CN100534273C

CN100534273C - 一种车辆控制模块

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Publication number: CN100534273C
Application number: CNB2006100318857A
Authority: CN
Inventors: 吴正平; 路向阳; 易伟民; 任湘辉; 江奕; 肖家博; 曹洋
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: CN1867234A

Abstract

一种车辆控制模块，主要包括：金属外壳(1)、内部PCB电路板(12)、(13)、前面板(6)及对外连接器(3)。采用模块式结构，由两块插件组成，一块完成弱电功能，实现处理器核心部分、MVB通信处理部分、CAN通信处理部分、USB及以太网接口、RS232总线、RS485总线接口的集成；另一块完成DC/DC电源变换、MVB、CAN、RS485总线通信的接口部分的集成，实现信号的隔离；同时，电路中采用单块CPU结构，并在CPU与各功能模块之间没有中间插件；软件开发采用实时多任务操作系统(RTOS)和符合工业标准的应用软件开发工具(ISaGRAF)。VCM机械结构采用独立模块方式，所有电路都密封在一个防尘、防潮、防振、耐热，以及EMC性能良好的金属外壳(1)之中，并通过模块前面板上的连接器与其它设备接口。

Description

一种车辆控制模块

技术领域

本发明属于一种车辆控制装置，尤其是指一个基于通信的过程控制平台，能实现MVB4类设备功能，包括多功能车辆总线(MVB)的车辆控制模块。

背景技术

车辆控制模块(以下简称VCM)主要适用于车辆过程控制、故障诊断与通信管理，也可适用于地铁列车或自动化控制系统等相关领域的过程监控系统，其应用环境满足相关行业标准(铁标TB3021-2001等)规定。VCM作为一个基于现场总线的分布式控制系统中的核心功能模块，在一个基本的软硬件平台之上，通过配置不同的软硬件资源，可方便实现不同车型的车辆级/列车级的过程控制、故障诊断与存储、通信管理等功能。

现有车辆控制模块除了处理速度低、通信及控制功能有限外，还存在如下不足：(1)体积大结构上，采用机箱结构或即使采用模块化，却是从标准3U与6U插件演变而来，要实现车辆控制模块功能，一般包括CPU板、MVB接口板以及电源板、背板等插件，使得整个系统复杂，体积庞大，重量较重，不便安装，且插件的拆卸也极其困难；(2)功耗大由于采用插件数量多且没有采用节电设计技术，使得功耗大导致体积没法小；(3)价格昂贵由于采用插件结构，使得使用的元器件数量与种类大大增加，使成本高。因此，有必要对此加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有VCM的不足，提出一种系统设计更为合理、简单，体积结构更为小巧，安装更为方便的VCM及结构。

根据本发明的目的所提出的VCM是：一种车辆控制模块，在VCM的设计中取消了传统的插件加机箱模式，而采用模块化集成式结构，将各功能部件分别集成到两块插件上。一块完成弱电功能，实现处理器核心部分、MVB通信处理部分、CAN通信处理部分、USB及以太网接口、RS232总线、RS485总线接口的集成；另一块完成DC/DC电源变换、MVB、CAN、RS485总线通信的接口部分的集成，实现信号的隔离。保证了系统具有良好的稳定性、电磁兼容性。这样能尽可能减少系统布线。同时，在电路设计中采用了功能更加强大的单块CPU结构以及低功耗器件，并在CPU与各功能模块之间没有中间插件，CPU与各功能模块之间为直接连接，使得模块的功耗和体积大大减小；软件开发采用实时操作系统和符合工业标准的应用软件开发工具(ISaGRAF)，确保了软件系统的可靠性与实时性，极大地缩短了应用软件的开发周期，最终确保了VCM系统的高性价比。

VCM机械结构采用独立模块方式，所有电路都密封在一个防尘、防潮、防振、耐热以及EMC性能良好的金属外壳之中，并通过模块前面板上的连接器与其它设备接口。其结构主要包括：包括金属外壳、内部PCB电路板、前面板及对外连接器。

其中，所述的封装外壳采用轻型铸铝材料，由两块结构对称的盖板组成。每块板上设有固定安装孔和接地孔，外表面氧化成黑色并设有分布均匀的鳍状散热片，以尽可能增加散热面积，加强散热效果。在外壳内部还设有温度传感器，可自动检测内部温度，当温度超过一定值时进行保护。

所述的内部PCB电路板是VCM的核心，主要由两块3U尺寸大小的电路板组成，一块为电源及接口板：主要包括DC/DC开关电源模块、MVB ESD+接口和RS485总线等电路；另一块为CPU板：主要包括CPU、存储器、MVBC01、通信存储器(Traffic Memory简称TM)以及RS232总线和以太网接口等。两块电路板之间通过扁平电缆进行连接，PCB电路板安装在金属外壳内。

所述的前面板用于安装对外接口的连接器，并和两块金属外壳一起构成一个模块整体。对外接口包括输入电源及继电器报警输出连接器(X7)、MVB ESD+连接器(X5，X6)、RS485总线连接器(X3，X4)、RS232总线连接器(X2)、以太网接口(X1)以及通用状态指示灯(H1，H2)。

本发明的特点在于

1、采用模块化结构，体积小。国内外实现同样功能的MVB总线管理器模块体积很大，功耗很大，不利于安装。

2、提供多种现场总线接口(MVB，RS485总线以及以太网等)，通过与各种远程I/O装置结合，方便各种应用系统的组态与系统集成开发。

3、采用分布式电源和独立模块的机械结构，进一步提高系统的可靠性和性价比，极大地方便现场安装与维护。

4、内部带温度传感器，自动检测内部温度，当温度超过一定值进行保护。

附图说明

图1为本发明的模块外形结构图；

图2为本发明的模块外形侧向结构图；

图3为本发明的模块外形结构面板结构放大图。

图中：1、金属外壳；2、散热片；3、外连接器；4、盖板；5、盖板；6、前面板；7、RS232总线连接器；8、RS485总线连接器；9、MVB ESD+连接器；10、通用状态指示灯；11、输入电源及继电器报警输出连接器；12、PCB电路板；13、PCB电路板；14、太网接口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的描述。

通过附图可以看出，本发明是一种用于车辆的车辆级过程控制、故障诊断与通信管理或用于地铁列车或自动化等相关领域的过程监控系统，在VCM的设计中取消了传统的插件加机箱模式，而采用模块式结构，能尽可能减少系统布线，由两块插件组成，一块完成弱电功能，实现处理器核心部分、MVB通信处理部分、CAN通信处理部分、USB及以太网接口、RS232总线、RS485总线接口的集成；另一块完成DC/DC电源变换、MVB、CAN、RS485总线通信的接口部分的集成，实现信号的隔离。保证了系统具有良好的稳定性、电磁兼容性。同时，在电路设计中采用了功能更加强大的单块CPU结构以及低功耗器件，并在CPU与各功能模块之间没有中间插件，CPU与各功能模块之间为直接连接，使得模块的功耗和体积大大减小；软件开发采用实时多任务操作系统(RTOS)和符合工业标准的应用软件开发工具(ISaGRAF)，确保了软件系统的可靠性与实时性，极大地缩短了应用软件的开发周期，最终确保了VCM系统的高性价比。

VCM机械结构采用独立模块方式，所有电路都密封在一个防尘、防潮、防振、耐热，以及EMC性能良好的金属外壳1之中，并通过模块前面板上的连接器与其它设备连接。其结构主要包括：金属外壳1、内部PCB电路板12、13、前面板6及对外连接器3。

其中，所述的金属外壳1采用轻型铸铝材料，由两块结构对称的盖板4、5组成。每块板上设有固定安装孔和接地孔，外表面氧化成黑色并设有分布均匀的鳍状散热片2，以尽可能增加散热面积，加强散热效果。在外壳内部还设有温度传感器，可自动检测内部温度，当温度超过一定值时进行保护。

所述的内部PCB电路板12、13是VCM的核心，主要由两块3U尺寸大小的电路板12、13组成，一块为电源及接口板：主要包括DC/DC开关电源模块、MVB ESD+接口和RS485等电路；另一块为CPU板：主要包括CPU、存储器、MVBC01、TM以及RS232总线和以太网接口等。两块电路板之间通过扁平电缆进行连接。

所述的前面板6上安装有对外接口的连接器3，并和两块盖板一起构成一个模块整体。对外接口包括输入电源及继电器报警输出连接器11(X7)、MVB ESD+连接器9(X5，X6)、RS485连接器8(X3，X4)、RS232连接器7(X2)、以太网接口14(X1)以及通用状态指示灯10(H1，H2)。

从上述实例可以看出本发明的VCM是一个基于通信的过程控制平台，它的设计采用目前流行的嵌入式系统的设计方法，其方案特点为：

●处理器采用目前流行的高速32位嵌入式通信处理器，主频达到533MHz，以保证VCM强大的通信与数据处理能力；

●内嵌流行的实时多任务操作系统(RTOS)，以保证软件的可靠性与实时性；

●提供满足IEC61131-3标准的Soft PLC应用软件编程接口与开发工具(ISaGRAF)，极大地方便应用程序的开发；

●提供多种现场总线接口(MVB，RS485以及以太网等)，通过与各种远程I/O装置结合，方便各种应用系统的组态与系统集成开发；

采用分布式电源和独立模块的机械结构，进一步提高系统的可靠性和性价比，极大地方便现场安装与维护。

Claims

1、一种车辆控制模块，包括：金属外壳、内部PCB电路板、面板及对外连接器，其特征在于：采用模块化集成式结构，将各功能部件分别集成到两块插件上，一块完成弱电功能，实现处理器核心部分、MVB通信处理部分、CAN通信处理部分、USB及以太网接口、RS232总线、RS485总线接口的集成；另一块完成DC/DC电源变换、MVB、CAN、RS485总线通信的接口部分的集成，实现信号的隔离；同时，电路中采用单块CPU结构，CPU与各功能模块之间为直接连接；软件采用实时多任务操作系统和符合工业标准的应用软件开发工具。

2、如权利要求1所述的车辆控制模块，其特征在于：车辆控制模块机械结构采用独立模块方式，所有电路都密封在一个防尘、防潮、防振、耐热，以及EMC性能良好的金属外壳(1)之中，并通过模块前面板上的连接器与其它设备连接。

3、如权利要求1或2所述的车辆控制模块，其特征在于：所述的金属外壳(1)采用轻型铸铝材料，由两块结构对称的盖板(4、5)组成；每块板上设有固定安装孔和接地孔，外表面氧化成黑色并设有分布均匀的鳍状散热片(2)；在外壳内部还设有温度传感器。

4、如权利要求1或2所述的车辆控制模块，其特征在于：所述的内部PCB电路板(12、13)是由两块3U尺寸大小的电路板组成，一块为电源及接口板：主要包括DC/DC开关电源模块、MVB ESD+接口和RS485总线等电路；另一块为CPU板：主要包括CPU、存储器、MVBC01、TM以及RS232总线和以太网接口等，两块电路板之间通过扁平电缆进行连接。

5、如权利要求1或2所述的车辆控制模块，其特征在于：所述的前面板(6)上安装有对外接口的连接器(3)，并和两块盖板一起构成一个模块整体；对外接口包括输入电源及继电器报警输出连接器(11)、MVB ESD+连接器(9)、RS485总线连接器(8)、RS232总线连接器(7)、以太网接口(14)以及通用状态指示灯(10)。