CN104539591B - 一种多协议总线控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多协议总线控制装置，所述控制装置包括主机箱和机箱顶盖板、硬件及软件；硬件包括网络部分和串口部分，网络部分选用IEM7010数据交换模块，串口部分选用IEM618协议转换模块；软件包括嵌入式软件和上位机软件，嵌入式软件固化到硬件平台的M3系列的ARM中，上位机软件主要完成系统协议参数配置。本发明技术方案的多协议总线控制装置，利用该方法研制的多协议总线控制装置可广泛使用于侦察车、指挥车等现役装备，通过全面合理的软硬件、结构设计，大大提升了车内各装备的兼容性，有利于数据交互和信息共享，在设备进行更新换代时，即使接口通信协议发生改变，也不会影响整系统的正常工作。

Description

一种多协议总线控制装置

技术领域

本发明涉及车载作业系统，使系统关键信息数据以多协议总线的方式交互传输，特别是涉及一种多协议总线控制装置。

背景技术

随着车载信息化设备种类、数量的增多，不同设备之间的数据交换也显得较为复杂，串口设备、CAN口设备、网口设备的系统兼容性存在较大问题，不利于作业时使用。不同的设备根据自身的功能选用的通信协议不一样，它们接入系统后如在作业时出现故障，无法迅速定位故障点，操作员不能知晓是通信链路问题还是设备本身的故障问题。

目前车载上装设备的数据通信接口协议、通信速率、接口定义均不相同，如何让各种设备在整系统中相互兼容，协调工作变得较为重要，由于系统使用的设备大多为定型设备，为了使设备相互兼容直接更改所有设备的接口这种方式耗时耗力，更改接口的过程影响被更改设备的稳定性，更改完成后需要重新进行实验定型，因此更改设备接口这种方式很难实施，通常不为大多数设备供应商所接受。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种多协议总线控制装置，解决了不同设备的不同通信协议、定义等引起的系统不兼容性的问题。该多协议总线控制装置，利用总线设计思想提出了一种多协议总线控制装置，多协议总线控制装置作为车内数据总线的核心设备，能够为车上的通信、信息处理、定位导航等多种接口、多种数据传输速率的设备提供统一的、网络化的信息集中接入、交换、分发手段。

本发明的技术方案是这样实现的：

为达到上述目的，本发明提出了一种多协议总线控制装置：

硬件部分：

多协议总线控制装置的硬件实现考虑不同数据协议之间的兼容性，网络部分选用IEM7010数据交换模块，按照工作特性设计相应的外围电路确保正常工作；串口部分选用IEM618协议转换模块，按照工作特性设计相应的外围电路确保正常工作，不同协议之间的转换采用软件和硬件相结合的方式，硬件平台使用拨码开关的方式设置数字电平，设置完成后，再进行软件参数设置，同一接口可以灵活的配置成RS232串口协议、RS485串口协议、RS422串口协议；CAN口协议使用IEM618协议转换模块，核心模块的外围电路设计按照CAN总线数据的要求设计。

多协议总线控制装置作为上装设备，电气使用环境较为复杂，使用中会有各种复杂的电气干扰，电源核心模块选用PTB78560BAH,外围电路除满足核心模块本身的工作需求以外，设计反接保护、浪涌保护和防电磁干扰等相关功能，电源滤波选用SFJLC-1A32-5。

结构部分：

多协议总线控制装置作为一种车载上装设备，面临较为复杂的工作环境，主要包括：高低温、湿热、冲击、振动、电磁干扰等方面的问题，这就需要从结构设计方面增强设备的工作可靠性。

总线控制装置主要在于车载条件下使用，主机箱采用2U上架式结构，机箱的加工采用拼接工艺，保证机箱的密闭性，防止电磁泄漏；机箱顶盖板设计凹槽用于按装导电橡胶条，确保设备的电气密闭性；机箱结构内部除满足基本的电气安装外，要便于设备的拆卸，增强设备的可维修性。

软件部分：

多协议总线控制装置的软件操作流程图如附图1所示，软件分为嵌入式软件和上位机软件，嵌入式软件固化到硬件平台的M3系列的ARM中，用于数据交换模块的上电初始化配置；上位机软件主要完成系统协议参数配置；总线控制装置工作时，需要上位机和总线控制装置的IP地址在同一个局域网内，如不在同一个局域网内可以通过上位机软件进行搜索，搜索到总线控制装置IP地址后，利用上位机软件分别对上位机的IP地址和总线控制装置的IP地址进行配置，使两者在同一局域网内。

使用专用软件搜索转换器在线IP地址，修改转换器IP地址或修改计算器IP地址，使转换器IP地址与计算机IP地址在同一网段内，使用WEB浏览器访问转换器地址，进入配置页面，按照接入设备的协议需求设置串口协议，再按照接入设备的协议需求设置串口波特率，接入设备的协议需求设置串口数据等待时间，接入设备的协议需求设置串口端口号，设置可同时访问串口的计算机数量，按照设备连接端口设置转换器系统冗余，设置转换器账户密码等其它配置信息。

本发明的多协议总线控制装置，可广泛使用于侦察车、作业车、指挥车等现役装备，通过全面合理的软硬件、结构设计，大大提升了车内各装备的兼容性，有利于数据交互和信息共享，在设备进行更新换代时，即使接口通信协议发生改变，也不会影响整系统的正常工作。

附图说明

图1是多协议总线控制装置软件操作流程图；

图2是多协议总线控制装置硬件架构图；

图3是多协议总线控制装置嵌入式软件流程图；

图4是多协议总线控制装置前视图；

图5是多协议总线控制装置电磁屏蔽罩结构；

图6是多协议总线控制装置电磁屏蔽罩结构；

图7是多协议总线控制装置后视图；

图8是多协议总线控制装置电磁兼容测试曲线RE1021G以内整改前测试曲线；

图9是多协议总线控制装置电磁兼容测试曲线RE1021G以内整改后测试曲线；

具体实施方式

技术方案中提出了多协议总线控制装置的实施方法，其具体实施方式主要包括硬件实施方式、软件实施方式和结构实施方式。

硬件实施方式：

多协议总线控制装置的硬件网络部分选用IEM7010数据交换模块，网络变压器选用HX1234NL四端口的百兆网络变压器，保护设备在接口插拔时不易被外部静电击穿，网络变压器的输入地和输出地在制板时完全隔离，防止外部干扰。

串口RS232协议选用西伯斯RS232智能收发器SP3243EA；串口RS485和RS422协议选用双SP3485EN芯片实现；为了支持串口热插拔，在信号输出端加装TVS瞬态抑制二极管P6KE6.8A。

CAN总线接口支持CANA和CANB两种协议，可通过软件进行参数配置，硬件实现采用IEM618配合恩智浦PA82C250CAN总线数据收发器使用。

多协议总线控制装置电源设计除满足基本的供电功能外还设计了过流、过压、过温、浪涌、反接等保护功能，适应复杂电气环境的需求，增强设备的可靠性；电源核心模块选用PTB78560BAH，外围电路输入正极串联二极管SS34进行反接保护；在设备进行电磁兼容实验时发现电源输入口的电磁干扰和辐射较为严重，故在电源输入口加装电源滤波器SFJLC-1A32-5。多协议总线控制装置硬件架构图如图2所示。

为了增强设备的可维修性，多协议总线控制装置的电气结构进行了分层处理，主板一层，接口一层；主板电路比较复杂，是电气部分的主体，也是最容易出现故障的地方，如在长时间使用后主板故障，可以将接口板和主板分开，单独更换主板；接口板的电装是整个设备加工过程中最费工时的一环，接口板完成电装后一般不易损坏；接口板和主板的电气连接通过高密度接插件完成，总线控制装置的选用的接插件为QSS-075-01-L-D-A和QTS-075-01-L-D-A，由于该种接插件的管脚之间间距较为密集，只有0.635mm，在湿热条件下管脚之间的绝缘电阻会变小，影响正常使用，在30℃～60℃交变，湿度在90％时，设备的绝缘电阻打500VDC时，数值为0.1M,明显不符合大于2M的要求，这时高密度接插件的管脚上涂覆GD3040硅橡胶，再次实验，打500VDC时，绝缘电阻表数值显示>500M,效果显著。

如图7所示，多协议总线控制装置的后视图，为了维修和电装方便，所有航插采用后安装方式；为了满足电磁兼容要求，选用的航插型号是和要求的信号相匹配的，如下表所示，不同信号所要求在航插上安装的滤波器穿心电容值。

序号	信号名称	穿心电容值
			1	百兆网络数据	20pF
2	千兆网络数据	不加穿心电容
			3	电源	10000pF
4	串口	1000pF
			5	CAN口	4700pF

多协议总线控制装置未做任何处理时，电磁辐射曲线如图8所示；在进行电气和结构处理后曲线如图9所示。

软件实施方式：

多协议总线控制装置软件部分主要包括嵌入式软件和上位机软件两部分；嵌入式软件主要完成系统的上电初始化配置以及配合上位机软件完成所需参数的配置，嵌入式软件工作流程如图3所示；上位机软件主要用于设备使用时，针对不同的需求更改通信协议、通信速率、设定系统冗余及其它配置信息。

结构实施方式：

多协议总线控制装置作为一种车载上装设备，面临较为复杂的工作环境，除满足基本的车内安装需求和箱体结构内部电气安装需求外，还应满足电磁兼容GJB151A-1997。

电磁兼容性的满足需要设备自身电气设计合理，也需要结构设计合理，多协议总线控制装置机箱的加工采用拼接工艺，保证机箱的密闭性，防止电磁泄漏；机箱在拼接前通体进行导电氧化，防止金属长时间使用受到氧化，导电性变差，导电氧化后设备结构体的电气密闭性得到大大增强，防止电气主板工作时向外辐射超标电磁干扰；机箱顶盖板设计凹槽用于安装导电橡胶条，确保设备的电气密闭性；机箱结构内部除满足基本的电气安装外，要便于设备的拆卸，增强设备的可维修性。

如图4所示，多协议总线控制装置的箱体前面板有一排状态指示灯，指示灯的发光二极管通过面板上的过孔伸出，这种方式如在机箱内部不加以处理，控制装置的主板电磁干扰将会通过前面板的通孔向外辐射，本设备使用了板罩式结构，将带指示灯的状态转接板罩起来，主板与罩内部的电气连接加装DB25矩形滤波连接器SFJLC-1A32-5，如图5和图6所示。

上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多协议总线控制装置，包括主机箱、机箱顶盖板及板罩，所述机箱顶盖板设置有凹槽；所述机箱的箱体前面板有一排状态指示灯，所述指示灯的发光二极管通过面板上的过孔伸出；所述板罩将带指示灯的状态转接板罩住，其特征在于，所述总线控制装置还包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括网络部分和串口部分，所述网络部分选用IEM7010数据交换模块，网络变压器选用HX1234NL 四端口的百兆网络变压器，所述串口部分选用IEM618 协议转换模块；所述软件部分包括嵌入式软件和上位机软件；所述嵌入式软件固化到硬件平台的M3系列的ARM中，所述上位机软件主要完成系统协议参数配置；所述硬件部分还设置有硬件平台，所述硬件平台使用拨码开关的方式设置数字电平，设置完成后，再进行软件参数设置，同一接口可以灵活的配置成RS232串口协议、RS485串口协议、RS422串口协议；所述串口RS232协议选用西伯斯RS232智能收发器SP3243EA；串口RS485和RS422协议选用双SP3485EN芯片实现；为了支持串口热插拔，在信号输出端加装TVS瞬态抑制二极管P6KE6.8A；所述硬件部分设置有CAN总线接口，所述CAN总线接口支持CANA和CANB两种协议，可通过软件进行参数配置，硬件实现采用IEM618配合恩智浦PA82C250CAN总线数据收发器使用；所述总线控制装置包括电源核心模块及在电源输入口加装的电源滤波器，所述电源核心模块选用PTB78560BAH，所述电源滤波器选用SFJLC-1A32-5；所述总线控制装置包括接插件，所述接插件为QSS-075-01-L-D-A 和QTS-075-01-L-D-A，接插件的管脚之间间距为0.635mm；所述软件部分的操作流程如下：使用专用软件搜索转换器在线IP地址，修改转换器IP地址或修改计算器IP 地址，使转换器IP地址与计算机IP地址在同一网段内，使用WEB浏览器访问转换器地址，进入配置页面，按照接入设备的协议需求设置串口协议，再按照接入设备的协议需求设置串口波特率，接入设备的协议需求设置串口数据等待时间，接入设备的协议需求设置串口端口号，设置可同时访问串口的计算机数量，按照设备连接端口设置转换器系统冗余，设置转换器账户密码等其它配置信息。