CN111551376B - 基于轨道交通试验台的数据采集控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，包括控制机箱，控制机箱包括CPU板卡和第一数量个第一采集控制板和第二数量个第二采集控制板；CPU板卡包括第一和第二处理器，第一采集控制板对多个通道的模拟量信号进行同步采集，得到每个通道的模拟量信号对应的数据，多个通道的模拟量信号对应的数据构成第一数据，对第一数据进行校验后，得到第一校验结果，并将第一数据和第一校验结果处理为差分信号并发送给第一处理器，第一处理器将差分信号转换为单端信号后，得到第二数据和第一校验结果，并对第二数据进行校验，得到第二校验结果，并将第一和第二校验结果进行对比，在对比一致后，发送给第二处理器，由其进行封装并上传至应用层。

Description

基于轨道交通试验台的数据采集控制单元

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种基于轨道交通试验台的数据采集控制单元。

背景技术

随着轨道交通车辆产品的迅速发展，需要各种各样的试验台来满足列车各类产品的功能及性能测试。试验台的工作原理是通过自身的采集控制单元控制被测设备依次执行相应的操作，并实时采集被测设备输出的数据来判断被测设备的功能和性能是否满足设计需求，或对产品进行日常检修。

目前多数试验台的采集控制单元使用工控机加采集板卡的方案实现试验过程数据的采集、存储、分析和控制。例如研华生产的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)板卡MIC3327、模拟量输出板卡MIC3323和数字量输入输出板卡MIC3756等板卡搭建试验台的采集控制单元。工控机加采集板卡的方案作为相对成型的工业化产品，性能优良且稳定，能够满足试验台基本功能需求，但存在以下几个缺点：1、工业化产品无法完成定制化、自主配置等设计，也不利于试验台产品的知识产权保护；2、工业化产品不支持远程软件更新和数据监控的需求；3、标准采集卡数据采样速率单一，无法实现多路数据同步并行采样的要求；4、工业化产品接口单一，不支持分布式采集控制设备的接入，不利于大型试验台的搭建；5、工业化产品不能提供产品部件使用次数和寿命预测等维护信息。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，以解决现有技术中存在的无法完成定制化、自主配置等设计、不支持远程软件更新和数据监控的需求、采样速率单一，无法实现多路数据同步并行采样的要求、工业化产品接口单一，不支持分布式采集控制设备的接入，不利于大型试验台的搭建、不能提供产品部件使用次数和寿命预测等维护信息的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述基于轨道交通试验台的数据采集控制单元包括控制机箱；

所述控制机箱包括中央处理器CPU板卡和第一数量个第一采集控制板和第二数量个第二采集控制板；

所述CPU板卡包括第一处理器和第二处理器，所述第一处理器和所述第二处理器通过内部高级外围总线APB相连接；所述第一处理器和所述第一采集控制板通过串行同步数据通信SSB总线相连接，所述第二处理器分别和所述第一采集控制板、所述第二采集控制板通过控制器局域网络CAN总线相连接；

所述第一采集控制板对多个通道的模拟量信号进行同步采集，得到每个通道的模拟量信号对应的数据，多个通道的模拟量信号对应的数据构成第一数据，对所述第一数据进行校验后，得到第一校验结果，并将所述第一数据和所述第一校验结果处理为差分信号并发送给所述第一处理器，所述第一处理器将所述差分信号转换为单端信号后，得到第二数据和第一校验结果，并对所述第二数据进行校验，得到第二校验结果，并将所述第一校验结果和所述第二校验结果进行对比，在对比一致后，发送给第二处理器；所述第二处理器对所述第二数据进行封装并上传至应用层。

在一种可能的实现方式中，所述第一采集控制板包括第一模拟数字A/D控制器和第二A/D控制器、第一数据缓存区和第一SSB控制器；所述第一处理器包括第二SSB控制器和第二数据缓存区和APB控制器；

所述第一A/D控制器对第一多通道的模拟量信号进行同步采集后，得到第一多通道的每个模拟量信号对应的数据；

所述第二A/D控制器对第二多通道的模拟量信号进行同步采集后，得到第二多通道的每个模拟量信号对应的数据；

所述第一数据缓存区依次对第一多通道的每个模拟量信号对应的数据和第二多通道的每个模拟量信号对应的数据进行存储，得到第一数据；

所述第一SSB控制器对所述第一数据进行CRC运算，得到第一校验结果，并将所述第一数据和第一校验结果逐位拆分，得到单端信号，将所述单端信号转换为差分信号，并在时钟上升沿将所述差分信号通过SSB总线发送给所述第二SSB控制器；

所述第二SSB控制器再时钟下降沿，逐位接收所述第一SSB发送的差分信号，并将所述差分信号转换为单端信号，所述单端信号包括第二数据和第一校验结果，对所述第二数据进行CRC运算后，得到第二校验结果，并将所述第二校验结果和所述第一校验结果进行对比，在对比一致后，将所述第二数据发送给第二数据缓存区进行存储；

所述APB控制器将所述第二数据发送给第二处理器进行处理。

在一种可能的实现方式中，所述第二SSB控制器将所述第二校验结果和所述第一校验结果进行对比，在对比不一致后，所述第二数据缓存区对所述第二数据进行存储，并且所述第二SSB控制器向所述第一SSB控制器发送复位信号，以通过所述复位信号对所述第一SSB控制器进行复位。

在一种可能的实现方式中，所述第一数据缓存区存储温度数据，所述温度数据是所述第一A/D控制器和所述第二A/D控制器采集的温度模拟量信号进行转换后所得到的温度数据。

在一种可能的实现方式中，所述第二数据缓存区的个数和所述第一采集控制板的个数相同。

在一种可能的实现方式中，所述控制机箱还包括背板和电源板；

所述电源板、所述CPU板卡所述第一数量个第一采集控制板和所述第二数量个第二采集控制板插入所述背板；

所述电源板为所述CPU板卡、所述第一数量个第一采集控制板和第二数量个第二采集控制板供电。

在一种可能的实现方式中，所述基于轨道交通试验台的数据采集控制单元还包括扩展模块；所述控制机箱还包括预留接口；

所述扩展模块插接在所述预留接口后，与所述第一采集控制板或第二采集控制板级联；

所述CPU板卡设置有拨码开关，所述拨码开关的档位对应CAN总线ID号，每个CAN总线ID号对应一个第一采集控制板或者一个扩展模块，通过选择所述CAN总线ID号，进行所述第一采集控制板和所述扩展模块的确定。

在一种可能的实现方式中，所述第二处理器包括第一以太网端口、第二以太网端口、串行通信端口、无线通信端口，所述第一以太网端口和第二以太网端口通过网络隔离变压器进行隔离、第一串行通信端口通过隔离芯片进行隔离。

在一种可能的实现方式中，所述第一采集控制板为模拟量采集卡，所述第二采集控制板为模拟量输出卡、数字量采集卡、数字量输出卡中的一个或多个。

在一种可能的实现方式中，所述第二处理器接收终端发送的升级指令，判断是否具备升级条件，当具备升级条件后，接收升级数据包，判断是否接收完升级数据包，当升级数据包接收完成后，判断所述软件数据属于第一处理器、第二处理器或者第第二采集控制板的软件数据，当所述软件数据属于第二采集控制板时，通过CAN总线将关闭喂狗操作指令，并在所述第二采集控制板重启后，进行软件数据更新，并判断更新是否完成；

当所述软件数据属于第二处理器时，通过所述软件数据替换所述第二处理器中之前的软件数据；

当所述软件数据属于第一处理器时，通过所述软件数据替换所述第一处理器之前的软件数据。

通过应用本发明实施例提供的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，数据采集控制单元可以进行多通道模拟量高速同步采集，满足某些试验台高速同步采集的需求，例如三轴加速度传感器的瞬时同步采样。可以方便的实现列车各类试验台的接口资源需求同时缩小了产品的体积。产品硬件和软件均自主开发方便试验台产品的快速开发。数据采集控制单元可以根据硬件配置，通过第二处理器灵活的完成底层采集数据的标准封装，方便用户在数据采集控制单元的软硬件平台上进行产品的二次开发，并且可以实现远程软件更新和数据监控的功能，方便产品的远程维护和监控。数据采集控制单元既可作为试验台的控制中心，完成小型试验台功能需求，又可以通过无线或有线通信方式获取分布式终端产品的数据，实现分布式布局满足大型试验台接口需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的数据采集控制单元架构图；

图2为本发明实施例提供的数据采集控制单元的内部资源及通讯结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一采集控制板与CPU板卡结构图；

图4为本发明实施例提供的第一采集控制板和CPU板卡数据交互流程图；

图5为本发明实施例提供的应用软件在线升级流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

第一、第二等编号仅予以区分，并无其他含义。

图1为本发明实施例提供的数据采集控制单元架构图。图2为本发明实施例提供的数据采集控制单元的内部资源及通讯结构示意图。该数据采集控制单元应用于轨道交通车辆的试验台中，试验台通过数据采集控制单元控制被测设备依次执行相应的操作，并实时采集被测设备输出的数据判断被测设备的功能和性能是否满足需求。结合图1和图2，该数据采集控制单元包括控制机箱和扩展模块。

控制机箱包括背板、电源板、CPU板卡和采集控制板1至采集控制板4，采集控制板1-4可以包括第一数量个第一采集控制板和第二数量个第二采集控制板。电源板、CPU板卡、第一数量个第一采集控制板和第二数量个第二采集控制板插入背板。

电源板为CPU板卡、第一数量个第一采集控制板和第二数量个第二采集控制板供电。

CPU板卡包括第一处理器和第二处理器，第一处理器和第二处理器通过内部高级外围总线(Advanced Peripheral Bus，APB)相连接；第一处理器和第一采集控制板通过串行同步数据通信总线(synchronous serial data transfer Bus，SSB)相连接，第二处理器分别和第一采集控制板、第二采集控制板通过控制器局域网络(Controller AreaNetwork，CAN)总线相连接。

其中，CPU板卡可以和第一采集控制板通过高速SSB总线或者低速CAN总线进行数据交互。此处第一采集控制板和CPU板卡既可以通过SSB总线进行高速数据的交互，又可以通过CAN总线进行低速数据的交互，此处的低速数据比如为压力传感器采集的数据。

第一采集控制板对多个通道的模拟量信号进行同步采集，得到每个通道的模拟量信号对应的数据，多个通道的模拟量信号对应的数据构成第一数据，对第一数据进行校验后，得到第一校验结果，并将第一数据和第一校验结果处理为差分信号并发送给第一处理器，第一处理器将差分信号转换为单端信号后，得到第二数据和第一校验结果，并对第二数据进行校验，得到第二校验结果，并将第一校验结果和第二校验结果进行对比，在对比一致后，发送给第二处理器；第二处理器对第二数据进行封装并上传至应用层。

参见图3，第一采集控制板的主处理器为复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)，第一采集控制板支持16路-10V～+10V或4～20mA的标准模拟量信号的同步数据采集，同时支持2路PT100温度传感器的数据采集。

其中CPLD包括第一模数转换器(Analog to Digital Converter，A/D)控制器、第一数据缓存区和第一SSB控制器。

标准模拟量信号的采集采用两路A/D控制器，每路A/D控制器集成8路模拟量输入(Analogy Input，AI)采集通道，可以对8路模拟量信号进行同步采集。8路模拟量信号可以是试验台采集的模拟量信号，与现有技术中的通过8个调理通道加8个ADC芯片采集模拟量信号相比，本申请需要一个A/D控制器即可实现8路模拟量采集，从而节省了印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的布局空间。此外，每个A/D控制器可同时采集8个通道的数据并锁存，CPLD可同时控制两片A/D控制器同步锁存16路数据，然后依次读出16路数据并放入第一数据缓存区。SSB控制器会将一次同步采集锁存的数据一次性的取出，并通过SSB总线发送给CPU板卡，这样可以严格保证各个AI采集通道采样的为同一时刻的信号。

温度传感器的接线方式可配置为2线制、3线制或4线制，通过I2C串行总线实现控制。所有AI采集通道以100kSPS的采样速率进行模数转换，转换后的第一数据在第一数据缓存区进行缓存。

参见图4，下面对第一采集控制板和CPU板卡之间的数据交互过程进行具体的说明。

步骤401，第一A/D控制器对第一多通道的模拟量信号进行同步采集后，得到第一多通道的每个模拟量信号对应的数据。

其中，第一A/D控制器对采集的标准电压电流信号和温度传感器信号进行转换，得到对应的数据。比如，可以通过第一A/D控制器进行同时瞬时采集三相电机的数据，或者采集三轴加速度传感器的x轴、y轴和z轴的数据，从而保证了采集的模拟量信号的同步。

步骤402，第二A/D控制器对第二多通道的模拟量信号进行同步采集后，得到第二多通道的每个模拟量信号对应的数据。

与步骤401相同，第一A/D控制器和第二A/D控制器可以进行同时采集。

步骤403，第一数据缓存区依次对第一多通道的每个模拟量信号对应的数据和第二多通道的每个模拟量信号对应的数据进行存储，得到第一数据；

其中，对于第一A/D控制器中，完成8个AI采集通道的模拟量信号采集后，依次进行每个AI采集通道的采样数据读取，并将数据在第一数据缓存区进行缓存，随后进行下一个AI采集通道的采样数据读取，将最终在第一数据缓存区存储的数据可以称为第一数据。

步骤404，第一SSB控制器对第一数据进行循环冗余校验(Cyclic RedundancyCheck，CRC)运算，得到第一校验结果，并将第一数据和第一校验结果逐位拆分，得到单端信号，将单端信号转换为差分信号，并在时钟上升沿将差分信号通过SSB总线发送给第二SSB控制器。

具体的，SSB控制器同时将第一数据从第一数据缓存区取出后，按照既定的公式，进行CRC运算，得到第一数据的第一校验结果，并将第一数据和第一校验结果进行逐位拆分，并将拆分后的单端信号转换为差分信号。CRC具体的运算步骤为本领域的常用技术手段，此处不再赘述。

其中，为了保证数据的抗干扰能力，此处将单端信号转换为差分信号。此处CPLD、第一处理器中都具有时钟，其时钟是同步的。

步骤405，第二SSB控制器再时钟下降沿，逐位接收第一SSB发送的差分信号，并将差分信号转换为单端信号，单端信号包括第二数据和第一校验结果，对第二数据进行CRC运算后，得到第二校验结果，并将第二校验结果和第一校验结果进行对比，在对比一致后，将第二数据发送给第二数据缓存区进行存储。

具体的，第二SSB控制器对于差分信号进行转换，得到单端信号，通过对单端信号中的第二数据进行相同的CRC运算，得到第二校验结果，将第一校验结果和第二校验结果进行对比后，如果两者相同，则通过第二数据缓存区对第二数据进行存储。

当第二SSB控制器检测到第一校验结果和第二校验结果不一致时，第二数据缓存不会对第二数据进行存储，并保存上一帧的结果，并且，第二SSB控制器发送复位信号至第一SSB控制器，以进行第二SSB控制器和第一SSB控制器之间的通信的复位，从而实现了通信故障自恢复，保证了数据传输的完整性和稳定性。

步骤406，APB控制器将第二数据发送给第二处理器进行处理。

APB控制器将第二数据从第二数据缓存区取出后，通过APB总线发送给ARM处理器，以使ARM处理器进行进一步的运算。其中，第二数据缓存区的个数与第一采集控制板的个数相同，比如，图3中有3个第一采集控制板，则存在3个第二数据缓存区，ARM处理器将底层的第二数据以标准格式进行封装并上传至应用层。在应用层可以进行算法或逻辑应用的二次开发。ARM处理器可支持Linux操作系统或QNX操作系统，满足目前多数试验台或工业控制现场需求。

从而，通过SSB控制器，实现第一采集控制板和CPU板卡之间的快速数据传输，SSB控制器将单端信号处理为低电压差分信号(Low-Voltage Differential Signaling，LVDS)，LVDS具有传输速度快、功耗低和抗干扰能力强的特点。通过采集控制板中的A/D控制器，即可实现对模拟量信号的同步采集，保证了采集的模拟量数据的同步性，第一SSB控制器和第二SSB控制器可实现CRC校验，具有极高的数据检错能力。

进一步的，第一采集控制板同时支持CAN通信方式将采集的数据传输至ARM处理器。由于背板的限制，一般数据采集控制单元中最多具有三个模拟量采集卡，当第一采集控制板包括三个模拟量采集卡时，48个AI采集通道仍然无法满足需求时，可以通过扩展模块进行扩展。

具体的，控制机箱还包括预留接口，当控制机箱的资源无法满足试验台项目需求时，可以打开控制机箱的右侧外壳，从右侧横向插入扩展模块，将扩展模块插接在预留接口后，扩展模块与第一采集控制板或者第二采集控制板级联，数据采集控制单元最大可支持16个采集控制板，其中，16个采集控制板包括第一采集控制板、第二采集控制板和扩展模块。扩展模块类型和第一采集控制板相同,CPU板卡设置有拨码开关，拨码开关的档位对应CAN总线ID号，每个CAN总线ID号对应一个第一采集控制板或者一个扩展模块，通过选择CAN总线ID号，进行第一采集控制板和扩展模块的确定，从而实现数据采集控制单元的灵活配置，从而保证各个槽位的第一采集控制板具有相同的硬件设计和底层驱动软件，降低了调试维护成本。由此，本申请的数据采集控制单元，既能满足轨道交通产品的试验台的列车各类产品的基本需求，又能提高其扩展性，满足大型试验台的项目需求。

进一步的，参见图2，第二采集控制板包括模拟量输出卡、数字量采集卡和数字量输出卡中的一个或多个，当为任何一个时，具有相同的硬件架构。其中主处理器为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，设计硬件看门狗和温度监控电路，当第二采集板卡工作异常后，可以通过看门狗自动复位重启并恢复正常工作，第二采集板卡前面板设置有拨码开关，通过调整拨码开关可配置CAN通信的ID号和第一采集控制板、第二采集控制板和扩展模块的硬件地址。

当第二采集控制板为数字量采集卡时，支持32路0～DC24V的数字量信号采集，可配置为16路冗余采集模式，从而提高了数字量采集的可靠性。当第二采集控制板为数字量输出卡时，支持18路DC24V的数字量输出，在图2中的对外连接器处，设置有数字量输入(Digital Input，DI)采集电路，将24V的数字量输出进行采样，通过DI采集电路采集的数字量，进行数字量输出的诊断，从而实现对数字量输出采集板输出的数字量进行反馈诊断。

进一步的，数据采集控制单元通过以太网或者无线通信方式连接远程终端，从而实现软件在线升级，参见图5，下面对升级步骤进行具体的描述。

步骤501，上位机或远程终端通过下发升级指令；

具体的，上位机或者远程终端通过以太网或者无线方式下发用于进行应用软件升级的升级指令。

步骤502，判断是否具体升级条件；

具体的，第二处理器接收升级指令，判断是否具备升级条件，此处通过判断工作状态从而确定是否具备升级条件，当处于休闲或者休眠模式时，可以进行升级，当处于工作状态时，如果进行软件升级，会导致工作中断，因此不能进行升级。

步骤503，接收升级数据包并校验。

具体的，当具备升级条件后，第二处理器接收升级数据包，数据包包括包头、包尾、字节和命令等，包头信息可以包括标志位、首部校验和、数据包总长度、服务类型等，可以通过校验算法，计算得到校验和，将该校验和与首部校验和进行比较，从而进行升级数据包的校验。

由于升级数据包过大，因此，可以分为多个包进行逐帧发送，因此，需要执行步骤504。

步骤504，判断升级数据包是否接收完成；

具体的，升级数据包为多个子升级数据包时，可以根据每个子升级数据包中的标志位等，判断升级数据包是否接收完成，比如，升级数据包包括4个子升级数据包，标志位分别为00、01、10、11，通过判断接收到的每个子升级数据包中的标志位，当接收到标志位为11的子升级数据包时，可以确定升级数据包接收完成。

步骤505，判断升级数据包是否升级第二采集控制板的应用软件；

具体的，对升级数据包进行解析后，可以得到软件数据，软件数据中包括命令字节，通过命令字节的内容，可以确定是否为第二采集控制板的应用软件进行升级。

步骤506，第二处理器发送停止喂狗指令；

具体的，当确定对第二采集控制板的应用软件进行升级时，由于其是在重启后加载程序，因此需要第二处理器通过CAN总线发送停止喂狗指令，使得第二采集控制板重启。

步骤507，第二采集控制板重启后进行应用软件更新；

具体的，在第二采集控制板重启时，会判断是否存在进行应用软件升级的软件数据，当存在软件数据时，将软件数据加载至程序段中，即可实现应用软件更新。

步骤508，远程终端或者上位机通过软件升级完成指令判断是否完成升级。

具体的，第二采集控制板升级完成后，第二处理器通过CAN总线接收到软件升级完成指令，并通过无线或者以太网端口将软件升级完成指令发送给远程终端或者上位机。从而使得远程终端或者上位机可以通过软件升级完成指令来判断是否完成应用软件的升级。当完成升级时，跳转至步骤513，当没有完成升级时，跳转至步骤506。

步骤509，判断升级数据包是否升级第二处理器中的应用软件；

具体的，通过与步骤505相同的操作，可以判断是否升级第二处理器中的应用软件。

步骤510，替换第二处理器中的应用软件；

具体的，通过升级数据包解析后得到的升级数据，替换第二处理器中的应用软件。

步骤511，判断升级数据包是否升级第一处理器中的应用软件；

具体的，通过与步骤505相同的操作，可以判断是否升级第一处理器中的应用软件。

步骤512，替换第一处理器中的应用软件；

具体的，第二处理器可以通过CAN总线，将升级数据包解析后得到的升级数据发送给第一处理器，以替换第一处理器中的应用软件，进行第一处理器中的应用软件的升级。

步骤513，完成。

进一步的，数据采集控制单元可以通过第一处理器中的第二缓存区域记录CPU板卡的开关机时间、累计运行时间、MOS或者继电器的动作次数、CPU板卡的温度异常数据和存储芯片的擦写次数等维护信息，可以将维护信息本地存储，或通过网络上传至云端进行数据处理。

其中，此处的温度异常数据还包括第一采集控制板采集的模拟量信号得到的温度数据，该些温度数据如果存在异常，会和第二数据一样，存储在第二缓存区域中。

示例而非限定，CPU板卡可以采用Zynq7000系列FPGA，其内部包含双处理器架构，其中的第一处理器为现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)处理器，第二处理器为ARM处理器。

第一处理器和第二处理器通过APB接口进行数据交互。第二处理器对外具有通过网络隔离变压器隔离的第一以太网通信端口和第二以太网通信端口，电气隔离的串行通信端口和无线通信端口。其中串行通信端口为推荐标准(Recommendation Standard，RS)485接口。通过无线通信端口或者第二通信端口，数据采集控制单元可实现局域网组网和广域网接入功能。通过第一以太网端口和第二以太网端口，数据采集控制单元可连接上位机或远端维护管理终端，实现在线数据监控或者强制输出功能，可以方便的获取分布式终端产品的数据接入。通过串行通信端口和和无线通信端口，可以进行分布式终端的数据采集与控制功能，满足试验台分布式终端数据的接入功能。CPU板卡支持嵌入式通用串行总线(Embedded Universal Serial Bus，eUSB)接口的大数据存储功能，最高支持8GB的数据存储容量。

其中，无线通信包括但不限于WIFI、zigbee、lora、第四代移动通信技术(the 4thgeneration mobile communication technology，4G)和5G中的任意一种。

通过应用本发明实施例提供的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，数据采集控制单元可以进行多通道模拟量高速同步采集，满足某些试验台高速同步采集的需求，例如三轴加速度传感器的瞬时同步采样。可以方便的实现列车各类试验台的接口资源需求同时缩小了产品的体积。产品硬件和软件均自主开发方便试验台产品的快速开发。数据采集控制单元可以根据硬件配置，通过第二处理器灵活的完成底层采集数据的标准封装，方便用户在数据采集控制单元的软硬件平台上进行产品的二次开发，并且可以实现远程软件更新和数据监控的功能，方便产品的远程维护和监控。数据采集控制单元既可作为试验台的控制中心，完成小型试验台功能需求，又可以通过无线或有线通信方式获取分布式终端产品的数据，实现分布式布局满足大型试验台接口需求。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述基于轨道交通试验台的数据采集控制单元包括控制机箱；

所述控制机箱包括中央处理器CPU板卡和第一数量个第一采集控制板和第二数量个第二采集控制板；

所述CPU板卡包括第一处理器和第二处理器，所述第一处理器和所述第二处理器通过内部高级外围总线APB相连接；所述第一处理器和所述第一采集控制板通过串行同步数据通信SSB总线相连接，所述第二处理器分别和所述第一采集控制板、所述第二采集控制板通过控制器局域网络CAN总线相连接；

所述第一采集控制板对多个通道的模拟量信号进行同步采集，得到每个通道的模拟量信号对应的数据，多个通道的模拟量信号对应的数据构成第一数据，对所述第一数据进行校验后，得到第一校验结果，并将所述第一数据和所述第一校验结果处理为差分信号并发送给所述第一处理器，所述第一处理器将所述差分信号转换为单端信号后，得到第二数据和第一校验结果，并对所述第二数据进行校验，得到第二校验结果，并将所述第一校验结果和所述第二校验结果进行对比，在对比一致后，发送给第二处理器；所述第二处理器对所述第二数据进行封装并上传至应用层。

2.根据权利要求1所述的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述第一采集控制板包括第一模拟数字A/D控制器和第二A/D控制器、第一数据缓存区和第一SSB控制器；所述第一处理器包括第二SSB控制器和第二数据缓存区和APB控制器；

所述第一A/D控制器对第一多通道的模拟量信号进行同步采集后，得到第一多通道的每个模拟量信号对应的数据；

所述第二A/D控制器对第二多通道的模拟量信号进行同步采集后，得到第二多通道的每个模拟量信号对应的数据；

所述第一数据缓存区依次对第一多通道的每个模拟量信号对应的数据和第二多通道的每个模拟量信号对应的数据进行存储，得到第一数据；

所述第一SSB控制器对所述第一数据进行CRC运算，得到第一校验结果，并将所述第一数据和第一校验结果逐位拆分，得到单端信号，将所述单端信号转换为差分信号，并在时钟上升沿将所述差分信号通过SSB总线发送给所述第二SSB控制器；

所述第二SSB控制器再时钟下降沿，逐位接收所述第一SSB发送的差分信号，并将所述差分信号转换为单端信号，所述单端信号包括第二数据和第一校验结果，对所述第二数据进行CRC运算后，得到第二校验结果，并将所述第二校验结果和所述第一校验结果进行对比，在对比一致后，将所述第二数据发送给第二数据缓存区进行存储；

所述APB控制器将所述第二数据发送给第二处理器进行处理。

3.根据权利要求2所述的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述第二SSB控制器将所述第二校验结果和所述第一校验结果进行对比，在对比不一致后，所述第二数据缓存区对所述第二数据进行存储，并且所述第二SSB控制器向所述第一SSB控制器发送复位信号，以通过所述复位信号对所述第一SSB控制器进行复位。

4.根据权利要求2所述的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述第一数据缓存区存储温度数据，所述温度数据是所述第一A/D控制器和所述第二A/D控制器采集的温度模拟量信号进行转换后所得到的温度数据。

5.根据权利要求2所述的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述第二数据缓存区的个数和所述第一采集控制板的个数相同。

6.根据权利要求1所述的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述控制机箱还包括背板和电源板；

所述电源板、所述CPU板卡所述第一数量个第一采集控制板和所述第二数量个第二采集控制板插入所述背板；

所述电源板为所述CPU板卡、所述第一数量个第一采集控制板和第二数量个第二采集控制板供电。

7.根据权利要求1所述的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述基于轨道交通试验台的数据采集控制单元还包括扩展模块；所述控制机箱还包括预留接口；

所述扩展模块插接在所述预留接口后，与所述第一采集控制板或第二采集控制板级联；

所述CPU板卡设置有拨码开关，所述拨码开关的档位对应CAN总线ID号，每个CAN总线ID号对应一个第一采集控制板或者一个扩展模块，通过选择所述CAN总线ID号，进行所述第一采集控制板和所述扩展模块的确定。

8.根据权利要求1所述的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述第二处理器包括第一以太网端口、第二以太网端口、串行通信端口、无线通信端口，所述第一以太网端口和第二以太网端口通过网络隔离变压器进行隔离、第一串行通信端口通过隔离芯片进行隔离。

9.根据权利要求1所述的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述第一采集控制板为模拟量采集卡，所述第二采集控制板为模拟量输出卡、数字量采集卡、数字量输出卡中的一个或多个。

10.根据权利要求1述的基于轨道交通试验台的数据采集控制单元，其特征在于，所述第二处理器接收终端发送的升级指令，判断是否具备升级条件，当具备升级条件后，接收升级数据包，判断是否接收完升级数据包，当升级数据包接收完成后，对升级数据包进行解析，得到软件数据，判断所述软件数据属于第一处理器、第二处理器或者第二采集控制板的软件数据，当所述软件数据属于第二采集控制板时，通过CAN总线将关闭喂狗操作指令，并在所述第二采集控制板重启后，进行软件数据更新，并判断更新是否完成；

当所述软件数据属于第二处理器时，通过所述软件数据替换所述第二处理器中之前的软件数据；

当所述软件数据属于第一处理器时，通过所述软件数据替换所述第一处理器之前的软件数据。

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