带有rs485转换功能的一类网卡设计与实现

hthjgjkkl

摘要
目前列车朝高速化、自动化方向发展已经成为必然的趋势，列车通信网络(TCN)
% D. o4 J& t& [. ?( v已经成为高速电力列车上控制系统的关键技术，开发符合国际标准的列车通信网络设备
& ~! L, P$ V' A5 q( d, X5 L5 |有着极其广阔的前景。
9 z( X9 L: y/ L: F4 S+ A7 }列车通信网络分为绞线式列车总线(、聊m)和多功能车辆总线(MVB)两层总线
体系结构，多功能车辆总线作为IEC61375的推荐标准越来越多的应用于机车车辆中。
当设备与MVB总线通信时必须通过专用的MVB网卡来实现，而列车中由于种种原因
( w1 M3 q3 U, O仍存在较多的基于RS485总线通信的设备，如何实现这两种设备间的通信成为一个亟待
4 I6 j9 o0 I, T/ Z- u; G/ l, b解决的问题。
! I$ B( o0 ]1 c& E论文首先对多功能车辆总线和RS485总线进行了深入的研究，分析二者通信的各自
) ~$ ~9 U3 B( E+ }! O6 `% D特点，而后给出了基于FPGA和AT89S52单片机平台的数据传输方案。FPGA负责与多
% m) P) u1 A$ B) @8 K功能车辆总线的通信，单片机负责RS485总线上的通信，二者通过数据线地址线连接实
: m0 W) Z% p- e' q现数据的传输与控制。FPGA实现MVB控制器功能，分为曼彻斯特编码器、解码器、
. Z3 s2 B/ T6 ~& D. y5 n+ q+ Y* R, @. O缓冲区、中央控制单元、内部存储器和单片机接口等几部分。本文定义了七个关键字用
于单片机访问MVB控制器，使用者可根据RS485总线上传输的不同协议对单片机编程，
: |. w5 F5 ~  w实现两种异构总线上的数据传输。本文经原理图设计到PCB制板调试，形成实物。完
成的网卡最后通过了实验室测试。
1绪论
7 L5 W8 q4 v4 `( q，．1列车通信网络简介
6 b4 t0 l! N4 p列车上存在大量的设备控制和旅客服务信息，随着这些信息的数量和种类的不断增
6 E2 Q& c3 C* a3 _/ f) Y: O& p/ H, u长，迫切需要一种大容量、高速度的信息传输系统Ⅲ。在这种背景下，随着车载微机进
一步向高级阶段发展，集整列列车内部测控任务和信息处理任务为一体的列车通信网
(TCN·TrainCommunicationNetwork)也就应运而生了。TCN是由国际电工委员会(mC)
5 y: w+ X6 ^- [9 V' w7 y7 E7 v9 z5 {和国际铁路联盟(UIC)为铁路车辆之间和车辆内互相联接的可编程设备制定的一项标
准。其目的是有利于铁路运输部门、装配厂和设备供应商实现世界范围的车辆间的相互
/ m1 ]$ D9 J, f! ^操作和插入式设备的联接。TCN把安装于铁路车厢上的各种可编程设备互连在一起，它
7 O6 X* Q4 F& F; P7 @由连接～个车厢内各种设备的车辆总线(MVB．Multifunction Vehicle Bus)和连接一列
列车内各车厢总线的列车总线(WTB．Wire Train Bus)组成。该车载网支持遥控驾驶、
8 _) o) b, r; u8 `2 E6 m$ e) j9 x旅客安全以及维护工作12】。
1．2列车通信网络特点
8 U$ Z7 L( L1 e  m7 O列车通信网络属于局域网，但又与通用的局域网有所不同，使用总线型拓扑结构。
9 T$ W5 F& D: o% l一般的地面局域网长度可达十几公里，面按照国际铁路联盟22个车厢构成的列车组织
介质，连接电缆延伸仅有850m，其中包括所有的干线电缆、扩展电缆和耦合电缆，这
与22节每节26m的车厢组织是对应的。另外，与一般的地面局域网相比，列车通信网
- U7 U% ~& M- x( [络具有以下特点【3】：
1 ?) K) y" [6 M% n* v- H9 T(1)电磁干扰及震动十分严重；
- w# i. ?6 g# h(2)实时性要求高；
(3)车载网络设备的体积要小。
' Y2 A' [9 m# m7 J, D' m由于节点数目不多，且整个列车长度不足一公里，列车通信网络比较适合建成两级
$ \8 m6 I2 [& H1 Q& X, X* A结构：连接列车或车厢内部各终端设备(计算机、各传感器和执行机构等)，即较低一
级的多功能车辆总线(MVB)；连接列车和中间车厢各网络节点，即较高一级的列车总
线(WTS)。车辆内部的数据通信总线(MVB)作为该TCN的推荐方案。在任何情况
8 a9 y5 `5 _7 |2 M下，供应商应保证WTB与所建议的车辆总线兼容。
1．3国内外列车通信网络发展情况
70年代末至80年代初，车载微机的雏形分别在西门子公司和BBC公司出现。开始
& Y5 y% o. Z* U; c5 L8 o仅仅是用于传动装置的控制，随着控制、服务对象的增多，人们把铁路系统依次划分为
9 a3 t( q1 x& [6个层次：公司管理、铁路运营、列车控制、机车车辆控制、传动控制和过程驱动14】。
: x8 Y! @- `" r: K) w2 z& G于是列车通信网络在初期的串行通信总线的基础上应运而生，并从原来不同公司的企业
/ u* d# e( E# w9 Y8 X. r6 {标准推向国际标准，逐步形成了列车通信与控制系统的标准化、模块化的硬件系列和全
方位的开发、调试、维护、管理软件工具。
1992年6月，TC9WG22以委员会草案的形式向各国发出列车通信网TCN的征求
意见稿。该稿分成4个部分：第1部分总体结构，第2部分实时协议，第3部分多功能
) \5 `/ G' Z1 D9 L& E, n; H车辆总线，第4部分绞式列车总线。
& S2 \) ?+ R% Y+ O, l总体结构把列车通信网络规定为由多功能车辆总线MVB和绞式列车总线wTB组
成。MVB的传输介质可以是双绞线，也可以是光纤。在后一种场合，其跨距为2000m，
! d  f8 ~. v8 B3 i; D9 o6 \( V最多可连接256个智能总线站。总线上传输的数据划分为过程数据、消息数据和监管数
6 E) u& F7 n  z" i据。协议对过程数据的传输作了优化，发送的基本周期是lms或2ms。WTB的传输介
质为双绞线，最多可连接32个节点，总线跨距860m。WTB具有列车初运行和接触处
' b  A  N$ d5 W, p, h1 c) C8 t防氧化功能，数据发送的基本周期是25ms。
1994年5月至1995年9月，欧洲铁路研究所(ERRI)耗资300万美元，在瑞士的
Interlaken至荷兰的阿姆斯特丹的区段，对由瑞士ABB、德国DB、意大利FS、荷兰NS
; W; |1 [" r5 s& O  O/ u. U的车辆编组成的运营试验列车进行了全面的TCN试验。
2 j, u& r; U4 F! @& ?& y1998年11月，在中国湖南株洲召开IECTC9年会。1999年6月，TCN标准草案
3 \8 A$ P1 H, y+ M  z# a61375-l正式成为国际标准。在61375-1中，除了以上4个部分外，还有第5部分列车
! _: @7 R4 J( o: Q8 u4 ?网络管理，附录A列车通信网导引，附录B一致性测试导则。国际上一些大的铁路公
5 |" w/ Y) ^* A3 K9 K4 L: `  S. S司，正推出符合TCN标准的铁道机车车辆产品【5l。
. M+ z: D# l- H" y! M3 _& V2 n我国列车通信网络的发展可以追溯到1991年，株洲电力机车研究所在购买ABB公
8 R6 h2 q# r9 c( c* w# a司的牵引控制系统开发工具特别是软件开发工具的基础上，联合路内高校开发出了我国
第一套电力机车微机控制装置，安装于SS40038电力机车上。
90年代中期，随着动车组在我国升温，对列车通信网络特别是机车的重联控制通信
的需求十分迫切。一方面，铁道部开展了列车通信网络研究课题，另一方面路内外许多
单位也先后自发地开展了自主开发、联合开发或技术引进工作。这些工作主要在局域网、
) Q. \4 ~7 X3 T2 a  c& X8 p现场总线、TCN、通信介质、基于RS485的通信协议等领域展开。如：上海铁道大学与
% t0 r. i4 ~4 P/ H1 E/ C3 ]# J! {# w株洲电力机车研究所合作开发的基于ARCNET的列车总线和基于HDLC的车辆总线的
% i, z5 |6 A1 Q: u列车通信网络的研究；上海铁道大学用CAN作为连接司机台和列车控制单元的局部总
0 ^( ?" C$ `& W' S线的研究；国防科技大学用CAN作为磁悬浮列车的列车总线的研究；西南交通大学用
RS485+协议作为摆式列车倾摆控制总线的研究；北方交通大学对通信介质及其转换的研
4 B- x$ Q# Z" U6 p# S究；大同机车厂对列车通信网结构及其协议的研究和对BITBUS的研究；四方机车车辆
研究所、铁道科学研究院、西南交通大学、武进市剑湖铁路客车配件厂、武汉正远公司
等对LonWorks、MVB、WTB进行了研究，购买了或准备购买LonWorks、MVB、WTB
9 j" x- x8 ~% H( L; @的开发工具。
1．4课题的提出及意义
9 a& V1 a; _, y- o) X/ I1 Y3 ~7 `我国列车已经历了五次提速，第六次大提速将于2007年4月全面实施。随着列车
9 C3 K# g6 y2 n( h2 o# r行驶速度的不断提高对列车通信提出了更高的要求，我国列车通信网络也逐步向国际标
/ n1 L* E, @1 S" v1 ^( w准靠近，使用IEC 61375．1标准中规定的MVB车辆总线进行通信。当前列车网络中用
于通信的总线有多种，在一些机车上由于种种原因仍然存在较多的基于RS485总线进行
6 Z- ]& V$ a* M' {+ n8 k通信的设备，如何将这些设备挂接到MVB总线上实现这两种总线之间的通信成为一个
亟待解决的问题。
. g  B9 B% \7 y/ }, R1．5本文的工作
' J1 w" u! n' x9 ?3 |. L; r; O本文通过对MVB和RS485总线进行了深入的研究，给出了基于FPGA和单片机平
台的数据转换方案，并进行了硬件原理图和PCB的设计，采用VHDL语言和c语言分
别对FPGA和单片机编程， 最终实现MVB总线与RS485总线之间的数据通信。
8 m% q2 Z2 H  M) `/ i/ ~论文第l章介绍课题研究的背景及意义；第2章对MVB总线和RS485总线进行了
4 _8 _* D( B# {较深入的研究，分析了两种总线的特点；第3章给出了网卡的硬件实现方案，将网卡按
功能划分为5个模块，并进行电路原理图和PCB的设计；第4章介绍MVB控制器的具
7 r, P% \& o9 \3 ]- U) I体设计实现；第5章介绍单片机访问MVB控制器的关键字，并对其用c函数的形式进
! B1 I( V) z1 ~, K/ c( f行封装，对网卡功能进行测试。最后给出结论，并对后续工作进行了展望。

5 E  c* Q* p) t

附件下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

8 i; ]4 q6 K+ @% T% ^3 M. M; S
+ u; e8 u( e* b' s

埋头拉线ing

AT89S52单片机平台有232功能

TRY-RC

下载看看
3 {, m  j: M$ w  j$ d