CN106128001A - 基于独立模块组合3u机箱结构的列车烟火报警通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于独立模块组合3U机箱结构的列车烟火报警通讯方法，通过IO板卡外接地址线识别车厢号，调用探测器配置；探测器采集温度信息和烟雾浓雾信息，并传送至CPU板卡处理；CPU板卡对采集到的信息进行判断，并输出报警信息；报警后，CPU板卡发送报警信息至司机室HMI显示屏；IO板卡断开与车辆安全环路的信号输出，发送报警信息至司机室HMI显示屏，DISP板卡红色报警指示灯亮；DS板卡、Enet板卡和无线板卡收集存储并上传温度信息、烟雾浓雾信息和报警信息。探测器与CAN板卡通讯时，通过探测器转发机制，对探测器的CAN帧地址的进行递加或递减运算，探测器在收到地址不同CAN帧时，应答帧的地址也不相同，增强系统的可配置性。

Description

基于独立模块组合3U机箱结构的列车烟火报警通讯方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆火灾报警技术领域，具体的说，涉及一种基于独立模块组合的3U机箱结构的列车烟火报警通讯方法。

背景技术

高速动车组是一个非常复杂、且处于高速运动状态的载人工具，装载了功能各异的电气设备，铺设了大量的电线电缆，由于其运输环境空间较小、人员密集、疏散和救援困难，一旦发生火情，如果没有及时发现并采取相应措施，会带来较大的人员伤亡和经济损失。由于列车内需要监测位置太多，且各车型车辆所需探测器的数量、位置和功能多样化，烟火报警通讯系统与方法已不能满足列车高速发展的需求。

现有烟火报警方法中，如中国专利号CN201210297303公开一种基于无线传感器网络的列车烟火报警系统和方法。通过分布于列车车体内的若干烟火报警节点采集各个位置的信息，将信息通过无线路由方式传输给网关节点，网关节点收集并分类由烟火报警节点上传的信息数据，将信息数据通过有线方式上传至列车网络控制系统，列车网络控制系统对信息进行处理，进行报警提示。即上述报警方法中，仅指出报警节点与网络节点之间采用无线路由方式，将多个探测器悬挂于同一通讯总线，由于列车上探测器的个数随需求而更改，每种车型、每节车厢上探头数目并不固定，如采用上述多节点通过一条总线进行通讯的方式，需要在软件或硬件上对探测器进行地址编码，即需要总线上的每一个探测器均设置自己的地址，以此来识别相应的探测器，这对于探测器数量多且要求配置较灵活的探测器较为限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于独立模块组合3U机箱结构的列车烟火报警通讯方法。

本发明的技术方案是：一种基于独立模块组合3U机箱结构的列车烟火报警通讯方法，该通讯方法包括以下步骤：

IO板卡的车号连接器X4外接地址线识别车厢号，调用探测器配置；

探测器采集各探测器周围环境温度信息和烟雾浓雾信息，将采集到温度信息和烟雾浓雾信息传送至CPU板卡处理；

CPU板卡对采集到温度信息和烟雾浓雾信息进行判断，当温度或烟雾浓度超过设定阈值时，输出报警信息；CPU板卡同时将报警信息通过车辆网络发送至司机室HMI显示屏；

报警后，IO板卡断开与车辆安全环路的信号输出，并发送报警信息至司机室HMI显示屏，同时DISP板卡与报警探测器相应的红色报警指示灯亮；

DS板卡收集温度信息、烟雾浓雾信息和报警信息，进行存储；Enet板卡收集温度信息、烟雾浓雾信息和报警信息以及各板卡通讯状态和存储状态，通过以太网挂在交换机；无线板卡将上述信息上传至云端服务器。

其中，所述的探测器包括CAN接口型探测器或FSK接口型探测器，CAN接口型探测器或FSK接口型探测器将采集到温度信息和烟雾浓雾信息通过CAN板卡或FSK板卡传送至CPU板卡处理。

CAN接口型探测器与CAN板卡、FSK接口型探测器与FSK板卡，采用相同的通讯方式，其通讯机制均包括两种，分别为群发-应答机制和点名-应答机制。

所述探测器与CAN板卡或FSK板卡之间的通讯机制为群发-应答机制；群发-应答机制包括群命令发送和群命令应答两个过程。CAN板卡向探测器FSD的群命令发送过程采用命令帧地址递加运算，CAN板卡通过其端口CAN#0发送命令帧，第一探测器FSD1接收来自CAN板卡的命令帧并进行转发，转发的同时对命令帧地址进行址递加处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器FSD；群命令应答过程时，第n探测器FSDn通过其端口CAN#1发送和转发本节点探测器的应答从命令帧地址，并通过其端口CAN#0接收来自其它探测器的应答帧ID；第n探测器FSDn转发本节点探测器的应答从命令帧的同时对从命令帧地址进行址递加处理，计算出新的从命令帧地址发送至上一探测器FSD。

所述探测器与CAN板卡或FSK板卡之间的通讯机制为点名-应答机制；点名-应答机制包括点名命令发送和点名命令应答两个过程。CAN板卡向探测器FSD从节点的命令发送过程采用命令帧地址递减运算，CAN板卡通过其端口CAN#0发送命令帧，第一探测器FSD1接收来自CAN板卡的命令帧并进行转发，转发的同时对命令帧地址进行址递减处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器FSD；点名命令应答时，第n探测器FSDn端口CAN#1的命令帧地址与点名命令的命令帧地址相符合，仅第n探测器FSDn响应点名命令，并转发本节点的应答从命令帧的同时对从命令帧地址进行址递加处理，计算出新的从命令帧地址反馈至上一探测器FSD。

该通讯方法采用的烟火报警装置包括电源板卡、IO板卡、CPU板卡、CAN板卡、FSK板卡、DS板卡、DISP板卡、Enet板卡、液晶触控屏和无线板卡，各板卡通过背板总线进行通讯。

所述CAN板卡和各探测器FSD均设有端口CAN#0和端口CAN#1，端口CAN#0和端口CAN#1均具备帧地址接收与发送功能；CAN板卡端口CAN#0连接第一探测器FSD1的端口CAN#1，第一探测器FSD1的端口CAN#0连接下一探测器FSD的端口CAN#1，下一探测器FSD的端口CAN#0连接第n探测器FSDn的端口CAN#1，第n探测器FSDn的端口CAN#0连接CAN板卡的端口CAN#1；CAN板卡与邻近探测器FSD之间，以及相邻探测器FSD之间通过独立设置CAN总线连接，各探测器FSD内部均设有数据转发模块，数据转发模块对接收到的命令帧地址进行修改及转发。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

1)该列车烟火报警装置采用模块化设计，各板卡独立安装于3U机箱中，布局紧凑，各板卡可灵活配置，实现模块级检修与维护；

2)该列车烟火报警装置各板卡的电气接口，兼容现有车辆网络接口，保证装置沿用性，提高装置与多型号车辆的匹配性；

3)CAN板卡通讯时，通过探测器转发机制，对探测器的CAN帧地址的进行递加或递减运算，而区分各探测器的CAN帧地址，探测器在收到地址不同CAN帧时，应答帧的地址也不相同，省去了对探测器进行地址编码的过程，增强系统的可配置性；

4)CAN板卡与探测器通讯时，用一个CAN环路的两个方向形成了两路CAN通信，实现冗余功能，与现有两条CAN总线互冗余方式相比，减少走线数量。

附图说明

图1为本发明烟火报警装置的结构示意图；

图2为本发明CAN板卡群命令发送过程示意图；

图3为本发明CAN板卡群命令应答过程示意图；

图4为本发明CAN板卡点名命令发送过程示意图；

图5为本发明CAN板卡点名命令应答过程示意图。

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。

实施例1

本发明公开一种基于独立模块组合的3U机箱结构的列车烟火报警通讯方法，该通讯方法采用的烟火报警装置包括多块独立板卡，各独立板卡可单独拆装，可根据车辆需要增减，利于装置的维护与升级。

参见图1，将各独立板卡按照功能划分，包括电源板卡、IO板卡、CPU板卡、CAN板卡、FSK板卡、DS板卡、DISP板卡、Enet板卡、液晶触控屏和无线板卡，各板卡通过背板总线实现电气连接，各板卡结构与功能如下：

电源板卡内设电压转换模块，将DC110V/DC24V直流电转换为DC24V/DC12V/DC5V直流电。电源板卡设有两个连接器，分别为电源输入连接器X1和电源输出连接器X2，电源输入连接器X1可连接DC110V供电和DC24V供电，兼容普通货车和动车组不同的电压输出；电源输出连接器X2输出DC24V、DC12V和DC5V直流电压。其中，DC24V通过背板总线与外部探测器相连，用于为外部探测器供电，DC12V通过背板总线与液晶触控屏相连，用于为液晶触控屏供电，DC5V通过背板总线与各板卡相连，用于为各板卡供电。

电源输入连接器X1采用三芯连接器，如输入电压为DC110V，其针脚定义如表1：

表1电源输入连接器X1针脚表

针脚号	1	2	3
				信号名	110+	NC	110-

电源输出连接器X2采用三芯连接器，如输出电压为DC24V，其针脚定义如表2：

表2电源输出连接器X2针脚表

针脚号	1	2	3
				信号名	DC24V+	NC	DC24V-

IO板卡内设数字量输入输出模块，用于系统数字量输入输出。IO板卡设有两个连接器，分别为安全环路连接器X3和车号连接器X4。

安全环路连接器X3采用5芯连接器，其针脚定义如表3：

表3安全环路连接器X3针脚表

针脚号	1	2	3	4	5
						信号名	DO1	D02	COM端	NC	NC

其中，安全环路连接器X3的DO1端为常开触点输出；D02端为常闭触点输出；COM端为公共端；NC端为悬空。安全环路连接器X3与车辆安全环路相连，当IO板卡收到CPU板卡判定的报警信息后，安全环路连接器X3的常闭触点断开，进而断开与车辆安全环路的信号输出，车辆安全环路断开后，报警信息作为冗余信息发送至司机室HMI显示屏，对司机室进行报警提示。

车号连接器X4采用7芯连接器，其针脚定义如表4：

表4车号连接器X4针脚表

针脚号	1	2	3	4	5	6	7
								信号名	ADD0	ADD1	ADD2	ADD3	ADD4	GND	GND

其中，ADD0～ADD4端用于车厢号识别，GND端为接地端。车号连接器X4与车厢地址线相连，最多支持32节车辆地址编码，满足现有所有车型最多16节编组的要求。

在进行车辆地址编码时，根据连接器环线接地方式进行二进制编码，车号连接器X4的ADD0～ADD4端与GND环接为0，ADD0～ADD4端悬空为1。ADD0～ADD4端在进行车厢号识别时，每个地址插头必须使用两根环线，否则地址识别为错误，该设置可防止地址重叠导致总线故障。各车厢号定义如表5：

表5车厢号地址编码

车厢号	ADD0	ADD1	ADD2	ADD3	ADD4
						1	0	1	1	1	0
2	0	1	1	0	1
						3	0	1	0	1	1
4	1	1	1	0	0
						5	1	0	1	1	0
6	1	0	1	0	1
						7	1	1	0	1	0
8	1	1	0	0	1

CAN板卡和FSK板卡均与探测器通讯，采集温度和烟雾浓雾信息，并通过背板总线将采集到信息传送至CPU板卡处理，CAN板卡采集CAN接口型探测器状态信息，FSK板卡采集FSK接口型探测器状态信息；同时，CAN板卡和FSK板卡将采集到的探测器信息传送至DS板卡。CAN板卡和FSK板卡与探测器通讯时，均采用环路冗余方式，自动识别探测器位置，诊断探测器状态。

CAN板卡和FSK板卡通过探测器连接器X5与探测器通讯，以CAN板卡为例，探测器连接器X5包括端口CAN0和端口CAN1，探测器包括第一探测器FSD1、第二探测器FSD2……和第n探测器FSDn，各探测器均设有端口CAN#0和端口CAN#1。

CAN板卡的端口CAN#0连接第一探测器FSD1的端口CAN#1，第一探测器FSD1的端口CAN#0连接下一探测器FSD的端口CAN#1，下一探测器FSD的端口CAN#0连接第n探测器FSDn的端口CAN#1，第n探测器FSDn的端口CAN#0连接CAN板卡的端口CAN#1。CAN板卡与邻近探测器FSD之间，以及相邻探测器FSD之间通过独立设置CAN总线连接，各探测器FSD内部均设有数据转发模块，数据转发模块对接收到的命令帧地址进行修改及转发。

CPU板卡通过背板总线与CAN板卡和DS板卡通讯，CPU板卡对采集到的探测器信息进行处理并判断，当温度或烟雾浓度超过设定阈值时，输出报警信息。CPU板卡设有MVB接口、电流环和RS485接口，CPU板卡通过MVB接口与列车监控系统TCMS相连，通过电流环与列车通信网络TCN相连，通过RS485接口与车辆网络相连，CPU板卡通过上述接口上传系统报警信息，并下载车辆配置信息，如车速、车号和时间等，车辆网络将报警信息发送至司机室HMI显示屏，对司机室进行报警提示。

DS板卡通过背板总线与CAN板卡、FSK板卡以及CPU板卡通讯，接收探测器采集的温度和烟雾浓度信息，同时接收CPU板卡传送的报警信息，并对上述信息进行存储。DC板卡设有USB接口和SPI接口，通过USB接口将存储信息下载到U盘等存储设备，通过SPI接口将存储信息下载到SD卡，便于后续火灾后进行信息分析。

DISP板卡通过背板总线与CAN板卡、FSK板卡以及CPU板卡通讯，DISP板卡面板设有红色报警指示灯、黄色故障指示灯和复位按键。其中，红色报警指示灯与探测器一一对应，探测器检测到温度或烟雾浓度超过设定阈值时，与该探测器相应的红色报警指示灯点亮，显示报警信息；当探测器出现故障时，与该探测器相应的黄色故障指示灯点亮，通过按下复位按键，所有红色报警指示灯和黄色故障指示灯均熄灭，当再次发生火警或故障时，红色报警指示灯和黄色故障指示灯再次点亮。

Enet板卡通过背板总线与上述各板卡通讯，采集系统所有的温度信息、烟雾浓度信息、火警状态、故障状态、各板卡间通讯状态和DS板卡存储状态信息。同时Enet板卡通过车辆以太网线与交换机通讯，在整车维修时，用户只需使用一台PC机，连接到任意一台交换机即可访问整车所有烟火报警装置，查看是否有故障，也可下载任意一台烟火报警装置的DS板卡中记录的信息，可任意刷新烟火报警装置的软件。

无线板卡通过背板总线与上述各板卡通讯，采集系统所有的温度、烟雾浓度、火警状态、故障状态、通讯状态和存储状态信息，无线数据采集系统外接无线数据采集系统GPRS，通过无线数据采集系统GPRS上传上述信息至云端服务器，供服务终端统筹监控，便于用户远程查看。

液晶触控屏通过背板总线与上述各板卡通讯，收集各板卡信息并实时显示烟火报警装置状态，通过液晶触控屏可进行烟火报警装置时间等参数设置，能够进行复位和消音作业，能够查看历史记录。

该烟火报警通讯方法包括以下步骤：

将IO板卡的车号连接器X4外接地址线识别车厢号，根据车厢号调用探测器配置，配置包括探测器数量、探测器位置分布和探测器报警温度阈值等。

采用CAN接口型探测器或FSK接口型探测器采集各探测器周围环境温度信息和烟雾浓雾信息，通过背板总线将采集到信息传送至CPU板卡处理。

CPU板卡根据采集到的信息进行判断，当温度或烟雾浓度超过设定阈值时，输出报警信息；CPU板卡同时通过MVB接口、电流环、RS485接口将报警信息发送至车辆网络，经车辆网络将报警信息发送至司机室HMI显示屏，对司机室进行报警提示。

DS板卡启动，收集CAN板卡和FSK板卡采集的温度和烟雾浓雾信息、采集CPU板卡的报警信息，进行存储，便于后续进行信息下载和分析。

IO板卡接收到CPU板卡判定的报警信息后，将安全环路连接器X3的常闭触点断开，进而断开与车辆安全环路的信号输出，车辆安全环路断开后，报警信息作为冗余信息发送至司机室HMI显示屏，对司机室进行报警提示。

DISP板卡收到报警信息后，DISP板卡面板上与报警探测器相应的红色报警指示灯亮，同样的，当探测器出现故障时，与故障探测器相应的黄色故障指示灯亮，提示故障信息。当报警与故障信息解除后，按下复位键，红色报警指示灯和黄色故障指示灯均熄灭。

Enet板卡采集系统所有的温度、烟雾浓度、火警状态、故障状态、通讯状态和存储状态信息，并通过车辆以太网挂在交换机上，方便查询。

无线板卡通过无线数据采集系统GPRS将上述信息上传至云端服务器，方便远程查看；通过液晶触控屏显示通过背板总线收集的系统信息，实时显示系统状态。

上述通讯方法中，CAN板卡相对于各探测器命令分为两种类型：群发-应答机制和点名-应答机制。

群发-应答机制包括群命令发送和群命令应答两个过程，群命令发送和群命令应答为一对多命令，CAN板卡发出命令后，所有探测器FSD都响应CAN板卡命令，同时接收及转发来自其它探测器FSD的应答命令帧。

参见图2，在群命令发送中，CAN板卡向探测器FSD的群命令发送过程采用命令帧地址递加运算，CAN板卡通过其端口CAN#0发送命令帧，第一探测器FSD1接收来自CAN板卡的命令帧并进行转发，转发的同时对命令帧地址进行址递加处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器FSD。参见图3，在群命令应答过程中，第n探测器FSDn通过其端口CAN#1发送和转发本节点探测器的应答从命令帧地址，并通过其端口CAN#0接收来自其它探测器的应答帧ID；第n探测器FSDn转发本节点探测器的应答从命令帧的同时对从命令帧地址进行址递加处理，计算出新的从命令帧地址发送至上一探测器FSD。

点名-应答机制包括点名命令发送和点名命令应答两个过程，点名命令发送和点名命令应答为一对一命令，CAN板卡包含有探测器FSD的地址信息，CAN板卡发出点名命令后，仅点名命令与与本节点地址相符的探测器FSD响应该点名命令，并向CAN板卡反馈响应的节点信息。

参见图4，在点名命令发送中，CAN板卡向探测器FSD从节点的命令发送过程采用命令帧地址递减运算，CAN板卡通过其端口CAN#0发送命令帧，第一探测器FSD1接收来自CAN板卡的命令帧并进行转发，转发的同时对命令帧地址进行址递减处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器FSD。参见图5，在点名命令应答中，第n探测器FSDn端口CAN#1的命令帧地址与点名命令的命令帧地址相符合，仅第n探测器FSDn响应点名命令，并转发本节点的应答从命令帧的同时对从命令帧地址进行址递加处理，计算出新的从命令帧地址反馈至上一探测器FSD。

FSK板卡的结构和与探测器的通讯方式与CAN板卡相同，两种板卡的群命令发送与群命令应答以及点名命令发送和点名命令应答各自形成一条CAN通讯环路，两条环路的两个方向均能进行数据接收与转发，相当于两条CAN总线，两条CAN总线互相冗余，增加通讯准确性与可靠性。

Claims (6)

1.一种基于独立模块组合3U机箱结构的列车烟火报警通讯方法，其特征在于包括以下方法步骤：

IO板卡的车号连接器X4外接地址线识别车厢号，调用探测器配置；

探测器采集各探测器周围环境温度信息和烟雾浓雾信息，将采集到温度信息和烟雾浓雾信息传送至CPU板卡处理；

CPU板卡对采集到温度信息和烟雾浓雾信息进行判断，当温度或烟雾浓度超过设定阈值时，输出报警信息；CPU板卡同时将报警信息通过车辆网络发送至司机室HMI显示屏；

报警后，IO板卡断开与车辆安全环路的信号输出，并发送报警信息至司机室HMI显示屏，同时DISP板卡与报警探测器相应的红色报警指示灯亮；

DS板卡收集温度信息、烟雾浓雾信息和报警信息，进行存储；Enet板卡收集温度信息、烟雾浓雾信息和报警信息以及各板卡通讯状态和存储状态，通过以太网挂在交换机；无线板卡将上述信息上传至云端服务器。

2.根据权利要求1所述的列车烟火报警通讯方法，其特征在于：所述探测器包括CAN接口型探测器或FSK接口型探测器，探测器将采集到温度信息和烟雾浓雾信息通过CAN板卡或FSK板卡传送至CPU板卡处理。

3.根据权利要求2所述的列车烟火报警通讯方法，其特征在于：所述探测器与CAN板卡或FSK板卡之间的通讯机制为群发-应答机制；群发-应答机制包括群命令发送和群命令应答两个过程；

CAN板卡向探测器FSD的群命令发送过程采用命令帧地址递加运算，CAN板卡通过其端口CAN#0发送命令帧，第一探测器FSD1接收来自CAN板卡的命令帧并进行转发，转发的同时对命令帧地址进行址递加处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器FSD；

群命令应答过程时，第n探测器FSDn通过其端口CAN#1发送和转发本节点探测器的应答从命令帧地址，并通过其端口CAN#0接收来自其它探测器的应答帧ID；第n探测器FSDn转发本节点探测器的应答从命令帧的同时对从命令帧地址进行址递加处理，计算出新的从命令帧地址发送至上一探测器FSD。

4.根据权利要求2所述的列车烟火报警通讯方法，其特征在于：所述探测器与CAN板卡或FSK板卡之间的通讯机制为点名-应答机制；点名-应答机制包括点名命令发送和点名命令应答两个过程；

CAN板卡向探测器FSD从节点的命令发送过程采用命令帧地址递减运算，CAN板卡通过其端口CAN#0发送命令帧，第一探测器FSD1接收来自CAN板卡的命令帧并进行转发，转发的同时对命令帧地址进行址递减处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器FSD；

点名命令应答时，第n探测器FSDn端口CAN#1的命令帧地址与点名命令的命令帧地址相符合，仅第n探测器FSDn响应点名命令，并转发本节点的应答从命令帧的同时对从命令帧地址进行址递加处理，计算出新的从命令帧地址反馈至上一探测器FSD。

5.根据权利要求1所述的列车烟火报警通讯方法，其特征在于：该通讯方法采用的烟火报警装置包括电源板卡、IO板卡、CPU板卡、CAN板卡、FSK板卡、DS板卡、DISP板卡、Enet板卡、液晶触控屏和无线板卡，各板卡通过背板总线进行通讯。

6.根据权利要求2所述的列车烟火报警通讯方法，其特征在于：所述CAN板卡和各探测器FSD均设有端口CAN#0和端口CAN#1，端口CAN#0和端口CAN#1均具备帧地址接收与发送功能；CAN板卡端口CAN#0连接第一探测器FSD1的端口CAN#1，第一探测器FSD1的端口CAN#0连接下一探测器FSD的端口CAN#1，下一探测器FSD的端口CAN#0连接第n探测器FSDn的端口CAN#1，第n探测器FSDn的端口CAN#0连接CAN板卡的端口CAN#1；CAN板卡与邻近探测器FSD之间，以及相邻探测器FSD之间通过独立设置CAN总线连接，各探测器FSD内部均设有数据转发模块，数据转发模块对接收到的命令帧地址进行修改及转发。