0 引言

　　目前在铁路机车内，模拟表盘大量存在，它给铁路运输的安全管理造成了相当大的不便。使用模拟表盘有以下缺点：第一，没有数据存储功能，如果发生事故，就很难得到事故发生时的确切信息;第二，需要大量布线、安装不便。如果在原模拟系统中添加设备，则需要重新布线;第三，不能利用成熟的基于数字信号的现代信息处理技术。对火车机车监控系统而言，数据测量和传输的快速性、准确性、可靠性、存储性、通讯的灵活性都是至关重要的。有必要将机车内的模拟表数字化和智能化，在此基础上利用现场总线技术构成测控网络，完成对机车内重要数据及时的采集、传输、存储、显示、报警。

　　本铁路机车数据平台采用了CAN总线技术。选用CAN总线是基于可靠性方面的考虑。CAN总线最初广泛用在汽车内部的电子监控上。由于火花塞产生的高频干扰和发动机产生的机械震动都比较强，而CAN总线能在这种工作中可靠的工作，说明其具有很强的抗干扰能力。该机车数据平台中的智能模块采用了89C51单片机，其通讯部分使用了CAN控制器SJA1000。CAN总线通信控制器中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括零位的插入和删除、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个特点是废除了传统的栈地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是可使网络内的节点个数理论上不受限制，数据块的标识码可由11位（按CAN技术规范2.0A）或29位（按CAN技术规范2.0B）二进制数组成，因此可以定义2的11次方或2的29次方个不同的数据块。这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据传送的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC效验并可提供相应的错误处理和重发功能，保证了数据通信的可靠性。

1 机车数据平台使用说明

　　1.1原理

　　机车数据平台实际上是一台分布式计算机数据采集系统，其中采用了先进的现场总线技术。机车数据平台是将微处理器置入传统的测量控制仪表，使他们各自都具有了数字计算和数据通讯能力（智能仪表），采用可进行简单连接的双绞线等作总线，把多个测量仪表连接成网络，并按公开、规范的通讯协议（CAN总线协议），在现场仪表和远程计算机之间，实现数据传输和信息交换。简而言之，它把单个分散的测量设备变成网络节点，已现场总线为纽带，把他们联系起来，共同完成自控任务的网络系统与控制系统。现场总线使自控系统与设备有了通讯能力，把它们连成网络系统，加入到信息网络的行列。

　　本机车数据平台采用CAN总线技术。CAN是控制局域网络（Control Area Network）的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件间的数据通讯。众所周知，现代汽车越来越多的采用电子控制装置。由于这些控制须检测及交换大量的数据，采用硬接信号线的方式不但烦琐、昂贵，而且难以解决问题，采用CAN总线上述问题得到了很好的解决。由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不在局限于汽车工业，而向过程工业、机械工业、纺织工业、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器领域发展。

　　1.2功能

　　1每秒一次采集各智能表的数据和各开关量的状态。智能表包括电压表、电流表、压力表和速度表等;开关量包括继电器接触器按钮的通断、信号灯的明灭、各种开关和接点的闭合等。

　　2设定各智能表的上报警限、下报警限和偏差报警限，并在各智能表超出报警限时发出报警信息。

　　1.3性能指标

　　1可容纳54个智能表和8块开关量采集卡（每块16个开关量）。

　　2智能表输入有隔离，隔离电压5000伏;开关量输入也有隔离，隔离电压1500伏。

　　3智能表接受75mv、10v和110v交直流输入（按用户要求）。

　　4智能表测量精度2%。

　　5电源：输入：70——130V直流/150W

　　输出：5V/8A 24V/4A

　　1.4智能仪表功能

　　1保留了原指针模拟表的功能，即接受一个模拟量输入，并用指针显示该模拟量的数值，包括电压、电流、转速、温度和压力等。

　　2把输入的模拟量转化为相应的数字量，隔离后通过CAN总线发送给数据采集站，发送的数据中包括报警（上超限、下超限，偏差超限）信息。

　　3接受来自监控报警器的设定信息，包括上超限设定、下超限设定，偏差超限设定。

　　1.5开关量采集卡的功能、协议与设定

　　116路独立的光电隔离开关量输入。

　　2用来检测开关、继电器和电磁阀等的通断，指示灯的明灭。

　　3每秒钟一次将16路开关量状态读入，而后通过CAN总线发送给数据采集站。

　　系统能容纳8块开关量采集卡，总共能检测到16＊8=128个开关量状态。每块采集卡需要设定一个独一无二的ID号，范围限定在55到62。ID号通过开关量采集卡上的跳线ID设定。ID号按二进制编码，跳线短接为0，反之为1。

　　1.6监控报警器的功能、校准智能表以及报警限的设定

　　1.6.1功能

　　1设定智能表上超限、下超限和偏差超限的量值，并将这些量通过CAN总线发送给智能表和数据采集站。

　　2校准智能表。

　　3接受来自数据采集站的报警信息，并显示报警信息和通过继电器触电输出报警信息。

　　1.6.2校准智能表

　　1压校准键，使进入校准状态。自动显示接受到的01号智能表的数值（中间值，满量程=1000）。

　　2压切换键，而后用键盘输入要校准的智能表的ID号，压确认键，则显示该智能表的中间值。

　　3将该表与用标准表实际测量到的值比较，确定误差。

　　4调节智能表电路板上的电位器VR2消除误差。

　　1.6.3报警限的设定

　　1在校准状态下压切换键，而后输入要设定的智能表的ID号，压确定键后，则显示该智能表的中间值。

　　2压切换键，再压切换键，则光标切换到第二行，第二行显示的数值为存储的上超限值。

　　3修改上超限值，而后压确认键，则修改后的上超限值被存储并通过总线发送给智能表和数据采集站。

　　4压切换键，将光标切换到第三行，第三行显示的数值为存储的下超限值。