專利名稱：基于arm7的wtb-rs422網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所述的基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)涉及計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。廣 泛應(yīng)用于鐵路列車、地鐵列車和城市軌道交通車輛等實(shí)時性要求較高的工業(yè)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著鐵路跨越式發(fā)展的需要，CRH5、 CRH2、 HXD1等列車在國內(nèi)主干線路上 廣泛地應(yīng)用，國外先進(jìn)的TCN網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)已引入國內(nèi)。同時我國的電力機(jī)車車輛也開 始陸續(xù)采用TCN技術(shù)，即通過TCN網(wǎng)絡(luò)解決現(xiàn)場所有信號的采集與控制等問題。
IEC61375-1《列車通信網(wǎng)絡(luò)》(簡稱TCN標(biāo)準(zhǔn))，是一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)，也是我國鐵 路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T3035-2002。 TCN標(biāo)準(zhǔn)定義了多功能車輛總線MVB和絞線式列車總線 WTB兩種形式，是為鐵路行業(yè)這一特殊應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它制定了一個開 放的通信系統(tǒng)，從而使得各種鐵道機(jī)車車輛能夠相互聯(lián)掛、不同廠商的設(shè)備能夠互聯(lián)。
RS422總線是工業(yè)現(xiàn)場普遍應(yīng)用的現(xiàn)場總線之一，TIA/EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)是它的國 際標(biāo)準(zhǔn)。RS422總線標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用 層。RS422總線是一種有效支持分布式控制和實(shí)時控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有突出 的可靠性、實(shí)時性和靈活性。 目前，由于國內(nèi)RS422接口列車安全監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)要求，需要通過RS422接 口，將列車運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送到列車安全監(jiān)控系統(tǒng)中，方便于列車行車安全及維護(hù)。
于是WTB-RS422網(wǎng)關(guān)便成為TCN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)必需的關(guān)鍵設(shè)備，使得RS422
與WTB網(wǎng)絡(luò)達(dá)到無縫地結(jié)合。WTB-RS422網(wǎng)關(guān)的研制成功，標(biāo)志著全部 WTB-RS422轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)攻克，填補(bǔ)了國內(nèi)這一領(lǐng)域的空白，使我國的TCN網(wǎng)絡(luò)控制技 術(shù)上了 一個新臺階，對于國內(nèi)鐵路機(jī)車車輛行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新具有現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，主要應(yīng)用于鐵路列車、地鐵 列車和城市軌道交通行業(yè)的WTB網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，連接RS422總線接口的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使 之既具有了 WTB過程數(shù)據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功能和總線管理功能，也具有了 RS422鏈路層 管理功能和應(yīng)用層功能。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 —種基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括WTB板卡、RS422板 卡、CPU板卡、電源板卡和背板。所述的WTB板卡、RS422板卡和CPU板卡都是通過 背板上的背板總線相連接，而電源板卡為WTB板卡、RS422板卡和CPU板卡提供工作 電壓；所述的WTB板卡負(fù)責(zé)WTB總線設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和傳輸；所述的RS422板卡負(fù)責(zé) RS422設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制。 所述的WTB板卡包括MCU控制電路、FPGA編解碼處理器和WTB總線驅(qū)動 器。所述的設(shè)備數(shù)據(jù)流從背板總線經(jīng)FPGA編解碼處理器允許，傳入MCU控制電路轉(zhuǎn)
3化為HDLC格式報文，傳送到FPGA編解碼處理器生成曼徹斯特信號，再通過WTB總線 驅(qū)動器進(jìn)行信號調(diào)整，傳送到WTB總線上去；所述WTB總線板卡還可以接收WTB車 輛總線上的傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后回傳到背板的背板總線上。 所述的RS422板卡包括RS422隔離光耦和RS422協(xié)議控制器，所述的設(shè)備數(shù)據(jù) 流從背板總線傳送到RS422隔離光耦變成隔離的信號電平，再通過RS422協(xié)議控制器轉(zhuǎn) 化為鏈路報文形成差分信號傳送到RS422總線；所述RS422總線板卡還可以接收RS422 總線上的傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后回傳到背板的背板總線上。 所述的CPU板卡包括中央處理器、FLASH、 SDRAM、電源管理電路、復(fù)位電 路和非易失性存貯單元，所述的中央處理器分別傳送WTB總線和RS422總線數(shù)據(jù)流，經(jīng) 過背板的背板總線傳入WTB總線板卡和RS422總線板卡。 所述的MCU控制電路以查詢方式讀取WTB過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)或監(jiān)視數(shù)據(jù)， 轉(zhuǎn)化為HDLC報文格式，傳入FPGA編解碼處理器中組成曼徹斯特碼信號，或者將來自 FPGA編解碼處理器的曼徹斯特碼信號，經(jīng)過處理解析為標(biāo)準(zhǔn)并行信號數(shù)據(jù)，傳入MCU 控制電路。 所述的RS422協(xié)議控制器是將來自RS422隔離光耦的隔離信號轉(zhuǎn)化為鏈路報文 格式的差分信號，傳送到RS422總線上，或者將來自RS422總線上的差分信號，轉(zhuǎn)化為 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流傳送到RS422隔離光耦。 所述的背板總線結(jié)構(gòu)將各種板卡組合成一個整體設(shè)備，電源板卡采用模塊化設(shè) 計(jì)提供整個網(wǎng)關(guān)的供電。 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本網(wǎng)關(guān)解決了專用絞線式列車總線WTB和通用RS422的數(shù) 據(jù)通訊問題，具有設(shè)計(jì)新穎、高可靠性、高靈活性和成本低廉的特點(diǎn)，在機(jī)車車輛行業(yè) 以及相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明的WTB板卡結(jié)構(gòu)框圖；
圖3為本發(fā)明的RS422板卡結(jié)構(gòu)框圖；
圖4為本發(fā)明的CPU板卡結(jié)構(gòu)框圖； 圖5為本發(fā)明的CPU板卡中ARM7及其外圍電路接口電路圖； 圖6為本發(fā)明的RS422板卡中RS422隔離光耦和RS422協(xié)議控制器的電路連接
圖； 圖7為本發(fā)明的WTB總線板卡中MCU控制電路的電路連接圖；
圖8為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；
圖1為本發(fā)明的說明書摘要附圖。 圖中1、 WTB板卡，2、 RS422板卡，3、 CPU板卡，4、電源板卡，5、背 板，6、 MCU控制電路，7、 FPGA編解碼處理器，8、 WTB總線驅(qū)動器，9、 RS422隔離 光耦，10、 RS422協(xié)議控制器，11、中央處理器，12、 FLASH, 13、 SDRAM， 14、電源 管理電路，15、復(fù)位電路，16、非易失性存貯單元。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示， 一種基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括WTB板卡 1、 RS422板卡2、 CPU板卡3、電源板卡4和背板5，所述的WTB總線板卡1、 RS422 板卡2和CPU板卡3通過背板5上的背板總線相連接；所述的電源板卡4安裝在背板5 上對WTB總線板卡1、 RS422板卡2和CPU板卡3進(jìn)行統(tǒng)一供電；所述的WTB總線板 卡1負(fù)責(zé)采集和控制WTB總線上設(shè)備的數(shù)據(jù)流；所述的RS422板卡2負(fù)責(zé)采集和控制 RS422總線上設(shè)備的數(shù)據(jù)流；所述的CPU板卡1負(fù)責(zé)WTB總線和RS422總線設(shè)備數(shù)據(jù) 的中央處理。 如圖2所示，WTB總線板卡1包括WTB板卡包括MCU控制電路6、 FPGA編
解碼處理器7和WTB總線驅(qū)動器8。所述的設(shè)備數(shù)據(jù)流從背板總線經(jīng)FPGA編解碼處理 器7允許，傳入MCU控制電路6轉(zhuǎn)化為HDLC格式報文，傳送到FPGA編解碼處理器7 生成曼徹斯特信號，再通過WTB總線驅(qū)動器8進(jìn)行信號調(diào)整，傳送到WTB總線上去； 所述WTB總線板卡1還可以接收WTB車輛總線上的傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后回傳到背板5 的背板總線上。MCU控制電路6提供了 WTB鏈路層服務(wù)功能，完成了主輔進(jìn)程管理功 能。WTB總線驅(qū)動器8提高了總線驅(qū)動能力，具有高頻干擾信號抑制作用，EMC滿足 EN50155標(biāo)準(zhǔn)。 如圖3所示，RS422板卡2包括RS422隔離光耦9和RS422協(xié)議控制器10，所 述的設(shè)備數(shù)據(jù)流從背板總線傳送到RS422隔離光耦9變成隔離的信號電平，再通過RS422 協(xié)議控制器轉(zhuǎn)化為鏈路報文形成差分信號傳送到RS422總線；所述RS422總線板卡還可 以接收RS422總線上的傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后回傳到背板5的背板總線上。RS422隔離 光耦9對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行了電氣隔離，具有抑制電氣干擾的作用。 如圖4所示，CPU總線板卡3包括中央處理器11、 FLASH 12、 SDRAM 13、
電源管理電路14、復(fù)位電路15和非易失性存貯單元16，所述的中央處理器11分別傳送 WTB總線和RS422總線數(shù)據(jù)流，經(jīng)過背板5的背板總線傳入WTB總線板卡1和RS422 總線板卡2。中央處理器11是ARM7核微處理器，負(fù)責(zé)程序的處理運(yùn)行功能。FLASH 12和SDRAM 13分別為中央處理器11提供了程序存貯空間和運(yùn)行空間。電源管理電路 14為整個板卡提供3.3V和5V電源。另外，中央處理器11外圍還配置復(fù)位電路15和非 易失性存貯單元16。 如圖5 7所示，其中MCU控制電路6包含IS62C1024、 Z8S180和Z85230芯 片、FPGA編解碼處理器7為XCS30XL、 FPGA邏輯處理器9為XC2S30、 RS422隔離光 耦9為HCPL0661、 RS422協(xié)議控制器10為MAX488、中央處理器11為NET+50、 FLASH 12為AM29LV160B、 SDRAM 13為MT48CL4M16A2、電源管理電路14包含AS1117M3 和MIC5207芯片、復(fù)位電路15為IMP706、非易失性存貯單元16為DS 1265W ;中央處 理器11為ARM7主控制器是整個系統(tǒng)的核心部分，它由兩部分組成即硬件和軟件。硬 件的作用主要是負(fù)責(zé)WTB總線和RS422數(shù)據(jù)的中央處理及兩種總線數(shù)據(jù)流的交換。軟 件則完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧功能和應(yīng)用控制功能。MCU控制電路6和RS422協(xié)議控制器10分 別為WTB總線和RS422總線的核心器件，負(fù)責(zé)完成鏈路層功能服務(wù)。
WTB-RS422網(wǎng)關(guān)中每個板卡與板卡之間的連接為背板總線，該背板總線遵循了 標(biāo)準(zhǔn)的外存訪問總線，背板總線插座是將上述板卡連接起來的物理結(jié)構(gòu)，它將板卡間的信號安照特殊的要求進(jìn)行走線和電平匹配，同時提供了整個WTB-RS422網(wǎng)關(guān)的24V外電 源供電接口。所述的背板設(shè)計(jì)是根據(jù)鐵路行業(yè)現(xiàn)場電氣環(huán)境的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，背板總線信 號具有高的可靠性、良好靈活性能和可擴(kuò)展性能；電源板卡4采用的是模塊化設(shè)計(jì)的方 法，使用的核心電源模塊為瑞士VACON公司生產(chǎn)電源模塊芯片，目的是將+24V電壓轉(zhuǎn) 換為+5V電源，供給機(jī)箱內(nèi)板卡使用，是一個十分穩(wěn)定的電源，。 由上述四塊板卡所構(gòu)建的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，與列車內(nèi)部RS422網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連 接，這樣RS422網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的列車信息可以和WTB網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)流的交換。如果列車 內(nèi)需要更多的RS422，那么每個RS422內(nèi)就需要一套這樣的設(shè)備。典型系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖 8所示，由WTB總線板卡、RS422板卡以及CPU板卡組成WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，同時連接 WTB網(wǎng)絡(luò)和RS422。 RS422網(wǎng)絡(luò)還包括帶有RS422接口的現(xiàn)場10設(shè)備。10設(shè)備將現(xiàn) 場數(shù)據(jù)交給RS422板卡，生成RS422數(shù)據(jù)格式報文，然后由CPU板卡和WTB總線板卡 傳送到WTB總線上的其他設(shè)備上。同時反過來也可以將WTB其他設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送到10 設(shè)備。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流如上所述。當(dāng)然，根據(jù)RS422系統(tǒng)的要求還可以帶很多其他設(shè) 備，比如智能顯示單元、列車監(jiān)控單元等。
權(quán)利要求
一種基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括WTB板卡(1)、RS422板卡(2)、CPU板卡(3)、電源板卡(4)和背板(5)，所述的WTB板卡(1)、RS422板卡(2)和CPU板卡(3)通過背板(5)上的背板總線相連接；所述的電源板卡(4)安裝在背板(5)上對WTB板卡(1)、RS422板卡(2)和CPU板卡(3)進(jìn)行統(tǒng)一供電；所述的WTB板卡(1)負(fù)責(zé)采集和控制WTB總線上設(shè)備的數(shù)據(jù)流；所述的RS422板卡(2)負(fù)責(zé)采集和控制RS422總線上設(shè)備的數(shù)據(jù)流；所述的CPU板卡(1)負(fù)責(zé)WTB總線和RS422總線設(shè)備數(shù)據(jù)的中央處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的WTB板 卡包括MCU控制電路(6)、 FPGA編解碼處理器(7)和WTB總線驅(qū)動器(8)，所述的設(shè)備 數(shù)據(jù)流從背板總線經(jīng)FPGA編解碼處理器(7)允許，傳入MCU控制電路(6)轉(zhuǎn)化為HDLC 格式報文，傳送到FPGA編解碼處理器(7)生成曼徹斯特信號，再通過WTB總線驅(qū)動器 (8)進(jìn)行信號調(diào)整，傳送到WTB總線上去；所述WTB總線板卡(1)還可以接收WTB車 輛總線上的傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后回傳到背板(5)的背板總線上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的RS422 板卡包括RS422隔離光耦(9)和RS422協(xié)議控制器(10)，所述的設(shè)備數(shù)據(jù)流從背板總線傳 送到RS422隔離光耦(9)變成隔離的信號電平，再通過RS422協(xié)議控制器(10)轉(zhuǎn)化為鏈路 報文形成差分信號傳送到RS422總線；所述RS422總線板卡還可以接收RS422總線上的 傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后回傳到背板(5)的背板總線上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的CPU 板卡包括中央處理器(ll)、 FLASH(12)、 SDRAM(13)、電源管理電路(14)、復(fù)位電路(15) 和非易失性存貯單元(16)，所述的中央處理器(11)分別傳送WTB總線和RS422總線數(shù)據(jù) 流，經(jīng)過背板(5)的背板總線傳入WTB總線板卡(1)和RS422總線板卡(2)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的MCU控 制電路(6)以查詢方式讀取WTB過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)或監(jiān)視數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為HDLC報文格 式，傳入FPGA編解碼處理器(7)中組成曼徹斯特碼信號，或者將來自FPGA編解碼處理 器(7)的曼徹斯特碼信號，經(jīng)過處理解析為標(biāo)準(zhǔn)并行信號數(shù)據(jù)，傳入MCU控制電路(6)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的RS422 協(xié)議控制器(10)是將來自RS422隔離光耦(9)的隔離信號轉(zhuǎn)化為鏈路報文格式的差分信 號，傳送到RS422總線上，或者將來自RS422總線上的差分信號，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流 傳送到RS422隔離光耦(9)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于ARM7的WTB-RS422網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括WTB板卡、RS422板卡、CPU板卡、電源板卡和背板，所述的WTB板卡、RS422板卡和CPU板卡都是通過背板上的背板總線相連接，而電源板卡為WTB板卡、RS422板卡和CPU板卡提供工作電壓；所述的WTB板卡負(fù)責(zé)WTB總線設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和傳輸；所述的RS422板卡負(fù)責(zé)RS422總線設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制；所述的CPU板卡負(fù)責(zé)WTB總線和RS422總線設(shè)備數(shù)據(jù)的中央處理。本網(wǎng)關(guān)是一種符合國際標(biāo)準(zhǔn)的TCN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有設(shè)計(jì)新穎、高可靠性等特點(diǎn)，適合在我國鐵路行業(yè)等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。
文檔編號G05B19/418GK101692659SQ20091018733
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者于躍, 吳健, 李春昭, 杜振環(huán), 王曉鵬 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心