CN101290513A - 一种交流传动系统管理及通讯控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种交流传动系统管理及通讯控制器，包括微处理器，与所述微处理器连接的存储器、电源电路和复位电路，微处理器自带以太网接口、RS485总线接口、通用同步/异步串行收发器接口、外部总线扩展接口；还包括与微处理器连接的可编程逻辑器件，可编程逻辑器件用于控制与自身连接的模数转换单元、数模转换单元和多功能车辆总线接口单元的地址译码和数据流方向；模数转换单元将接收到的模拟信号转换为数字信号，传递给微处理器；微处理器将控制指令传递给数模转换单元，数模转换单元把控制指令转换为模拟信号，传递给列车的控制装置；多功能车辆总线接口，用于和列车通讯网络通信。本发明能与现有产品兼容，处理速度快，通讯接口资源丰富。
Description
技术领域
本发明涉及列车控制领域，尤其涉及一种交流传动系统管理及通讯控制器。
背景技术
列车通信网(TCN，Train Communication Network)是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准，它在列车控制系统中的地位相当于CAN总线在汽车电子中的地位。多功能车辆总线(MVB，Multifunction Vehicle Bus)是TCN的一种总线，是列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。挂接在总线上的设备通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络。
交流传动系统管理及通讯控制器，将管理功能和通讯功能合二为一，形成系统管理及通讯控制器(SMC，System Management and Communication)，所述SMC是用在列车交流传动控制单元机箱中的一块电路插件，主要作用是实现外围设备控制和通讯，管理机箱内部总线，并实现列车牵引和制动、列车速度控制、逻辑控制、及故障数据记录等功能。
目前SMC的包括微处理器，与所述微处理器连接的存储器、电源电路和复位电路。但是所述的SMC，功能有限，自身的微处理器级别比较低，主频处理速度慢，难以满足大量复杂程序的运行和维护；另外通讯接口资源有限，没有RS485、以太网、通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)等接口；其对外的通讯接口只有满足调试使用的串口，仅用于监视程序运行中的电压、电流变量及相关接触器状态、变流器启动状态等。不能满足现在日益增长的通讯需求，实现数据传输和共享。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种交流传动系统管理及通讯控制器，所述交流传动系统管理及通讯控制器功能齐全，能与现有产品兼容，处理速度快，通讯接口资源丰富，使用方便。
本发明公开了一种交流传动系统管理及通讯控制器，包括微处理器，与所述微处理器连接的存储器、电源电路和复位电路，所述微处理器自带以太网接口、RS485总线接口、通用同步/异步串行收发器接口、外部总线扩展接口；所述系统管理及通讯控制器还包括与所述微处理器连接的可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件用于控制与所述可编程逻辑器件连接的模数转换单元、数模转换单元和多功能车辆总线接口单元的地址译码和数据流方向；
所述模数转换单元将接收到的模拟信号转换为数字信号，传递给所述微处理器；
所述微处理器将所述数字信号对应的控制指令，传递给所述数模转换单元，所述数模转换单元把所述控制指令转换为模拟信号，传递给列车的控制装置；
所述多功能车辆总线接口，用于和列车通讯网络通信。
优选地，还包括与所述可编程逻辑器件连接的背板总线扩展单元，用于实现微处理器与外围设备的地址总线、数据总线和控制总线的互联。
优选地，还包括与所述485总线接口连接的电平转换芯片，用于实现所述微处理器和第三方的电平匹配。
优选地，所述多功能车辆总线接口包括微处理器缓冲接口、通讯存储器、通讯控制器、多功能车辆总线物理层接口；
所述微处理器接口缓冲与所述微处理器连接；
所述通讯存储器与所述微处理器接口缓冲连接；
所述通讯控制器与所述通讯存储器连接；
所述多功能车辆总线物理层接口与所述通讯控制器连接。
优选地，所述存储器包括同步动态随机存储器、NOR闪存和NAND闪存；
所述同步动态随机存储器，用于微处理器的内存使用，操作系统和应用程序在此存储器中运行。
所述NOR闪存，用于存储操作系统和应用程序；
所述NAND闪存，用于存储数据。
优选地，所述复位电路包括电源监视芯片，用于所述系统管理及通讯控制器上电期间为系统提供设定时间段的持续复位。
优选地，还包括与所述微处理器连接的发光二极管，用于指示所述微处理器工作是否正常、列车运行方向、牵引/制动状态和启动/停止状态。
优选地，还包括与所述可编程逻辑器件连接的发光二极管，用于指示所述可编程逻辑器件的工作是否正常和系统是否上电。
优选地，所述复位电路还包括手动复位芯片，用于手动强制复位。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的SMC，包括微处理器，与微处理器连接的存储器、电源电路和复位电路，还包括与所述微处理器连接的可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件用于控制与所述可编程逻辑器件连接的模数转换单元、数模转换单元和多功能车辆总线接口单元的地址译码和数据流方向；所述模数转换单元将接收到的模拟信号转换为数字信号，传递给所述微处理器；所述微处理器将所述数字信号对应的控制指令通过所述可编程逻辑器件，传递给所述数模转换单元，数模转换单元把所述控制指令转换为模拟信号，传递给列车的控制装置；所述多功能车辆总线接口，用于和列车通讯网络通信。该SMC功能齐全，其微处理器主频高、处理速度快，满足大量复杂程序的运行和维护；且所述微处理器自带RS485、以太网、通用同步/异步串行收发器接口(USART，UniversalSynchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)，IIC(Inter-Integrated Circuit)接口、外部总线扩展接口(EBI，External Bus Interface)接口，通讯方便，通过所述接口极易与外围设备实现数据传输和共享，便于实时监测列车运行状态，有效控制列车正常运行。
附图说明
图1是本发明交流传动系统管理及通讯控制器第一实施例结构示意图；
图2是本发明微处理器功能示意图；
图3是本发明可编程逻辑器件控制功能示意图；
图4是本发明MVB总线接口示意图；
图5是本发明交流传动系统管理及通讯控制器第二实施例结构示意图；
图6是背板总线扩展单元连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明交流传动系统管理及通讯控制器，采用ARM微处理器为核心处理器，结合MVB接口，实现列车通讯与控制。ARM微处理器功能强大，主频处理速度快，能处理大量实时数据和复杂程序。所述ARM微处理器自带RS485总线接口、以太网接口、USART接口，IIC接口和EBI接口，通过所述接口极易与外围设备实现数据传输和共享，通讯方便，便于实时监测列车运行状态，有效控制列车正常运行。
参见图1，本发明交流传动系统管理及通讯控制器的结构示意图。该SMC包括电源电路101、微处理器102、外部总线接口103、存储器104、通用同步/异步收发器接口105、RS485总线接口106、以太网接口107、复位电路108、多功能车辆总线接口单元109、模数转换单元110、数模转换单元111、及可编程逻辑器件112。
电源电路101为整个SMC系统提供电源，包括±5V、±15V电压，还包括经过降压稳压器得到的3.3V电压和1.8V电压，3.3V主要为微处理器的外围电路供电，1.8V为微处理器的内核供电。
微处理器102为本发明的核心，本实施例优选ATMEL公司的ARM微处理器ARM9系列内核芯片AT91RM9200。主频可达到180MHZ，足以满足SMC系统管理与通讯的速度要求。当然，本领域技术人员也可以采用其他微处理器来实现本技术方案。
所述微处理器102自带外部总线接口103，所述外围总线接口103集成了微处理器102的数据总线、地址总线和控制总线三大总线，通过所述外部总线接口103可以直接扩展外围设备。
所述微处理器102还自带存储器接口，通过所述存储器接口直接连接存储器104，通过所述存储器104存储系统运行的程序和数据。
所述微处理器102还自带通用同步/异步收发器接口105，即USART，通过所述USART105实现微处理器102与外围设备的同步或异步通信。
所述微处理器102还自带RS485总线接口106，通过所述RS485总线接口106，微处理器102与RS485电平转换芯片相连，可以把自身的控制信息或故障数据传递给第三方，实现资源共享。本实施例中优选电平转换芯片MAX485ESA实现RS485接口电平的转换。
所述微处理器102还自带以太网接口107，通过所述以太网接口107，微处理器102可以通过以太网，下载程序和故障数据到PC计算机，便于对程序和故障数据分析。
复位电路108为该SMC提供复位，保证系统上电期间为所述SMC提供500ms的持续复位，使系统正常、稳定地进入工作状态。
所述微处理器102通过可编程逻辑器件112控制多功能车辆总线接口单元109、数模转换单元110、及模数转换单元111。所述可编程逻辑器件112控制所述多功能车辆总线接口单元109、数模转换单元110、及模数转换单元111的数据流方向和地址译码。本实施例中，所述可编程逻辑器件112优选XILINX公司的XC95144XL芯片，有3200个宏单元和近80个通用输入输出(IO，Input Output)管脚。当然，本领域的技术人员可以根据需要，使用其他类型的可编程逻辑器件。
所述模数转换单元111将接收到的模拟信号转换为数字信号，传递给所述微处理器102；所述微处理器102将所述数字信号对应的控制指令，传递给所述数模转换单元110，所述数模转换单元110把所述控制指令转换为模拟信号，例如电压或电流，传递给列车的控制装置，例如车辆中的空调或者门窗等。
所述微处理器102通过所述多功能车辆总线接口单元109，实现与TCN的通信。
以上是对本发明SMC系统结构的描述，下面详细说明本发明的核心微处理器的架构。参见图2，微处理器功能示意图。包括微处理器201、以太网接口202、RS485总线接口203、USART接口204、EBI接口205、联合测试行动小组(JTAG，Joint Test Action Group)接口206、IIC接口207、NAND Flash接口208、同步动态随机存储器(SDRAM，Synchronous Dynamic Random Access Memory)接口209、实时时钟210、及定时器211。
所述微处理器201、以太网接口202、RS485总线接口203、USART接口204、EBI接口205与实施例一中的功能相同，在此不再赘述。仅介绍JTAG接口206、IIC接口207、NAND Flash接口208、SDRAM接口209、实时时钟210、及定时器211。
所述JTAG接口206，所述JTAG接口是对硬件电路进行边界扫描和故障监测，自带所述JTAG接口，可以通过该接口来测试芯片内部状态，由于像AT91RM9200这类复杂微处理器引脚太多，这时需要在计算机软件支持下通过所述所述JTAG接口，对芯片进行测量、程序下载和调试。
IIC接口207，所述IIC接口207，是符合I2C总线协议的接口形式，可以外接任何I2C总线的设备，只需要两根线就可以实现简单方便的物理连接，然后通过I2C总线协议达到交换数据的目的。在本设计中，是外接I2C总线的存储芯片AT24C512，便于存储容量较小、可掉电保持的数据。
所述NAND Flash接口208，直接连接外部NAND Flash器件，本实施例中优选K9F1208U0C，容量达64M字节，足以用来存储系统运行需要的数据。
所述SDRAM接口209，直接连接外部SDRAM器件，本实施例中优选MICRON公司的两片MT48LC16M16A2TG芯片，由于所述微处理器201出来的SDRAM数据为32位，而所述每片所述MT48LC16M16A2TG的数据为16位，所以选用两片MT48LC16M16A2TG芯片并联，组成32位数据与CPU连接。当然，本领域技术人员也可以采用其他32位的SDRAM芯片来代替所述两片MT48LC16M16A2TG。所述MT48LC16M16A2TG作为SDRAM，作为微处理器201的内存来使用，主要用来在运行过程中存储操作系统和应用程序。
所述微处理器201自带具有报警终端功能的所述实时时钟210，为系统提供时间基准。
所述微处理器201还自带包括周期性中断、看门狗和计数器的所述定时器211。
基于以上所述AT91RM9200微处理器的功能，是非常适合系统管理与通讯的一款微处理器。当然，也可以选用其他微处理器来实现本发明。
本发明采用可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable Logic Device)实现系统电路的地址译码和数据流方向控制，参见图3，可编程逻辑器件控制功能示意图。包括微处理器(CPU，Center Processing Unit)301、CPLD302、模数转换单元(ADC，Analog to Digital Converter)303、数模转换单元(DAC，Digital to Analog Converter)304、MVB接口305、背板总线扩展单元306、及EBI接口307。本实施例优选所述CPLD302为XILINX公司的XC95144L芯片，所述XC95144L芯片拥有3200个宏单元和近80个可用IO管脚，足以用来控制所述ADC303、DAC304、MVB接口305和背板总线扩展单元306。
所述ADC303优选AD7865AS实现，把系统接收到的模拟信号转换为数字信号，通过所述CPLD302的控制，传递给CPU301。所述DAC304优选DAC7724UB实现，把所述CPU301的控制指令对应的数字信号转换为模拟信号，通过所述CPLD302的控制，输出给外围设备，控制列车运行。例如列车的运行方向、运行速度、列车牵引还是制动、以及列车内部的空调、车门的控制等等。
所述CPU301通过所EBI307，连接所述背板总线扩展单元306。通过所述背板总线扩展单元306，实现对机箱内其他插件的控制和管理。
下面通过图4具体介绍CPU与MVB总线接口的连接。参见图4，MVB总线接口示意图。微处理器401、CPLD402、MVB通讯存储器403、MVB通讯控制器404、及MVB物理层接口405。所述CPU401通过所述CPLD402控制MVB总线接口的使能和数据流方向。所述MVB通讯存储器403存储数据；所述MVB通讯控制器404控制MVB与CPU之间的协议转换；CPU通过所述MVB物理层接口405与MVB总线进行数据传输。
下面通过实施例二来详细说明本发明的功能实现，参见图5，交流传动系统管理及通讯控制器实施例二结构示意图。包括CPU501、电源电路502、复位电路503、NAND Flash504、NOR Flash505、SDRAM506、RS485总线接口507、以太网接口508、USART509、EBI接口510、第二LED阵列511、第一LED阵列512、背板总线扩展单元513、MVB接口514、DAC515、ADC516、及CPLD517。
所述CPU501、电源电路502、复位电路503、RS485总线接口507、以太网接口508、USART509、EBI接口510、DAC515、ADC516、及CPLD517与实施例一中的功能相同，在此不再赘述。MVB接口514在图4中已经做了详细介绍，在此不再赘述。
下面仅介绍NAND Flash504、NOR Flash505、SDRAM506、第二发光二极管(LED，Light Emitting Diode)阵列511、第一LED阵列512、背板总线扩展单元513。
所述NAND Flash504、NOR Flash505、SDRAM506构成实施例一中的所述存储器104。所述NAND Flash504优选K9F1208U0C，容量达64M字节，足以用来存储数据。所述NOR Flash505优选TE28F128J3D，容量达16M字节，足以用来存储程序。所述SDRAM506MICRON公司的两片MT48LC16M16A2TG芯片，作为系统内存使用，用来存储操作系统和应用程序。
所述第二LED阵列511与所述CPU501连接，通过所述LED的亮灭、快闪或慢闪来表示CPU501的运行状态，例如CPU501得到的列车运行方向、牵引制动、启动停止等状态。所述第一LED阵列512与所述第二LED阵列511类似，只是用所述CPLD517的通用输入/输出口(GPIO，General Purpose Input Output)来驱动，用来表示所述CPLD517的运行状态。
下面通过图6来详细说明所述CPU501通过CPLD517控制的背板总线扩展单元513。参见图6，背板总线扩展单元连接示意图。
包括CPU601、CPLD602、背板总线扩展单元603、读信号线604、写信号线605、CPLD地址线606、CPLD数据线607、中断请求信号线608、总线使能609、方向控制610、背板总线扩展单元地址线611、背板总线扩展单元数据线612。所述背板总线扩展单元603的地址线611和数据线612直接连接所述CPU601，而所述背板总线扩展单元603的使能和方向要由所述CPLD602来控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1、一种交流传动系统管理及通讯控制器，包括微处理器，与所述微处理器连接的存储器、电源电路和复位电路，其特征在于，所述微处理器自带以太网接口、RS485总线接口、通用同步/异步串行收发器接口、外部总线扩展接口；所述系统管理及通讯控制器还包括与所述微处理器连接的可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件用于控制与所述可编程逻辑器件连接的模数转换单元、数模转换单元和多功能车辆总线接口单元的地址译码和数据流方向；
所述模数转换单元将接收到的模拟信号转换为数字信号，传递给所述微处理器；
所述微处理器将所述数字信号对应的控制指令，传递给所述数模转换单元，所述数模转换单元把所述控制指令转换为模拟信号，传递给列车的控制装置；
所述多功能车辆总线接口，用于和列车通讯网络通信。
2、根据权利要求1所述的系统管理及通讯控制器，其特征在于，还包括与所述可编程逻辑器件连接的背板总线扩展单元，用于实现微处理器与外围设备的地址总线、数据总线和控制总线的互联。
3、根据权利要求1所述的系统管理及通讯控制器，其特征在于，还包括与所述485总线接口连接的电平转换芯片，用于实现所述微处理器和第三方的电平匹配。
4、根据权利要求1所述的系统管理及通讯控制器，其特征在于，所述多功能车辆总线接口包括微处理器缓冲接口、通讯存储器、通讯控制器、多功能车辆总线物理层接口；
所述微处理器接口缓冲与所述微处理器连接；
所述通讯存储器与所述微处理器接口缓冲连接；
所述通讯控制器与所述通讯存储器连接；
所述多功能车辆总线物理层接口与所述通讯控制器连接。
5、根据权利要求1所述的系统管理及通讯控制器，其特征在于，所述存储器包括同步动态随机存储器、NOR闪存和NAND闪存；
所述同步动态随机存储器，用于微处理器的内存使用，操作系统和应用程序在此存储器中运行；
所述NOR闪存，用于存储操作系统和应用程序；
所述NAND闪存，用于存储数据。
6、根据权利要求1所述的系统管理及通讯控制器，其特征在于，所述复位电路包括电源监视芯片，用于所述系统管理及通讯控制器上电期间为系统提供设定时间段的持续复位。
7、根据权利要求1所述的系统管理及通讯控制器，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的发光二极管，用于指示所述微处理器工作是否正常、列车运行方向、牵引/制动状态和启动/停止状态。
8、根据权利要求1所述的系统管理及通讯控制器，其特征在于，还包括与所述可编程逻辑器件连接的发光二极管，用于指示所述可编程逻辑器件的工作是否正常和系统是否上电。
9、根据权利要求6所述的系统管理及通讯控制器，其特征在于，所述复位电路还包括手动复位芯片，用于手动强制复位。
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