CN103645723A - 机车牵引控制单元硬件平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机车牵引控制单元硬件平台，其特征在于：包括中央处理单元、数字信号处理器、现场可编程门阵列、复杂可编程逻辑器件；中央处理单元用于实现牵引控制单元调试任务的控制调试过程；数字信号处理器用于实现牵引控制单元的上电复位过程和接口选通等组合逻辑控制；所述的现场可编程门阵列用于实现将外部总线协议转换为板级内部PCI总线，同时完成对牵引控制单元各个信号的时序控制调试过程；复杂可编程逻辑器件通用于实现牵引控制单元各个组合逻辑控制过程，完成IO接口的信号采集以及现场可编程门阵列的调试配置过程。该平台能够使得硬件电路设计模板化，降低总体设计成本以及提高后期开发效率，一定程度上满足牵引控制单元的功能扩展需求。

Description

机车牵引控制单元硬件平台
技术领域
本发明属于硬件电路原理设计领域，具体涉及一种机车牵引控制单元板级硬件电路结构，可应用于电力机车、内燃机车等领域牵引控制单元开发调试过程。
背景技术
在机车电控设备中，牵引控制单元是实现机车牵引、制动运行的动力控制装置，其正常运行与否关系到整车运营的成败，属于机车核心部件。牵引控制单元和其它电控设备的设计过程一样，分硬件设计和软件设计。
硬件设计是单元整体设计的基础，而电路原理总体设计又是基础的基础。在电路原理总体设计的过程中，由于设计人员理念和设计习惯的不同，为了实现同样的功能不同的设计人员往往会设计出不同的电路，这就给调试人员以及后期硬软件开发人员提出了更高的要求。如果在电路设计初期，采用一种通用的总体设计方案，那无论是从节约成本还是从提高后期开发效率等方面考虑，都将会起到事半功倍的作用。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明旨在给出一种机车牵引控制单元板级硬件电路平台结构，该平台能够使得硬件电路设计模板化，降低总体设计成本以及提高后期开发效率，一定程度上满足牵引控制单元的功能扩展需求。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
机车牵引控制单元硬件平台，其特征在于：包括中央处理单元、数字信号处理器、现场可编程门阵列、复杂可编程逻辑器件；所述的中央处理单元通过PCI总线实现与现场可编程门阵列通信连接，用于实现适应不同机车类型多个牵引控制单元调试任务的控制调试过程；所述的数字信号处理器通过IO接口实现与复杂可编程逻辑器件通信连接，用于实现牵引控制单元的上电复位过程和接口选通等组合逻辑控制；所述的现场可编程门阵列通过IO接口实现与复杂可编程逻辑器件通信连接并通过并行总线实现与数字信号处理器通信连接，用于实现将外部总线协议转换为板级内部PCI总线，与CPU进行通信用以控制外部模拟信号采集及数据处理，同时完成对牵引控制单元各个信号的时序控制调试过程；所述的复杂可编程逻辑器件通过IO接口实现与外部接口的连接，用于实现牵引控制单元各个组合逻辑控制过程，完成IO接口的信号采集以及现场可编程门阵列的调试配置过程。
所述的中央处理单元装载有VxWorks操作系统且内部集成有多个PCI接口，用于直接实现将PCI设备挂接在PCI总线上。
所述的数字信号处理器内部集成有增强型脉冲宽度调制EPWM模块，可以很方便地对机车牵引功率模块如IGBT等进行控制，可编程程度高，灵活性高，易于理解和使用。
所述的数字信号处理器内部集成有串行通信RS232接口和CAN接口，并将所述RS232和CAN接口扩展到硬件平台的电路板的DB9接口上，从而方便后期上位机开发调试。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明实现了机车牵引控制单元硬件电路设计模板化设计，有效降低了总体设计成本；本发明硬件电路平台结构设计清晰，功能完善，针对不同机车型号，只需修改DSP内部牵引控制程序、机车总线转内部PCI总线协议、板卡内部相关设备接口及通信数据即可完成，从而方便后续软硬件开发以及后期调试，提高了后期开发效率。
附图说明
图1为机车牵引控制单元板级硬件电路平台结构原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，该牵引控制单元板级硬件电路平台，主要包括装有VxWorks操作系统的中央处理单元（CPU）、数字信号处理器（DSP）、现场可编程门阵列（FPGA）以及复杂可编程逻辑器件（CPLD）。
所述的中央处理单元（CPU）其工作于PCI主设备模式，负责实现适应不同机车类型多个牵引控制单元调试任务的控制调试过程，根据需要扩展相应的外设接口，并从可靠性、实时性、可裁剪性、易用性等方面考虑选择预装VxWorks操作系统，用于实现不同机车类型多个牵引控制单元诸如粘着控制、数据通信、现场数据实时存储等控制调试过程。
所述的中央处理单元（CPU）内部集成有多个PCI接口，可直接将PCI设备挂接在总线上。
所述的数字信号处理器（DSP）内部集成有串行通信RS232接口和CAN接口，并将所述RS232和CAN接口扩展到硬件平台的电路板的DB9接口上，实现对机车牵引控制算法调试过程，上位机可通过RS232或者CAN对数字信号处理器DSP进行调试。所述数字信号处理器DSP是专门面向机车电机驱动而设计添加的，其内部具有EPWM等模块，可以很方便地实现机车牵引核心控制算法调试；且DSP内部集成有外部总线接口，可以直接与FPGA进行并行总线通信。考虑到现场需要频繁更新DSP内部机车牵引核心控制程序，故将DSP内部CAN外设扩展到电路板前端DB9接口，从而方便后期开发调试。所述的现场可编程门阵列（FPGA）具有丰富的资源和全面的IO类型支持，可以将机车上诸如VME、MVB等外部总线转换为板级内部PCI总线，同时负责接口管理并完成对外脉冲、故障、I/O、AD采样等信号的时序控制。
所述的复杂可编程逻辑器件（CPLD）用于实现牵引控制单元各个组合逻辑控制过程，完成IO接口的信号采集以及现场可编程门阵列的调试配置过程，控制上电过程中总线的状态，避免电路板对总线造成不可预期的影响。例如所述的CPLD可以管理CPU、FPGA的复位状态及CPU、FPGA之间的启动顺序或者采集外部现场IO数字量，送与FPGA和DSP进行相应处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.机车牵引控制单元硬件平台，其特征在于：包括中央处理单元、数字信号处理器、现场可编程门阵列、复杂可编程逻辑器件；所述的中央处理单元通过PCI总线实现与现场可编程门阵列通信连接，用于实现适应不同机车类型多个牵引控制单元调试任务的控制调试过程；所述的数字信号处理器通过IO接口实现与复杂可编程逻辑器件通信连接，用于实现牵引控制单元的上电复位过程和接口选通等组合逻辑控制；所述的现场可编程门阵列通过IO接口实现与复杂可编程逻辑器件通信连接并通过并行总线实现与数字信号处理器通信连接，用于实现将外部总线协议转换为板级内部PCI总线，与CPU进行通信用以控制外部模拟信号采集及数据处理，同时完成对牵引控制单元各个信号的时序控制调试过程；所述的复杂可编程逻辑器件通过IO接口实现与外部接口的连接，用于实现牵引控制单元各个组合逻辑控制过程，完成IO接口的信号采集以及现场可编程门阵列的调试配置过程。
2.根据权利要求1所述的机车牵引控制单元硬件平台，其特征在于：所述的中央处理单元装载有VxWorks操作系统且内部集成有多个PCI接口，用于直接实现将PCI设备挂接在PCI总线上。
3.根据权利要求1所述的机车牵引控制单元硬件平台，其特征在于：所述的数字信号处理器内部集成有增强型脉冲宽度调制EPWM模块。
4.根据权利要求1所述的机车牵引控制单元硬件平台，其特征在于：所述的数字信号处理器内部集成有串行通信RS232接口和CAN接口，并将所述RS232和CAN接口扩展到硬件平台的电路板的DB9接口上。
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