一種動(dòng)車組車載信息采集和傳輸設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)車組車載信息采集和傳輸設(shè)備，所述設(shè)備主要由電流環(huán)接口模塊、單片機(jī)模塊、通行接口轉(zhuǎn)換模塊、無(wú)線通信模塊和主機(jī)模塊組成，通過(guò)歐洲總線接插件和背板相連。電流環(huán)接口模塊實(shí)現(xiàn)基于20mA電流的雙向串行通信，將電流環(huán)串行通信模式轉(zhuǎn)換為TTL電平的串行通信模式；單片機(jī)模塊接收從電流環(huán)接口模塊發(fā)送來(lái)的動(dòng)車組車載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將應(yīng)答信息通過(guò)電流環(huán)發(fā)送到車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)通過(guò)串口轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送到主機(jī)模塊；串口轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)的是將TTL電平的串行通信模式接口轉(zhuǎn)換為RS-232接口；主機(jī)模塊則把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、處理，并打包通過(guò)無(wú)線通信模塊向地面服務(wù)器發(fā)送。
【專利說(shuō)明】一種動(dòng)車組車載信息采集和傳輸設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及動(dòng)車組運(yùn)行和故障狀態(tài)采集和車地間數(shù)據(jù)傳 輸技術(shù)和專業(yè)設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)高鐵正在不斷加快建設(shè)步伐，而鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩氰F路快速發(fā)展的前提，沒(méi) 有安全就沒(méi)有速度，沒(méi)有安全就沒(méi)有高效。隨著高速鐵路運(yùn)輸對(duì)安全監(jiān)控的顆粒度要求越 來(lái)越細(xì)，精度要求也越來(lái)越高，這就對(duì)高速鐵路鐵路信息化建提出了新的要求。鐵路運(yùn)輸安 全事件通常發(fā)生在運(yùn)輸途中，因此列車在途運(yùn)輸安全狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)信息即時(shí)發(fā)送 到對(duì)面調(diào)度和維修中心，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時(shí)采取合理措施，保證列車安全運(yùn)行有 著非常重要的意義。
[0003] 目前，鐵路動(dòng)車組均配有車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)本車各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 并通過(guò)監(jiān)視屏幕將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，同時(shí)也開(kāi)始將這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信手段 發(fā)送到地面監(jiān)測(cè)中心等處。但由于列車運(yùn)行時(shí)設(shè)備的工作環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴(yán)重，容易影 響車載數(shù)據(jù)采集設(shè)備的正常工作，出現(xiàn)丟數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。這一問(wèn)題嚴(yán)重影響著現(xiàn)有的類似車 載設(shè)備的工作。
[0004] 本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)車載信息采集和傳輸設(shè)備的結(jié)構(gòu)和電路進(jìn)行了合理設(shè) 計(jì)，很好的解決了車載設(shè)備工作的可靠性和安全性問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種動(dòng)車組車載信息采集和傳輸 設(shè)備。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] -種動(dòng)車組車載信息采集和傳輸設(shè)備，所述設(shè)備主要由電流環(huán)接口模塊、單片機(jī) 模塊、通行接口轉(zhuǎn)換模塊、無(wú)線通信模塊和主機(jī)模塊組成，通過(guò)歐洲總線接插件和背板（背 板布有自定義總線）相連。其中，電流環(huán)接口模塊實(shí)現(xiàn)基于20mA電流的雙向串行通信，并將 電流環(huán)串行通信模式轉(zhuǎn)換為TTL電平的串行通信模式，提供與車載監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 交互的可靠和安全的物理接口；單片機(jī)模塊接收從電流環(huán)接口模塊發(fā)送來(lái)的動(dòng)車組車載監(jiān) 測(cè)數(shù)據(jù)，并將應(yīng)答信息通過(guò)電流環(huán)發(fā)送到車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)， 校驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)通過(guò)串口轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送到主機(jī)模塊；串口轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)的是將TTL電平的 串行通信接口模式轉(zhuǎn)換為RS-232接口模式，在單片機(jī)與主機(jī)模塊間搭起透明的傳輸通道； 主機(jī)模塊則把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、處理，并打包向地面服務(wù)器發(fā)送；所述無(wú)線通信模塊 包括GPRS、GPS和WLAN，負(fù)責(zé)完成與地面服務(wù)器的連接，將主機(jī)模塊傳送來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)送到地 面服務(wù)器，并將地面服務(wù)器的下傳的數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)模塊。
[0008] 其中，電流環(huán)接口模塊、單片機(jī)模塊、通行接口轉(zhuǎn)換模塊安裝在一塊電路板上，即 III號(hào)板，無(wú)線通信模塊安裝在一塊主板上，即IV號(hào)板，主機(jī)模塊安裝在一塊主板上，即II 號(hào)板，另配有DC100V輸入、DC5V輸出的電源模塊，即I號(hào)板，每塊電路板通過(guò)歐洲總線接插 件與背板，即〇號(hào)板連接，電路板之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)背版上的總線實(shí)現(xiàn)。
[0009] 其中，所述III號(hào)板包括電流環(huán)接口電路、接口轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)傳遞控制電路，所 述電流環(huán)接口電路，由U3、U4和U5構(gòu)成，帶有過(guò)壓過(guò)流保護(hù)，通過(guò)J2與列車總線相連；所 述接口轉(zhuǎn)換電路，由U1實(shí)現(xiàn)TTL電平到RS-232電平的轉(zhuǎn)換，通過(guò)歐洲總線插件J1與設(shè)備 的主機(jī)模塊相連，J1的引腳功能為自定義，也是0號(hào)背板總線的定義；所述數(shù)據(jù)傳遞控制電 路，由U2單片機(jī)電路完成上述兩個(gè)接口之間的數(shù)據(jù)傳遞控制。
[0010] 其中，所述的IV號(hào)板包括GPRS/GPS電路和WLAN電路，所述GPRS/GPS電路，由U1、 U4、U6和J2組成，通過(guò)J1與設(shè)備的主機(jī)相連，其中U1為SM548模塊，J2為SM卡插座， U4和U6為RS232接口轉(zhuǎn)換模塊；所述WLAN電路，由U5、U7組成，也是通過(guò)J1與設(shè)備的主 機(jī)相連。本申請(qǐng)中的" / "是和的意思，在此特此說(shuō)明。
[0011] 其中，所述II號(hào)板的核心模塊是臺(tái)灣研華PCM3353嵌入式主機(jī)板，主機(jī)的四個(gè)串 行通信口即C0M1、COM2、COM3和COM4通過(guò)CN30連接到J2,并通過(guò)二選一選擇器S1-S6連 接到J1 ;主機(jī)的8個(gè)10 口通過(guò)CN19連接到J3,并通過(guò)選擇器S7-S14連接到J1 ;J3為USB 接口；J4為L(zhǎng)AN接口。
[0012] 其中，所述I、II、m、IV號(hào)功能板均安裝了 96針，背頭的歐洲總線接插件，所述0 號(hào)背板上安裝對(duì)應(yīng)的96針，公頭的歐洲總線接插件，并為其他功能板之間提供物理連接通 道，實(shí)現(xiàn)板間的信息交換和供電，所述設(shè)備通過(guò)〇號(hào)背板集成為一體，安裝于機(jī)箱內(nèi)。
[0013] 所述設(shè)備的應(yīng)用，動(dòng)車組載控制單元將動(dòng)車組的運(yùn)行狀態(tài)和故障等信息發(fā)送給所 述設(shè)備的III號(hào)板，所述III號(hào)板檢驗(yàn)接收數(shù)據(jù)的正確性，并向車載控制單元發(fā)生確認(rèn)信 息，同時(shí)通過(guò)0號(hào)背板將接收到的信息傳送到II號(hào)板，II號(hào)板對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、打 包，并提供〇號(hào)背板傳送到IV號(hào)板，IV號(hào)板通過(guò)GPRS/GPS電路或WLAN電路向地面發(fā)送。
[0014] 有益效果
[0015] 已實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行狀態(tài)信息、故障信息及操作信息的實(shí)時(shí)采集，采集頻率可達(dá)5 次/秒（受車載控制系統(tǒng)性能限制），安全性、可靠性均滿足鐵路行業(yè)車載電子設(shè)備的要求， 通過(guò)了鐵路行業(yè)認(rèn)可的相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)。并通過(guò)了實(shí)際上車的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，功能、性能均 達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是動(dòng)車組車載信息采集和傳輸設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖2是III號(hào)板電氣原理圖；
[0018] 圖3是IV號(hào)板電氣原理圖；
[0019] 圖4是II號(hào)板電氣原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 一種動(dòng)車組車載信息采集和傳輸設(shè)備，所述設(shè)備主要由電流環(huán)接口模塊、單片機(jī) 模塊、通行接口轉(zhuǎn)換模塊、無(wú)線通信模塊和主機(jī)模塊組成，通過(guò)歐洲總線接插件和背板（背 板布有自定義總線）相連。其中，電流環(huán)接口模塊實(shí)現(xiàn)基于20mA電流的雙向串行通信，將 電流環(huán)串行通信模式轉(zhuǎn)換為TTL電平的串行通信模式，提供與車載監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 交互的可靠和安全的物理接口；單片機(jī)模塊接收從電流環(huán)接口模塊發(fā)送來(lái)的動(dòng)車組車載監(jiān) 測(cè)數(shù)據(jù)，并將應(yīng)答信息通過(guò)電流環(huán)發(fā)送到車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)， 校驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)通過(guò)串口轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送到主機(jī)模塊；串口轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)的是將TTL電平的 串行通信接口模式轉(zhuǎn)換為RS-232接口模式，在單片機(jī)與主機(jī)模塊間搭起透明的傳輸通道； 主機(jī)模塊則把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、處理，并打包向地面服務(wù)器發(fā)送；所述無(wú)線通信模塊 包括GPRS、GPS和WLAN，負(fù)責(zé)完成與地面服務(wù)器的連接，將主機(jī)模塊傳送來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)送到地 面服務(wù)器，并將地面服務(wù)器的下傳的數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)模塊。
[0021] 其中，電流環(huán)接口模塊、單片機(jī)模塊、通行接口轉(zhuǎn)換模塊安裝在一塊電路板上，即 III號(hào)板，無(wú)線通信模塊安裝在一塊主板上，即IV號(hào)板，主機(jī)模塊安裝在一塊主板上，即II 號(hào)板，另配有DC100V輸入，DC5V輸出的電源模塊，即I號(hào)板，每塊電路板通過(guò)歐洲總線接插 件與背板，即〇號(hào)背板連接，電路板間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)背板上的總線實(shí)現(xiàn)。
[0022] 其中，所述III號(hào)板包括電流環(huán)接口電路、接口轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)傳遞控制電路，所 述電流環(huán)接口電路，由U3、U4和U5構(gòu)成，帶有過(guò)壓過(guò)流保護(hù)，通過(guò)J2與列車總線相連；所 述接口轉(zhuǎn)換電路，由U1實(shí)現(xiàn)TTL電平到RS-232電平的轉(zhuǎn)換，通過(guò)歐洲總線插件J1與設(shè)備 的主機(jī)模塊相連，J1的引腳功能為自定義，也是0號(hào)背板總線的定義；所述數(shù)據(jù)傳遞控制電 路，由U2單片機(jī)電路完成上述兩個(gè)接口之間的數(shù)據(jù)傳遞控制。
[0023] 其中，所述的IV號(hào)板包括GPRS/GPS電路和WLAN電路，所述GPRS/GPS電路，由U1、 U4、U6和J2組成，通過(guò)J1與設(shè)備的主機(jī)相連，其中U1為SM548模塊，J2為SM卡插座， U4和U6為RS232接口轉(zhuǎn)換模塊；所述WLAN電路，由U5、U7組成，也是通過(guò)J1與設(shè)備的主 機(jī)相連。
[0024] 其中，所述II號(hào)板的核心模塊是臺(tái)灣研華PCM3353嵌入式主機(jī)板，主機(jī)的四個(gè)串 行通信口即C0M1、COM2、COM3和COM4通過(guò)CN30連接到J2,并通過(guò)二選一選擇器S1-S6連 接到J1 ;主機(jī)的8個(gè)10 口通過(guò)CN19連接到J3,并通過(guò)選擇器S7-S14連接到J1 ;J3為USB 接口；J4為L(zhǎng)AN接口。
[0025] 其中，所述I、II、III、IV號(hào)功能板均安裝了 96針，母頭的歐洲總線接插件，所述0 號(hào)背板上安裝對(duì)應(yīng)的96針，公頭的歐洲總線接插件，并為其他功能板之間提供物理連接通 道，實(shí)現(xiàn)板間的信息交換和供電，所述設(shè)備通過(guò)〇號(hào)背板集成為一體，安裝于機(jī)箱內(nèi)。
[0026] 所述設(shè)備的應(yīng)用，動(dòng)車組載控制單元將動(dòng)車組的運(yùn)行狀態(tài)和故障等信息發(fā)送給所 述設(shè)備的III號(hào)板，所述III號(hào)板檢驗(yàn)接收數(shù)據(jù)的正確性，并向車載控制單元發(fā)生確認(rèn)信 息，同時(shí)通過(guò)〇號(hào)背板將接收到的信息傳送到II號(hào)板，II號(hào)板對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、打 包，并提供〇號(hào)背板傳送到IV號(hào)板，IV號(hào)板通過(guò)GPRS/GPS電路或WLAN電路向地面發(fā)送。
[0027] 最后應(yīng)說(shuō)明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)所作的舉例，而并 非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做 出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引 申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本申請(qǐng)型的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1. 一種動(dòng)車組車載信息采集和傳輸設(shè)備，其特征在于：所述設(shè)備主要由電流環(huán)接口模 塊、單片機(jī)模塊、通行接口轉(zhuǎn)換模塊、無(wú)線通信模塊和主機(jī)模塊組成，通過(guò)歐洲總線接插件 和布有自定義總線的背板相連，其中，電流環(huán)接口模塊實(shí)現(xiàn)基于20mA電流的雙向串行通 信，并將電流環(huán)串行通信模式轉(zhuǎn)換為TTL電平的串行通信模式，提供與車載監(jiān)控計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互的可靠和安全的物理接口；單片機(jī)模塊接收從電流環(huán)接口模塊發(fā)送來(lái)的動(dòng)車 組車載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將應(yīng)答信息通過(guò)電流環(huán)發(fā)送到車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)接收到的數(shù)據(jù) 進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)通過(guò)串口轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送到主機(jī)模塊；串口轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)的是將 TTL電平的串行通信接口模式轉(zhuǎn)換為RS-232接口模式，在單片機(jī)與主機(jī)模塊間搭起透明的 傳輸通道；主機(jī)模塊則把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、處理，并打包向地面服務(wù)器發(fā)送；所述無(wú) 線通信模塊包括GPRS、GPS和WLAN，負(fù)責(zé)完成與地面服務(wù)器的連接，將主機(jī)模塊傳送來(lái)的數(shù) 據(jù)發(fā)送到地面服務(wù)器，并將地面服務(wù)器的下傳的數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于：電流環(huán)接口模塊、單片機(jī)模塊、通行接口 轉(zhuǎn)換模塊安裝在一塊電路板上，即III號(hào)板，無(wú)線通信模塊安裝在一塊主板上，即IV號(hào)板， 主機(jī)模塊安裝在一塊主板上，即Π 號(hào)板，另配有DC100V輸入，DC5V輸出的電源模塊，即I號(hào) 板，每塊電路板通過(guò)歐洲總線接插件與背板，即〇號(hào)背板連接，電路板間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)背 板上的總線實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于：所述III號(hào)板包括電流環(huán)接口電路、接口 轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)傳遞控制電路，所述電流環(huán)接口電路，由U3、U4和U5構(gòu)成，帶有過(guò)壓過(guò)流保 護(hù)，通過(guò)J2與列車總線相連；所述接口轉(zhuǎn)換電路，由U1實(shí)現(xiàn)TTL電平到RS-232電平的轉(zhuǎn) 換，通過(guò)歐洲總線插件J1與設(shè)備的主機(jī)模塊相連，J1的引腳功能為自定義，也是0號(hào)背板 總線的定義；所述數(shù)據(jù)傳遞控制電路，由U2單片機(jī)電路完成上述兩個(gè)接口之間的數(shù)據(jù)傳遞 控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于：所述的IV號(hào)板包括GPRS/GPS電路和WLAN 電路，所述GPRS/GPS電路，由U1、U4、U6和J2組成，通過(guò)J1與設(shè)備的主機(jī)相連，其中U1為 SM548模塊，J2為SM卡插座，U4和U6為RS232接口轉(zhuǎn)換模塊；所述WLAN電路，由U5、U7 組成，也是通過(guò)J1與設(shè)備的主機(jī)相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于：所述II號(hào)板的核心模塊是臺(tái)灣研華 PCM3353嵌入式主機(jī)板，主機(jī)的四個(gè)串行通信口即COMl、COM2、COM3和COM4通過(guò)CN30連接 至lj J2,并通過(guò)二選一選擇器S1-S6連接到J1 ;主機(jī)的8個(gè)10 口通過(guò)CN19連接到J3,并通 過(guò)選擇器S7-S14連接到Jl ; J3為USB接口 ； J4為L(zhǎng)AN接口。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于：所述I、II、III、IV號(hào)功能板均安裝了 96 針，母頭的歐洲總線接插件，所述〇號(hào)背板上安裝對(duì)應(yīng)的96針，公頭的歐洲總線接插件，并 為其他功能板之間提供物理連接通道，實(shí)現(xiàn)板間的信息交換和供電，所述設(shè)備通過(guò)〇號(hào)背 板集成為一體，安裝于機(jī)箱內(nèi)。
7. 權(quán)利要求2所述設(shè)備的應(yīng)用，其特征在于：動(dòng)車組載控制單元將動(dòng)車組的運(yùn)行狀態(tài) 和故障等信息發(fā)送給所述設(shè)備的III號(hào)板，所述III號(hào)板檢驗(yàn)接收數(shù)據(jù)的正確性，并向車 載控制單元發(fā)生確認(rèn)信息，同時(shí)通過(guò)0號(hào)背板將接收到的信息傳送到II號(hào)板，II號(hào)板對(duì)接 收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、打包，并提供〇號(hào)背板傳送到IV號(hào)板，IV號(hào)板通過(guò)GPRS/GPS電路或 WLAN電路向地面發(fā)送。
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK104104714SQ201410200995
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】張寧, 張 杰, 張春, 劉峰, 宋曉紅, 張家斌 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué), 北京中北通信息技術(shù)有限公司