、spi转pc104接口、mvb译码器以及mvb帧统计模块；
14.所述mvb4类ip核通过mvb接口电路采集车辆运行时的过程数据、消息数据以及监视数据；
15.所述mvb译码器对采集的过程数据、消息数据以及监视数据进行编译解码；
16.所述mvb帧统计模块对mvb译码器的译码记过进行帧统计；
17.所述spi转pc104接口向上位机提供访问sram的接口，所述sram用于存储过程数据、消息数据以及监视数据。
18.进一步地，所述spi转pc104接口向上位机提供访问主帧、从帧、帧校验错误、帧尾错误统计数据的接口。
19.本发明还提供了一种用于通信线路质量判断的数据采集系统，获取车辆运行数据的adc设备、进行车辆运行数据访问和判断的上位机以及如上述任意一项所述的用于通信线路质量判断的数据采集装置。
20.本发明还提供了一种用于通信线路质量判断的数据采集方法，包括：
21.通过adc设备采集两路车辆运行数据的物理波形数据，通过phm单元将所述物理波形数据存储至存储设备；
22.通过adc设备采集两路车辆运行的过程数据、消息数据以及监视数据，通过mvb单元将所述过程数据、消息数据以及监视数据存储至存储设备；
23.上位机通过pcie接口访问存储设备中的数据。
24.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
25.本发明能够满足mvb网络的在线健康诊断与检测需求，进而实现mvb通信质量的实时采集分析，具有很强的实用性。同时，本发明采用fpga进行程序开发，有利于后续的软硬件升级，不需要考虑适配相应的芯片的问题。通过本发明的应用，可以在车辆运行时，实时分析网络通信的质量，并上报给上级控制单元，是实现整车级别健康诊断的重要环节。应用本发明可以使mvb网络质量的预测和诊断更加智能化、高效、精准化，使mvb网络设备更安全、更可靠的运行，降低维护成本。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明一种用于通信线路质量判断的数据采集装置结构图。
28.图2为本发明phm单元结构图。
29.图3为本发明mvb单元结构图。
30.图4为本发明一种用于通信线路质量判断的数据采集系统结构图。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
32.如图1所示，本发明公开了一种用于通信线路质量判断的数据采集装置，包括：控制单元、phm单元以及mvb单元，所述phm单元以及mvb单元均与所述控制单元电连接。其中phm单元一方面用于实时同步采集和存储两路车辆运行数据的物理波形，另一方面用于通过提供通信接口向上位机传递物理波形，本发明中涉及的物理波形为mvb通信线路上的实时采集到的模拟量信号波形。mvb单元一方面用于从多功能车辆总线上采集和存储车辆的过程数据、消息数据以及监视数据，另一方面用于通过提供通信接口向上位机传递所述过程数据、消息数据以及监视数据。
33.具体来说，本实施提出一种用于轨道交通行业的多功能车辆总线(mvb)的健康诊断的数据采集方法的软件设计与实现方案。本方案所采用的芯片是xilinx spartan6系列的fpga芯片，型号为xc6slx25t。装置设置控制单元、phm单元以及mvb单元三个功能模块，外部数据由adc芯片端口和mvb功能端口采集，采集转化侯分别进入phm、mvb模块进行处理和存储，cpu通过pcie和spi从sdram和sram中获取相关数据。系统所需时钟和复位信号由控制块进行处理。内部数据由phm、mvb模块进行处理，处理后的数据将分别在sdram(波形数据)与sram(mvb数据)中存储。
34.进一步地，phm单元包括adc采集模块、pcie通信模块以及sdram存储模块；adc采集模块通过adc接口与外部adc设备连接，所述外部adc设备通过两路信号传输线路采集车辆运行过程中的物理波形数据。pcie通信模块向上位机提供访问sdram的物理采集数据接口；sdram存储模块用于存储采集的波形数据。
35.本实施例公开的装置支持a路、b路物理波形实时同步采集，支持60msps和120msps两种数据采样速率，采样分辨率12位，采样深度16位，并存储到外部sdram中。pcie接口功能(用xilinx ise14.7 pcie core2.4版本)：提供给上位机访问sdram中的物理采集数据接口；cpu配置60m/120m采集频率。
36.进一步地，mvb单元包括mvb4类ip核、spi转pc104接口、mvb译码器以及mvb帧统计模块。mvb4类ip核通过mvb接口电路采集车辆运行时的过程数据、消息数据以及监视数据。mvb译码器对采集的过程数据、消息数据以及监视数据进行编译解码。mvb帧统计模块对mvb译码器的译码记过进行帧统计。spi转pc104接口向上位机提供访问sram的接口，所述sram用于存储过程数据、消息数据以及监视数据。spi转pc104接口还向上位机提供访问主帧、从帧、帧校验错误、帧尾错误统计数据的接口。
37.本发明中涉及到的mvb4类ip核是符合列车mvb总线协议中规定的4类设备，通过fpga开发的程序库文件，用于实现列车mvb总线协议中4类设备的功能。
38.本实施例公开的装置支持过程、消息数据、监视数据链路通信和数据实时存储功能，数据存储外部sdram中。支持链路主帧、从帧、帧校验错误、帧尾错误个数统计，提供上位机访问主帧、从帧、帧校验错误、帧尾错误统计数据接口，进而便于功能扩展、维护。
39.本发明还提供了一种用于通信线路质量判断的数据采集系统，获取车辆运行数据的adc设备、进行车辆运行数据访问和判断的上位机以及如上述任意一项所述的用于通信线路质量判断的数据采集装置。
40.具体来说，外部数据由adc芯片端口和mvb功能端口采集，采集转化侯分别进入
phm、mvb模块进行处理和存储，cpu通过pcie和spi从sdram和sram中获取相关数据。
41.本发明还提供了一种用于通信线路质量判断的数据采集方法，包括：
42.通过adc设备采集两路车辆运行数据的物理波形数据，通过phm单元将所述物理波形数据存储至存储设备。
43.通过adc设备采集两路车辆运行的过程数据、消息数据以及监视数据，通过mvb单元将所述过程数据、消息数据以及监视数据存储至存储设备。
44.上位机通过pcie接口访问存储设备中的数据。
45.具体来说，数据采集方法：数据有两个来源，一个是mvb链路层数据，一个是mvb物理波形数据，mvb链路层数据通过mvb通信得到，如图3所示，并由fpga暂存，mvb波形数据是通过板卡上的调理电路，经adc芯片模数转换后通过pcie通信，接入到fpga中，由fpga芯片汇总两种数据，后发给cpu，如图2和图4所示。
46.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种用于通信线路质量判断的数据采集装置，其特征在于，包括：控制单元、phm单元以及mvb单元，所述phm单元以及mvb单元均与所述控制单元电连接；所述phm单元一方面用于实时同步采集和存储两路车辆运行数据的物理波形，另一方面用于通过提供通信接口向上位机传递所述物理波形；所述mvb单元一方面用于从多功能车辆总线上采集和存储车辆的过程数据、消息数据以及监视数据，另一方面用于通过提供通信接口向上位机传递所述过程数据、消息数据以及监视数据。2.根据权利要求1所述的一种用于通信线路质量判断的数据采集装置，其特征在于，所述phm单元包括adc采集模块、pcie通信模块以及sdram存储模块；所述adc采集模块通过adc接口与外部adc设备连接，所述外部adc设备通过两路信号传输线路采集车辆运行过程中的物理波形数据；所述pcie通信模块向上位机提供访问sdram的物理采集数据接口；所述sdram存储模块用于存储采集的波形数据。3.根据权利要求1所述的一种用于通信线路质量判断的数据采集装置，其特征在于，所述mvb单元包括mvb4类ip核、spi转pc104接口、mvb译码器以及mvb帧统计模块；所述mvb4类ip核通过mvb接口电路采集车辆运行时的过程数据、消息数据以及监视数据；所述mvb译码器对采集的过程数据、消息数据以及监视数据进行编译解码；所述mvb帧统计模块对mvb译码器的译码记过进行帧统计；所述spi转pc104接口向上位机提供访问sram的接口，所述sram用于存储过程数据、消息数据以及监视数据。4.根据权利要求3所述的一种用于通信线路质量判断的数据采集装置，其特征在于，所述spi转pc104接口向上位机提供访问主帧、从帧、帧校验错误、帧尾错误统计数据的接口。5.一种用于通信线路质量判断的数据采集系统，其特征在于，获取车辆运行数据的adc设备、进行车辆运行数据访问和判断的上位机以及如权利要求1-4中任意一项所述的一种用于通信线路质量判断的数据采集装置。6.一种用于通信线路质量判断的数据采集方法，其特征在于，包括：通过adc设备采集两路车辆运行数据的物理波形数据，通过phm单元将所述物理波形数据存储至存储设备；通过adc设备采集两路车辆运行的过程数据、消息数据以及监视数据，通过mvb单元将所述过程数据、消息数据以及监视数据存储至存储设备；上位机通过pcie接口访问存储设备中的数据。

技术总结
本发明提供一种用于通信线路质量判断的数据采集装置、系统及方法。装置包括控制单元、PHM单元以及MVB单元；所述PHM单元一方面用于实时同步采集和存储两路车辆运行数据的物理波形，另一方面用于通过提供通信接口向上位机传递所述物理波形；所述MVB单元一方面用于从多功能车辆总线上采集和存储车辆的过程数据、消息数据以及监视数据，另一方面用于通过提供通信接口向上位机传递所述过程数据、消息数据以及监视数据。本发明针对多功能车辆总线，借助信息技术并结合MVB通信原理和采集分析技术进行分析、汇总、诊断评估系统的车辆总线的运行健康状态，使设备更安全、更可靠的运行，降低维护成本。维护成本。维护成本。


技术研发人员：马志明 周钧 张立斌 樊闯 刘军雨 王欣立 李畅
受保护的技术使用者：中车大连电力牵引研发中心有限公司
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/6/28