CN105759693B - 机动车网络输入输出控制卡 - Google Patents

机动车网络输入输出控制卡 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机动车驾驶考试系统中的网络控制卡，具体是一种机动车网络输入输出控制卡。本发明解决了现有机动车驾驶考试系统中的网络控制卡无法兼顾系统之间的通信距离和通信速率的问题。机动车网络输入输出控制卡，包括DC‑DC电源电路、微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路；其中，微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路均与DC‑DC电源电路连接；以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路均与微控制器电路连接。本发明适用于机动车驾驶考试系统。

Description

机动车网络输入输出控制卡
技术领域
本发明涉及机动车驾驶考试系统中的网络控制卡，具体是一种机动车网络输入输出控制卡。
背景技术
现有机动车驾驶考试系统中的网络控制卡普遍是基于8051单片机开发的。此种网络控制卡由于技术陈旧，导致各个系统之间只能以RS485、RS232等方式进行通信，由此导致其无法兼顾系统之间的通信距离和通信速率（当系统之间的通信距离较远时，则通信速率较低；当系统之间的通信速率较高时，则通信距离较近），从而严重制约了机动车驾驶考试系统的性能。基于此，有必要发明一种全新的网络控制卡，以解决现有机动车驾驶考试系统中的网络控制卡无法兼顾系统之间的通信距离和通信速率的问题。
发明内容
本发明为了解决现有机动车驾驶考试系统中的网络控制卡无法兼顾系统之间的通信距离和通信速率的问题，提供了一种机动车网络输入输出控制卡。
本发明是采用如下技术方案实现的：机动车网络输入输出控制卡，包括DC-DC电源电路、微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路；其中，微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路均与DC-DC电源电路连接；以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路均与微控制器电路连接。
具体工作过程如下：DC-DC电源电路分别对微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路进行供电，由此保证微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路正常工作。以太网PHY电路接收来自微控制器电路的信号，并将信号进行转换后发送至外部，由此实现以太网通信功能。模拟量采集电路采集外部模拟电压信号，并将外部模拟电压信号发送至微控制器电路，由此实现模拟量采集功能。开关量采集电路采集外部开关电压信号，并将外部开关电压信号发送至微控制器电路，由此实现开关量采集功能。串口电路接收来自微控制器电路的信号，并将信号进行转换后发送至上位机，由此实现串口通信功能。USB接口电路接收来自微控制器电路的信号，并根据信号驱动连接的USB设备，由此实现USB通信功能。
基于上述过程，与现有机动车驾驶考试系统中的网络控制卡相比，本发明所述的机动车网络输入输出控制卡通过采用全新结构，使得各个系统之间能够以以太网、串口、USB等方式进行通信，由此兼顾了系统之间的通信距离和通信速率，从而有效提升了机动车驾驶考试系统的性能。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有机动车驾驶考试系统中的网络控制卡无法兼顾系统之间的通信距离和通信速率的问题，适用于机动车驾驶考试系统。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的DC-DC电源电路的电路原理图。
图3是微控制器电路的第一部分电路原理图。
图4是微控制器电路的第二部分电路原理图。
图5是微控制器电路的第三部分电路原理图。
图6是以太网PHY电路的电路原理图。
图7是模拟量采集电路的第一部分电路原理图。
图8是模拟量采集电路的第二部分电路原理图。
图9是模拟量采集电路的第三部分电路原理图。
图10是开关量采集电路的第一部分电路原理图。
图11是开关量采集电路的第二部分电路原理图。
图12是串口电路的第一部分电路原理图。
图13是串口电路的第二部分电路原理图。
图14是USB接口电路的电路原理图。
具体实施方式
机动车网络输入输出控制卡，包括DC-DC电源电路、微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路；其中，微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路均与DC-DC电源电路连接；以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路均与微控制器电路连接。
如图2所示，所述DC-DC电源电路包括LT1117-3.3V线性稳压芯片U6、MP1584EN开关电源芯片U7、滤波器L3；滤波器L3的输入端口与外部电源端口连接；滤波器L3的输出端口与MP1584EN开关电源芯片U7的输入端口连接；MP1584EN开关电源芯片U7的输出端口作为5V供电端口，且MP1584EN开关电源芯片U7的输出端口与LT1117-3.3V线性稳压芯片U6的输入端口连接；LT1117-3.3V线性稳压芯片U6的输出端口作为3.3V供电端口；
具体工作时，外部电源电压首先经滤波器L3进行滤波，然后经MP1584EN开关电源芯片U7转换为5V电源电压，最后经LT1117-3.3V线性稳压芯片U6转换为3.3V电源电压，由此进行供电；
如图3-图5所示，所述微控制器电路包括STM32F429ZIT6微控制器U1、IMP811T监控芯片U2、TL431AIL3T三端稳压芯片U3、8MHz晶振X1、SWD接口P1、RST接口P2；STM32F429ZIT6微控制器U1的电源端口分别与3.3V供电端口和TL431AIL3T三端稳压芯片U3的输出端口连接；STM32F429ZIT6微控制器U1的输入端口与IMP811T监控芯片U2的输出端口连接；STM32F429ZIT6微控制器U1的端口与SWD接口P1连接；STM32F429ZIT6微控制器U1与8MHz晶振X1双向连接；IMP811T监控芯片U2的电源端口与3.3V供电端口连接；IMP811T监控芯片U2的输入端口与RST接口P2连接；SWD接口P1的电源端口与3.3V供电端口连接；
具体工作时，IMP811T监控芯片U2为STM32F429ZIT6微控制器U1提供上电复位和手动复位功能；TL431AIL3T三端稳压芯片U3作为STM32F429ZIT6微控制器U1的模拟参考电压源；8MHz晶振X1作为STM32F429ZIT6微控制器U1的主振荡器；SWD接口P1作为STM32F429ZIT6微控制器U1的仿真下载接口；
如图6所示，所述以太网PHY电路包括DP83848IVV以太网PHY接口芯片U4、H1102/H1188/H1211磁性变压器T1、50MHz晶振Y1；DP83848IVV以太网PHY接口芯片U4的电源端口与3.3V供电端口连接；DP83848IVV以太网PHY接口芯片U4的输入端口分别与STM32F429ZIT6微控制器U1的输出端口和50MHz晶振Y1的输出端口连接；DP83848IVV以太网PHY接口芯片U4的输出端口与H1102/H1188/H1211磁性变压器T1的输入端口连接；H1102/H1188/H1211磁性变压器T1的电源端口与3.3V供电端口连接；50MHz晶振Y1的电源端口与3.3V供电端口连接；
具体工作时，DP83848IVV以太网PHY接口芯片U4接收来自STM32F429ZIT6微控制器U1的RMII信号，并将该RMII信号处理成为全双工差分信号，该全双工差分信号经H1102/H1188/H1211磁性变压器T1滤波后发送至外部，由此实现以太网通信功能；50MHz晶振Y1为DP83848IVV以太网PHY接口芯片U4提供主时钟源；
如图7-图9所示，所述模拟量采集电路包括十个LM324电压跟随器U11A-U11D、U12A-U12D、U13A、U13B、两个施密特触发器U13C、U13D；十个LM324电压跟随器U11A-U11D、U12A-U12D、U13A、U13B、两个施密特触发器U13C、U13D的电源端口均与5V供电端口连接；十个LM324电压跟随器U11A-U11D、U12A-U12D、U13A、U13B的输入端口均与外部模拟量信号端口连接；两个施密特触发器U13C、U13D的输入端口均与外部开关量信号端口连接；十个LM324电压跟随器U11A-U11D、U12A-U12D、U13A、U13B、两个施密特触发器U13C、U13D的输出端口均与STM32F429ZIT6微控制器U1的输入端口连接；
具体工作时，十个LM324电压跟随器U11A-U11D、U12A-U12D、U13A、U13B采集外部模拟电压信号，并将外部模拟电压信号进行缓冲后发送至STM32F429ZIT6微控制器U1，由此实现模拟量采集功能；两个施密特触发器U13C、U13D采集外部开关电压信号，并将外部开关电压信号进行缓冲和滤波后发送至STM32F429ZIT6微控制器U1，由此实现开关量采集功能；
如图10-图11所示，所述开关量采集电路包括两个74LVC14施密特触发器芯片U9、U10；两个74LVC14施密特触发器芯片U9、U10的电源端口均与3.3V供电端口连接；两个74LVC14施密特触发器芯片U9、U10的输入端口均与外部开关量信号端口连接；两个74LVC14施密特触发器芯片U9、U10的输出端口均与STM32F429ZIT6微控制器U1的输入端口连接；
具体工作时，两个74LVC14施密特触发器芯片U9、U10采集外部开关电压信号，并将外部开关电压信号进行缓冲和滤波后发送至STM32F429ZIT6微控制器U1，由此实现开关量采集功能；
如图12-图13所示，所述串口电路包括TJA1040T CAN总线转换芯片U5、MASX3232EEY电平转换芯片U14、PESD1CAN CAN总线TVS保护芯片U16、ULN2003AI达林顿管芯片U18、两个DZ-2x8-RA接线座CN2、CN3、DZ-2x5-RA接线座CN4、接口P4；TJA1040T CAN总线转换芯片U5的电源端口与5V供电端口连接；TJA1040T CAN总线转换芯片U5的输入端口与STM32F429ZIT6微控制器U1的输出端口连接；TJA1040T CAN总线转换芯片U5的输出端口分别与PESD1CAN CAN总线TVS保护芯片U16的输入端口、DZ-2x5-RA接线座CN4、接口P4连接；MASX3232EEY电平转换芯片U14的电源端口与3.3V供电端口连接；MASX3232EEY电平转换芯片U14的输入端口与STM32F429ZIT6微控制器U1的输出端口连接；MASX3232EEY电平转换芯片U14的输出端口与第二个DZ-2x8-RA接线座CN3连接；ULN2003AI达林顿管芯片U18的电源端口与外部电源端口连接；ULN2003AI达林顿管芯片U18的输入端口与STM32F429ZIT6微控制器U1的输出端口连接；ULN2003AI达林顿管芯片U18的输出端口与DZ-2x5-RA接线座CN4连接；第一个DZ-2x8-RA接线座CN2分别与外部模拟量信号端口和外部开关量信号端口连接；第二个DZ-2x8-RA接线座CN3分别与外部电源端口和外部开关量信号端口连接；DZ-2x5-RA接线座CN4与外部电源端口连接；
具体工作时，TJA1040T CAN总线转换芯片U5接收来自STM32F429ZIT6微控制器U1的信号，并将信号转换为半双工差分信号后发送至DZ-2x5-RA接线座CN4；MASX3232EEY电平转换芯片U14接收来自STM32F429ZIT6微控制器U1的信号，并将信号转换为RS232信号后发送至上位机，由此实现串口通信功能；PESD1CAN CAN总线TVS保护芯片U16防止CAN总线上的电涌窜入控制卡内部；ULN2003AI达林顿管芯片U18提供四路集电极开路输出的控制功能；
如图14所示，所述USB接口电路包括STMPS2141STR电源管理芯片U8、Micro-USB插座P3；STMPS2141STR电源管理芯片U8的电源端口与5V供电端口连接；STMPS2141STR电源管理芯片U8的输入端口与STM32F429ZIT6微控制器U1的输出端口连接；STMPS2141STR电源管理芯片U8的输出端口与Micro-USB插座P3连接；Micro-USB插座P3与STM32F429ZIT6微控制器U1的USB差分数据端口连接；
具体工作时，STMPS2141STR电源管理芯片U8接收来自STM32F429ZIT6微控制器U1的信号，当信号有效时，STMPS2141STR电源管理芯片U8向Micro-USB插座P3提供5V/500mA电源，驱动连接的USB设备，由此实现USB通信功能。

Claims (1)

1.一种机动车网络输入输出控制卡，其特征在于：包括DC-DC电源电路、微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路；其中，微控制器电路、以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路均与DC-DC电源电路连接；以太网PHY电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、串口电路、USB接口电路均与微控制器电路连接；
所述DC-DC电源电路包括LT1117-3.3V线性稳压芯片（U6）、MP1584EN开关电源芯片（U7）、滤波器（L3）；滤波器（L3）的输入端口与外部电源端口连接；滤波器（L3）的输出端口与MP1584EN开关电源芯片（U7）的输入端口连接；MP1584EN开关电源芯片（U7）的输出端口作为5V供电端口，且MP1584EN开关电源芯片（U7）的输出端口与LT1117-3.3V线性稳压芯片（U6）的输入端口连接；LT1117-3.3V线性稳压芯片（U6）的输出端口作为3.3V供电端口；
所述微控制器电路包括STM32F429ZIT6微控制器（U1）、IMP811T监控芯片（U2）、TL431AIL3T三端稳压芯片（U3）、8MHz晶振（X1）、SWD接口（P1）、RST接口（P2）；STM32F429ZIT6微控制器（U1）的电源端口分别与3.3V供电端口和TL431AIL3T三端稳压芯片（U3）的输出端口连接；STM32F429ZIT6微控制器（U1）的输入端口与IMP811T监控芯片（U2）的输出端口连接；STM32F429ZIT6微控制器（U1）的端口与SWD接口（P1）连接；STM32F429ZIT6微控制器（U1）与8MHz晶振（X1）双向连接；IMP811T监控芯片（U2）的电源端口与3.3V供电端口连接；IMP811T监控芯片（U2）的输入端口与RST接口（P2）连接；SWD接口（P1）的电源端口与3.3V供电端口连接；
所述以太网PHY电路包括DP83848IVV以太网PHY接口芯片（U4）、H1102/H1188/H1211磁性变压器（T1）、50MHz晶振（Y1）；DP83848IVV以太网PHY接口芯片（U4）的电源端口与3.3V供电端口连接；DP83848IVV以太网PHY接口芯片（U4）的输入端口分别与STM32F429ZIT6微控制器（U1）的输出端口和50MHz晶振（Y1）的输出端口连接；DP83848IVV以太网PHY接口芯片（U4）的输出端口与H1102/H1188/H1211磁性变压器（T1）的输入端口连接；H1102/H1188/H1211磁性变压器（T1）的电源端口与3.3V供电端口连接；50MHz晶振（Y1）的电源端口与3.3V供电端口连接；
所述模拟量采集电路包括十个LM324电压跟随器（U11A-U11D、U12A-U12D、U13A、U13B）、两个施密特触发器（U13C、U13D）；十个LM324电压跟随器（U11A-U11D、U12A-U12D、U13A、U13B）、两个施密特触发器（U13C、U13D）的电源端口均与5V供电端口连接；十个LM324电压跟随器（U11A-U11D、U12A-U12D、U13A、U13B）的输入端口均与外部模拟量信号端口连接；两个施密特触发器（U13C、U13D）的输入端口均与外部开关量信号端口连接；十个LM324电压跟随器（U11A-U11D、U12A-U12D、U13A、U13B）、两个施密特触发器（U13C、U13D）的输出端口均与STM32F429ZIT6微控制器（U1）的输入端口连接；
所述开关量采集电路包括两个74LVC14施密特触发器芯片（U9、U10）；两个74LVC14施密特触发器芯片（U9、U10）的电源端口均与3.3V供电端口连接；两个74LVC14施密特触发器芯片（U9、U10）的输入端口均与外部开关量信号端口连接；两个74LVC14施密特触发器芯片（U9、U10）的输出端口均与STM32F429ZIT6微控制器（U1）的输入端口连接；
所述串口电路包括TJA1040T CAN总线转换芯片（U5）、MASX3232EEY电平转换芯片（U14）、PESD1CAN CAN总线TVS保护芯片（U16）、ULN2003AI达林顿管芯片（U18）、两个DZ-2x8-RA接线座（CN2、CN3）、DZ-2x5-RA接线座（CN4）、接口（P4）；TJA1040T CAN总线转换芯片（U5）的电源端口与5V供电端口连接；TJA1040T CAN总线转换芯片（U5）的输入端口与STM32F429ZIT6微控制器（U1）的输出端口连接；TJA1040T CAN总线转换芯片（U5）的输出端口分别与PESD1CAN CAN总线TVS保护芯片（U16）的输入端口、DZ-2x5-RA接线座（CN4）、接口（P4）连接；MASX3232EEY电平转换芯片（U14）的电源端口与3.3V供电端口连接；MASX3232EEY电平转换芯片（U14）的输入端口与STM32F429ZIT6微控制器（U1）的输出端口连接；MASX3232EEY电平转换芯片（U14）的输出端口与第二个DZ-2x8-RA接线座（CN3）连接；ULN2003AI达林顿管芯片（U18）的电源端口与外部电源端口连接；ULN2003AI达林顿管芯片（U18）的输入端口与STM32F429ZIT6微控制器（U1）的输出端口连接；ULN2003AI达林顿管芯片（U18）的输出端口与DZ-2x5-RA接线座（CN4）连接；第一个DZ-2x8-RA接线座（CN2）分别与外部模拟量信号端口和外部开关量信号端口连接；第二个DZ-2x8-RA接线座（CN3）分别与外部电源端口和外部开关量信号端口连接；DZ-2x5-RA接线座（CN4）与外部电源端口连接；
所述USB接口电路包括STMPS2141STR电源管理芯片（U8）、Micro-USB插座（P3）；STMPS2141STR电源管理芯片（U8）的电源端口与5V供电端口连接；STMPS2141STR电源管理芯片（U8）的输入端口与STM32F429ZIT6微控制器（U1）的输出端口连接；STMPS2141STR电源管理芯片（U8）的输出端口与Micro-USB插座（P3）连接；Micro-USB插座（P3）与STM32F429ZIT6微控制器（U1）的USB差分数据端口连接。
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