CN105577162B - 数字量输出单元及数字量输出板卡 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字量输出单元及数字量输出板卡，其中该单元包括：第一发电耦合器、发光二极管、继电器、第二发电耦合器和反相器，当端口电压为0时，第一发电耦合器导通，发光二极管点亮，继电器线圈有电流通过，第二发电耦合器导通，通过反相器后，反馈信号引脚FB1端电压为0。当端口D1端电压为3.3V时，第一发电耦合器截止，发光二极管熄灭，同时继电器线圈中电流为0，同时，第二发电耦合器截止，通过反相器后，反馈信号引脚FB1端电压为1。从而使得控制单元根据FB1端电压来判断数字量输出是否存在故障，进而提高了数字量输出板卡的稳定性和可靠性，保证了列车的安全运行。

Description

数字量输出单元及数字量输出板卡

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数字量输出单元及数字量输出板卡。

背景技术

列车网络控制系统主要通过远程输入输出模块(Remote Input Output Module，RIOM)控制外部设备的工作，而数字量输出板卡是RIOM的重要组成部分，它采用继电器作为开关元件，通过背板集成的控制器局域网(Controller Area Network，CAN)和RS485通信介质与控制单元进行数据交换，从而控制外部设备工作，数字量输出板卡的稳定性直接关系到整个RIOM的稳定性和可靠性，从而对列车安全运行有这举足轻重的作用。

现有技术中，数字量输出板卡没有自检功能，也就是说，数字量输出板卡稳定性和可靠性低。

发明内容

本发明提供一种数字量输出单元及数字量输出板卡，从而提高数字量输出板卡的稳定性和可靠性，进而保证列车的安全运行。

第一方面，本发明实施例提供一种数字量输出单元，包括：第一发电耦合器、发光二极管、继电器、第二发电耦合器和反相器，所述发光二极管分别与所述第一发电耦合器的输出端和所述第二发电耦合器的输入端连接，所述继电器与所述发光二极管并联连接，所述反相器与所述第二发电耦合器的输出端连接；所述第一发电耦合器，用于当与控制单元连接的端口电压为0时导通，以使所述发光二极管和所述继电器上电，并触发所述继电器的常开触点闭合，当与所述控制单元连接的端口电压为3.3V时截止，以使所述发光二极管和所述继电器下电，并触发所述继电器的常开触点断开；所述发光二极管，用于当所述第一发电耦合器导通时则点亮，当所述第一发电耦合器截止时则熄灭；所述继电器，用于当所述继电器的常开触点闭合时，则为受控设备提供电源，当所述继电器的常开触点断开时，则停止为所述受控设备提供电源；所述第二发电耦合器，用于当所述第一发电耦合器与所述控制单元连接的端口电压为0时导通，以使所述反相器上电，当所述第一发电耦合器与所述控制单元连接的端口电压为3.3V时截止，以使所述反相器下电；所述反相器，用于接收所述第二发电耦合器输入的信号，对所述信号进行反向处理。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实施方式中，还包括瞬态电压抑制器，所述瞬态电压抑制器与所述继电器并联连接；所述瞬态电压抑制器，用于当所述第一光电耦合器的输出端的负极输出电压大于预设电压值时，将所述第一光电耦合器的输出端的负极接地。

结合第一方面或第一方面的第一种可能实施方式，在第一方面的第二种可能实施方式中，还包括至少一个电容器，所述至少一个电容器与所述继电器并联连接，所述至少一个电容器用于滤波。

结合第一方面或第一方面的第一种可能实施方式，在第一方面的第三种可能实施方式中，还包括第一二极管，所述第一二极管与所述继电器并联连接；其中，所述第一二极管，用于吸收所述继电器的线圈上的电流。

结合第一方面或第一方面的第一种可能实施方式，在第一方面的第四种可能实施方式中，还包括第二二极管，所述第二二极管与所述继电器连接；其中所述第二二极管，用于防止反向电流。

第二方面，本发明实施例提供一种数字量输出板卡，包括：第一通信单元、控制单元、前面板接口单元及背板接口单元，和所述的至少一个数字量输出单元；所述第一通信单元，用于向所述控制单元输入数字量信号；所述控制单元，用于将控制信号输入至所述数字量输出单元，并接收所述数字量输出单元输入的检测结果；所述前面板接口单元，用于接收所述数字量输出单元输出的控制信号，并将所述控制信号输入至受控设备以控制所述受控设备；所述背板接口单元，用于接收网关输入的数字量信号。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能实施方式中，还包括：第二通信单元，用于当所述第一通信单元出现故障时向所述控制单元输入数字量信号。

本发明实施例提供了一种数字量输出单元，包括：第一发电耦合器、发光二极管、继电器、第二发电耦合器和反相器，发光二极管分别与第一发电耦合器的输出端和第二发电耦合器的输入端连接，继电器与发光二极管并联连接，反相器与第二发电耦合器的输出端连接；第一发电耦合器，用于当与控制单元连接的端口电压为0时导通，以使发光二极管和继电器上电，并触发继电器的常开触点闭合，当与控制单元连接的端口电压为3.3V时截止，以使发光二极管和所述继电器下电，并触发继电器的常开触点断开；发光二极管，用于当第一发电耦合器导通时则点亮，当第一发电耦合器截止时则熄灭；继电器，用于当继电器的常开触点闭合时，则为受控设备提供电源，当继电器的常开触点断开时，则停止为受控设备提供电源；第二发电耦合器，用于当第一发电耦合器与控制单元连接的端口电压为0时导通，以使反相器上电，当第一发电耦合器与控制单元连接的端口电压为3.3V时截止，以使反相器下电；反相器，用于接收第二发电耦合器输入的信号，对信号进行反向处理。从而提高数字量输出板卡的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的数字量输出单元的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种数字量输出板卡的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的第一通信单元的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的第二通信单元的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的供电单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例提供的数字量输出单元的结构示意图。如图1所示，该数字量输出单元包括：第一发电耦合器101、发光二极管102、继电器103、第二发电耦合器104和反相器105，所述发光二极管102分别与所述第一发电耦合器101的输出端和所述第二发电耦合器104的输入端连接，所述继电器103与所述发光二极管102并联连接，所述反相器105与所述第二发电耦合器104的输出端连接；其中，所述第一发电耦合器101，用于当与控制单元连接的端口电压为0时导通，以使所述发光二极管102和所述继电器103上电，并触发所述继电器103的常开触点闭合，当与控制单元连接的端口电压为3.3V时截止，以使所述发光二极管102和所述继电器103下电，并触发所述继电器103的常开触点断开；所述发光二极管102，用于当所述第一发电耦合器101导通时则点亮，当所述第一发电耦合器101截止时则熄灭；所述继电器103，用于当所述继电器103的常开触点闭合时，则为受控设备提供电源，当所述继电器103的常开触点断开时，则停止为受控设备提供电源；所述第二发电耦合器104，用于当所述第一发电耦合器101与所述控制单元连接的端口电压为0时导通，以使所述反相器105上电，当所述第一发电耦合器101与所述控制单元连接的端口电压为3.3V时截止，以使所述反相器105下电；所述反相器105，用于接收所述第二发电耦合器输入的信号，对所述信号进行反向处理。

通常，控制单元即中央处理器(Central Processing Unit,CPU)引脚与端口D1连接，当端口D1电压为0时，第一发电耦合器101导通，发光二极管102点亮，继电器103线圈有电流通过，继电器的常开触点A1吸合，即OUT1端输出为公共端Vout+电平；同时，第二发电耦合器104导通，通过反相器105后，反馈信号引脚FB1端电压为0。

当端口D1端电压为3.3V时，第一发电耦合器101截止，发光二极管102熄灭，同时继电器103线圈中电流为0，继电器的常开触点A1断开，即OUT1端无输出；同时，第二发电耦合器104截止，通过反相器105后，反馈信号引脚FB1端电压为1。

上述两种情况说明数字量输出板没有故障，一切正常，一旦数字量输出板出现其他情况即FB1端电压非0或非1，则可以根据FB1端电压来判断数字量输出是否存在故障。若反馈信号引脚FB1端电压不正确，则控制单元会将错误信息通过第一通信单元或第二通信单元上传于总线网络，提示司机停车检查或维修更换。

一种可选实施方式，所述数字量输出单元，还包括瞬态电压抑制器106，所述瞬态电压抑制器106与所述继电器103并联连接；所述瞬态电压抑制器106，用于当所述第一光电耦合器101的输出端的负极输出电压大于预设电压值时，将所述第一光电耦合器101的输出端的负极接地。

另一种可选实施方式，所述数字量输出单元，还包括至少一个电容器107，所述至少一个电容器107与所述继电器103并联连接，所述至少一个电容器107用于滤波。

又一种可选实施方式，所述数字量输出单元，还包括第一二极管108，所述第一二极管108与所述继电器103并联连接；其中，所述第一二极管108，用于吸收所述继电器103的线圈上的电流。

可选地，数字量输出单元还包括第二二极管109，所述第二二极管109与所述继电器103连接；其中所述第二二极管109，用于防止反向电流。

本实施例提供了一种数字量输出单元，包括：第一发电耦合器、发光二极管、继电器、第二发电耦合器和反相器，发光二极管分别与第一发电耦合器的输出端和第二发电耦合器的输入端连接，继电器与发光二极管并联连接，反相器与第二发电耦合器的输出端连接；其中第一发电耦合器用于当与控制单元连接的端口电压为0时导通，以使发光二极管和所述继电器上电，当与控制单元连接的端口电压为3.3V时截止，以使发光二极管和所述继电器下电，从而使得控制单元根据FB1端电压来判断数字量输出是否存在故障，进而提高了数字量输出板卡的稳定性和可靠性，保证了列车的安全运行。

图2为本发明一实施例提供的一种数字量输出板卡的结构示意图，其中该数字量输出板卡包括至少一个实施例一所述的数字量输出单元201，还包括：第一通信单元202、控制单元203、背板接口单元204及前面板接口单元205；所述第一通信单元202，用于向所述控制单元203输入数字量信号；所述控制单元203，用于将控制信号输入至所述数字量输出单元201，并接收所述数字量输出单元201输入的检测结果；所述前面板接口单元205，用于接收所述数字量输出单元201输出的控制信号，并将所述控制信号输入至受控设备以控制所述受控设备；所述背板接口单元204，用于接收网关输入的数字量信号，此外还包括供电单元206。

可选地，数字量输出板卡还包括：第二通信单元207，用于当所述第一通信单元202出现故障时向所述控制单元输入数字量信号。

进一步地，本发明中控制单元采用最新的ARM Cortex处理器STM32F103VG，ARMCortex系列是新一代的，一个为广泛的技术需求提供标准架构的处理器。与其他的ARM处理器不同，Cortex系列是一个完整的处理器核心，一个标准的CPU和系统架构。它有着高性能、低成本、低功耗的特点。控制单元将第一通信单元和第二通信单元传来的信息计算处理后通过相应的输入输出管道传递给相应的数字量输出单元，从而控制受控设备产生相应的动作；同时接收至少一个数字量输出单元的输出电压来判断数字量输出板卡的工作情况，提高了控制的准确性和可靠性。

更进一步地，图3为本发明一实施例提供的第一通信单元的结构示意图，本发明中的第一通信单元为控制局域网路CAN通信单元，CANH和CANL通过背板接口单元连接到CAN总线上，芯片301为总线过压保护芯片，第一电阻302和第二电阻303为能量吸收电阻，共模电感304，电容器305为滤波电容，芯片306为CAN通信编码/解码芯片，CAN1_RX和CAN1_TX与控制单元引脚连接。在实际应用中，总线上的CAN设备的通讯模式设置为主从通讯模式，通常多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus,MVB)/CAN网关设备作为CAN主设备，其余输入输出模块节点作为从设备，主设备按照固定的时间周期向从设备发送查询命令，从设备在收到查询命令后自动上报数据。

图4为本发明一实施例提供的第二通信单元的结构示意图，本发明中的第二通信单元为RS485通信单元，通过RS485通信单元可以查看板卡当前信息，也可在CAN通信单元故障时转用RS485通信，确保数字量输出板卡正常工作，极大提高了列车安全运行的可靠性，如图4所示，A485和B485通过背板接口单元连接到CAN总线上，芯片401为总线过压保护芯片，第三电阻402和第四电阻403为能量吸收电阻，电容器405为滤波电容，芯片406为CAN通信编码/解码芯片，USART1_RTS为通信使能控制端，与数字量输出板卡输入输出引脚连接，当USART1_RTS电平为高时，芯片406为接收信息模式；当USART1_RTS电平为低时，芯片406转为发送信息模式，USART1_RX和USART1_TX与控制单元串口通信引脚连接。

本发明提供的数字量输出板卡还包括：供电单元，图5为本发明一实施例提供的供电单元的结构示意图，如图5所示，供电单元主要由两个电源转换电路构成，上部分为直流5V转直流3.3V电源转换电路，其中5V与3.3V为共地(非隔离)，下部分为直流5V转5V电源转换电路，其中+5V对GND与+5V_ISO对GND_ISO为隔离电源，这样能够极大减少外界噪声对整个系统的干扰。+5V与GND通过背板接口单元引入数字量输出板卡，其中电容器501为支撑电容，电容501，电容器502为滤波电容，转换模块503和转换模块504为电源转换模块，TVS17为TVS。

本实施例提供了一种数字量输出板卡，包括：至少一个数字量输出单元、第一通信单元、控制单元、前面板接口单元及背板接口单元；第一通信单元，用于向所述控制单元输入数字量信号；控制单元，用于将控制信号输入至所述数字量输出单元，并接收所述数字量输出单元输入的检测结果；前面板接口单元，用于接收所述数字量输出单元输出的控制信号，并将所述控制信号输入至受控设备以控制所述受控设备；背板接口单元，用于接收网关输入的数字量信号，从而提高数字量输出板卡的稳定性和可靠性，进而保证列车的安全运行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种数字量输出单元，其特征在于，包括：第一发电耦合器、发光二极管、继电器、第二发电耦合器和反相器，所述发光二极管分别与所述第一发电耦合器的输出端和所述第二发电耦合器的输入端连接，所述继电器与所述发光二极管并联连接，所述反相器与所述第二发电耦合器的输出端连接；

所述第一发电耦合器，用于当与控制单元连接的端口电压为0时导通，以使所述发光二极管和所述继电器上电，并触发所述继电器的常开触点闭合，当与所述控制单元连接的端口电压为3.3V时截止，以使所述发光二极管和所述继电器下电，并触发所述继电器的常开触点断开；

所述发光二极管，用于当所述第一发电耦合器导通时则点亮，当所述第一发电耦合器截止时则熄灭；

所述继电器，用于当所述继电器的常开触点闭合时，则为受控设备提供电源，当所述继电器的常开触点断开时，则停止为所述受控设备提供电源；

所述第二发电耦合器，用于当所述第一发电耦合器与所述控制单元连接的端口电压为0时导通，以使所述反相器上电，当所述第一发电耦合器与所述控制单元连接的端口电压为3.3V时截止，以使所述反相器下电；

所述反相器，用于接收所述第二发电耦合器输入的信号，对所述信号进行反向处理。

2.根据权利要求1所述的数字量输出单元，其特征在于，还包括瞬态电压抑制器，所述瞬态电压抑制器与所述继电器并联连接；

所述瞬态电压抑制器，用于当所述第一发电耦合器的输出端的负极输出电压大于预设电压值时，将所述第一发电耦合器的输出端的负极接地。

3.根据权利要求1或2所述的数字量输出单元，其特征在于，还包括至少一个电容器，所述至少一个电容器与所述继电器并联连接，所述至少一个电容器用于滤波。

4.根据权利要求1或2所述的数字量输出单元，其特征在于，还包括第一二极管，所述第一二极管与所述继电器并联连接；

其中，所述第一二极管，用于吸收所述继电器的线圈上的电流。

5.根据权利要求1或2所述的数字量输出单元，其特征在于，还包括第二二极管，所述第二二极管与所述继电器连接；

其中所述第二二极管，用于防止反向电流。

6.一种数字量输出板卡，其特征在于，包括：第一通信单元、控制单元、前面板接口单元及背板接口单元，和至少一个如权利要求1-5任一项所述的数字量输出单元；

所述第一通信单元，用于向所述控制单元输入数字量信号；

所述控制单元，用于将控制信号输入至所述数字量输出单元，并接收所述数字量输出单元输入的检测结果；

所述前面板接口单元，用于接收所述数字量输出单元输出的控制信号，并将所述控制信号输入至受控设备以控制所述受控设备；

所述背板接口单元，用于接收网关输入的数字量信号。

7.根据权利要求6所述的数字量输出板卡，其特征在于，还包括：第二通信单元，用于当所述第一通信单元出现故障时向所述控制单元输入数字量信号。