CN109378896A - 一种应用于gyk设备且具有多功能的电源板 - Google Patents

一种应用于gyk设备且具有多功能的电源板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于GYK设备且具有多功能的电源板，该电源板提高了供电电源的可靠性，保证了通信链路的稳定性；具体为该电源板采用冗余技术实现对速度传感器供电电源、显示器供电电源、系统主机供电电源的备份；利用在线监测技术，实现对输入的电压、电流波动情况进行实时监测；采用电磁干扰滤波技术，对GYK设备和环境中的电磁干扰进行滤波处理，保证GYK设备供电的稳定性；采用温度监测技术，根据环境温度自动开启冷却单元的风扇，为电源板进行降温；采用隔离技术，对输入和不同等级的输出电压进行隔离；采用CAN总线通信冗余技术，使用2路CAN总线同时进行数据的收发。

Description

一种应用于GYK设备且具有多功能的电源板
技术领域
本发明涉及车载设备供电电源技术领域，特别涉及一种应用于GYK设备且具有多功能的电源板。
背景技术
电源板作为现有轨道上的轨道车运行控制设备(以下简称GYK设备)的关键部件之一，在GYK设备中起着举足轻重的作用；目前GYK设备的供电电源一般为单路电源模块，即单路电源模块给GYK设备中的各板卡供电。因为单路电源模块输出给GYK设备进行供电，对输出电源的可靠性、稳定性无法保证，同时GYK设备的内部各板卡之间的通信采用单路数据总线进行交互，在复杂环境下对通信链路的稳定性也无法得以保证。
发明内容
本发明的目的是提供了一种应用于GYK设备且具有多功能的电源板，该电源板提高了供电电源的可靠性，保证了通信链路的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种应用于GYK设备且具有多功能的电源板，所述电源板包括两个相同的电源子板；每个所述电源子板均包括96芯连接器模块、电磁干扰滤波模块、防反接保护模块、过欠压保护模块、显示器供电冗余模块、两组相同的系统主机供电隔离电源模块、两组相同的速度传感器供电隔离电源模块、风扇控制部、双CAN隔离冗余通信模块、多个温度采集模块以及电源核心板MCU模块；其中，所述双CAN隔离冗余通信模块包括两路CAN总线通信接口；
所述96芯连接器模块为输入输出电源的连接接口；
所述96芯连接器模块依次连接所述电磁干扰滤波模块、所述防反接保护模块、所述过欠压保护模块；所述过欠压保护模块的输出端分别与所述系统主机供电隔离电源模块的输入端、所述速度传感器供电隔离电源模块的输入端、所述显示器供电冗余模块的输入端、以及所述风扇控制部的电源端连接；
在所述系统主机供电隔离电源模块、所述速度传感器供电隔离电源模块、所述电源核心板MCU模块、所述风扇控制部的一侧分别设置一个所述温度采集模块，所述温度采集模块用于分别采集所述系统主机供电隔离电源模块、所述速度传感器供电隔离电源模块、所述电源核心板MCU模块、所述风扇控制部的环境温度，并将所述环境温度传输至所述电源核心板MCU模块；
所述电源核心板MCU模块用于将获取的所述环境温度与设定阈值比较，且当所述环境温度超过所述设定阈值时输出风扇控制指令，并将所述风扇控制指令传输至所述风扇控制部以控制风扇的转速；
所述电源核心板MCU模块通过所述双CAN隔离冗余通信模块与GYK主控板通信。
可选的，所述风扇控制部包括风扇供电隔离电源模块、风扇转速监测模块、风扇电源控制模块以及风扇转速控制模块；
所述过欠压保护模块的输出端与所述风扇供电隔离电源模块的输入端连接；所述风扇供电隔离电源模块的输出端与所述风扇电源控制模块的输入端连接，所述风扇电源控制模块的输出端一路与所述风扇直接连接，另一路通过所述风扇转速控制模块与所述风扇连接；
所述风扇电源控制模块通过所述电源核心板MCU模块输出的电平信号对风扇电源的启动关闭进行控制；
所述风扇转速控制模块通过所述电源核心板MCU模块输出的PWM波对风扇的转速进行控制；
所述风扇转速监测模块用于采集风扇转速并将所述风扇转速传输至所述电源核心板MCU模块。
可选的，所述电源子板还集成I2C通信接口、UART通信接口、GPIO接口。
可选的，所有所述温度采集模块均通过所述I2C通信接口、I2C总线与所述电源核心板MCU模块通信。
可选的，所述电源子板还包括多个电压电流监测采集模块；所述电压电流监测采集模块，设置在所述速度传感器供电隔离电源模块、所述防反接保护模块的一侧，用于采集所述速度传感器供电隔离电源模块、所述防反接保护模块的输出端电流电压，并将所述输出端电流电压传输至所述电源核心板MCU模块；其中，所有所述电压电流监测采集模块均通过所述I2C通信接口、I2C总线与所述电源核心板MCU模块通信。
可选的，所述电源子板还包括上电运行时间记录模块；所述上电运行时间记录模块通过所述I2C通信接口、I2C总线与所述电源核心板MCU模块通信。
可选的，所述电源子板还包括指示灯显示模块；所述指示灯显示模块用于显示电源面板上各个模块的工作状态；所述工作状态包括电源输入状态、过欠压保护状态、显示器供电电源输出状态、系统主机供电隔离电源输出状态、速度传感器供电电源输出状态、电源核心板MCU模块运行状态、CAN通信状态、风扇运行状态。
可选的，所述电磁干扰滤波模块包括依次连接的可熔断保险丝、共模电感、共模电容以及TVS管；所述可熔断保险丝还与用于输入外界电源的所述96芯连接器模块连接。
可选的，所述显示器供电冗余模块、所述系统主机供电隔离电源模块、所述速度传感器供电隔离电源模块均通过所述96芯连接器模块输出电源。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种应用于GYK设备且具有多功能的电源板，该电源板包括两个相同的电源子板；每个所述电源子板均包括96芯连接器模块、电磁干扰滤波模块、防反接保护模块、过欠压保护模块、显示器供电冗余模块、两组相同的系统主机供电隔离电源模块、两组相同的速度传感器供电隔离电源模块、风扇控制部、双CAN隔离冗余通信模块、多个温度采集模块以及电源核心板MCU模块；其中，所述双CAN隔离冗余通信模块包括两路CAN总线通信接口；所述96芯连接器模块依次连接所述电磁干扰滤波模块、所述防反接保护模块、所述过欠压保护模块；所述过欠压保护模块的输出端分别与所述系统主机供电隔离电源模块的输入端、所述速度传感器供电隔离电源模块的输入端、所述显示器供电冗余模块的输入端、以及所述风扇控制部的电源端连接；在所述系统主机供电隔离电源模块、所述速度传感器供电隔离电源模块、所述电源核心板MCU模块、所述风扇控制部的一侧分别设置所述温度采集模块，所述温度采集模块用于分别采集所述系统主机供电隔离电源模块、所述速度传感器供电隔离电源模块、所述电源核心板MCU模块、所述风扇控制部的环境温度，并将所述环境温度传输至所述电源核心板MCU模块；所述电源核心板MCU模块用于将获取的所述环境温度与设定阈值比较，且当所述环境温度超过所述设定阈值时输出风扇控制指令，并将所述风扇控制指令传输至所述风扇控制部以控制风扇的转速；所述电源核心板MCU模块通过所述双CAN隔离冗余通信模块与GYK主控板通信。因此本发明提供的电源板不仅提高了供电电源的可靠性，还保证了通信链路的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例应用于GYK设备且具有多功能的电源子板的原理框图；
图2为本发明实施例应用于GYK设备且具有多功能的电源子板的外形结构图；
图3为本发明实施例电磁干扰滤波模块框图；
图4为本发明实施例风扇控制部的原理框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
为了进一步提高供电电源的可靠性，解决单路电源供电系统中供电不稳定性，防止在单电源供电系统中电源故障时出现系统瘫痪的现象，需要设计双电源冗余电路，当一路电源出现故障时，电源供电电路能够无缝切换到另外一路，从而保障了设备供电系统的稳定、可靠；为了保证通信链路的稳定性，需要各板卡采用双通信总线冗余技术进行数据交互，正常情况下，两路通信总线能够正常进行数据交互，当一路数据通信总线出现故障的情况下，在不影响设备正常运作的情况下，另外一路能够正常进行数据交互，以保证各板卡之间数据交互的正常进行。为达到上述目的，本发明提供了一种应用于GYK设备且具有多功能的电源板，该电源板不仅提高了供电电源的可靠性，还保证了通信链路的稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
缩略语和关键术语定义：
GYK：轨道车运行控制设备
MCU：微控制器
CAN：控制区域网络
TVS：瞬态抑制二极管
I2C：两线式串行总线
PWM：脉冲宽度调制
GPIO：通用输入/输出
本发明实施例提供的一种应用于GYK设备且具有多功能的电源板包括两个相同的电源子板。
图1为本发明实施例应用于GYK设备且具有多功能的电源子板的原理框图；图2为本发明实施例应用于GYK设备且具有多功能的电源子板的外形结构图。
参见图1和图2，本发明实施例的电源子板包括电磁干扰滤波模块1、防反接保护模块2、过欠压保护模块3、电压电流监测采集模块4、系统主机供电隔离电源模块5、显示器供电冗余模块6、速度传感器供电隔离电源模块7、风扇供电隔离电源模块8、风扇转速监测模块9、风扇电源控制模块10、风扇转速控制模块11、双CAN隔离冗余通信模块12、上电运行时间记录模块13、温度采集模块14、电源核心板MCU模块15、指示灯显示模块16、96芯连接器模块17。
所述双CAN隔离冗余通信模块12包括两路CAN总线通信接口。所述电源核心板MCU模块15通过所述双CAN隔离冗余通信模块12与GYK主控板通信。双CAN冗余的方式进一步增加了数据通信的可靠性。
所述96芯连接器模块17为输入输出电源的连接接口。96芯连接器模块17还负责输出电源给GYK主机内部的其他板卡供电、数据交互等。
所述电源子板还集成I2C通信接口、UART通信接口、GPIO接口。通过这些接口和外设的模块通信，完成数据通信、调试信息打印、温度信息检测、风扇状态检测、风扇转速控制、输入电压、电流信息监测等工作。
用于输入外界电源的所述96芯连接器模块17依次连接所述电磁干扰滤波模块1、所述防反接保护模块2、所述过欠压保护模块3；所述过欠压保护模块3的输出端分别与所述系统主机供电隔离电源模块5的输入端、所述速度传感器供电隔离电源模块7的输入端、所述显示器供电冗余模块6的输入端、以及所述风扇供电隔离电源模块8的输入端连接。
外部输入电源经电磁干扰滤波模块1后，输出给防反接保护模块2，若电源输入接线正确则输出给过欠压保护模块3，若过欠压保护模块3的输入电压异常则该过欠压保护模块3不输出，若过欠压保护模块3的输入电压值在设计范围内则该过欠压保护模块3控制MOS管输出。
所述显示器供电冗余模块6、所述系统主机供电隔离电源模块5、所述速度传感器供电隔离电源模块7均通过用于输出电源的所述96芯连接器模块17输出电源。
从96芯连接器模块17接入的输入电源经过电磁干扰滤波模块1，进行共模滤波，经过防反接保护模块2输出的电源同时送入过欠压保护模块3和电压电流监测模块4。从过欠压保护模块3输出的电源一路经过显示器供电冗余模块6之后输出到96芯连接器模块17给显示器供电，另外一路分别给系统主机供电隔离电源模块5、速度传感器供电隔离电源模块7、风扇供电隔离电源模块8。
所述温度采集模块14，实时监测相关模块的温度，具体为在所述系统主机供电隔离电源模块5、所述速度传感器供电隔离电源模块7、所述电源核心板MCU模块15、所述风扇供电隔离电源模块8的一侧分别设置所述温度采集模块14，所述温度采集模块14用于分别采集所述系统主机供电隔离电源模块5、所述速度传感器供电隔离电源模块7、所述电源核心板MCU模块15、所述风扇供电隔离电源模块8的环境温度，并将所述环境温度传输至所述电源核心板MCU模块15，其中，温度采集模块14通过I2C总线与电源核心板MCU模块15通信。
所述电源核心板MCU模块15用于将获取的所述环境温度与设定阈值比较，且当所述环境温度超过所述设定阈值时输出风扇控制指令，并将所述风扇控制指令传输至通过控制风扇电源控制模块10给风扇供电，同时通过风扇转速控制模块11对风扇的转速进行控制，以达到对设备进行降温的目的。
电源核心板MCU模块15通过风扇转速监测模块9实时监测风扇转速，具备对风扇的转速监测的功能。
风扇转速监测模块9通过采集风扇转速信号对转速进行实施监测、风扇转速控制模块11通过输出PWM的方式对转速进行控制。
所述电压电流监测采集模块4为多个，在所述速度传感器供电隔离电源模块7、所述防反接保护模块2等的一侧分别设置所述电压电流监测采集模块4，用于采集所述速度传感器供电隔离电源模块7、所述防反接保护模块2等的输出端电流电压，并将所述输出端电流电压传输至所述电源核心板MCU模块15；其中，所有所述电压电流监测采集模块4均通过所述I2C通信接口、I2C总线与所述电源核心板MCU模块15通信。
指示灯显示模块16为指面板的指示灯，对输入的电源、过欠压保护、显示器供电电源输出、系统主机供电隔离电源输出、速度传感器供电电源输出、电源核心板MCU模块运行、CAN通信、风扇运行这些状态通过面板指示灯进行工作状态表示。
上电运行时间记录模块13通过所述I2C通信接口、I2C总线与所述电源核心板MCU模块15通信。
图3为本发明实施例电磁干扰滤波模块框图，如图3所示的电磁干扰滤波模块1能有效抑制电磁干扰。所述电磁干扰滤波模块1包括依次连接的可熔断保险丝、共模电感、共模电容以及TVS管；所述可熔断保险丝还与用于输入外界电源的所述96芯连接器模块17连接。
图4为本发明实施例风扇控制部的原理框图，图4描述了本发明在风扇控制时的架构图，所述风扇控制部包括风扇供电隔离电源模块8、风扇转速监测模块9、风扇电源控制模块10以及风扇转速控制模块11。
所述过欠压保护模块3的输出端与所述风扇供电隔离电源模块8的输入端连接；所述风扇供电隔离电源模块8的输出端与所述风扇电源控制模块10的输入端连接，所述风扇电源控制模块10的输出端一路与所述风扇直接连接，另一路通过所述风扇转速控制模块11与所述风扇连接。
所述风扇电源控制模块10通过所述电源核心板MCU模块15输出的电平信号对风扇电源的启动关闭进行控制。
所述风扇转速控制模块11通过所述电源核心板MCU模块15输出的PWM波对风扇的转速进行控制。
所述风扇转速监测模块9用于采集风扇转速并将所述风扇转速传输至所述电源核心板MCU模块15。电源核心板MCU模块15具备对风扇转速进行检测的功能。
具体操作过程：温度采集模块14采集到的温度数据通过I2C通信接口送入电源核心板MCU模块15，电源核心板MCU模块15对温度数据进行汇总、分析，当温度超过预定的阈值时，所述风扇电源控制模块10通过所述电源核心板MCU模块15输出的电平信号打开风扇电源控制开关，风扇转速控制模块11通过电源核心板的MCU输出的PWM波可以对风扇的转速进行控制。
本发明实施例提供的GYK设备的电源板上面设计了多个温度监测点、输入电压监测点、输入电流监测点，实施监测各个监测点的温度、输入电压、输入电流等信息，以便于出现故障时能够利用实时监测的数据进行故障分析。对于各温度监测点的数据，能够实施进行跟踪，当环境温度超过规定的阈值时，能够自动开启冷却单元的风扇，为设备进行降温。
与现有技术相比，本发明的优点：
1、采用冗余技术实现对速度传感器、显示器、系统主机电源的备份，提高了供电输出的可靠性、安全性。
2、利用在线监测技术，实现对输入电压波动情况、输入电流波动情况进行实时监测并实时上传给主机。
3、采用电磁干扰滤波技术，实现设备和环境中的电磁干扰进行滤波处理，保证设备供电的稳定性。
4、采用温度监测技术，当环境温度超过规定阈值时，自动开启冷却单元的风扇，为设备进行降温。
5、采用隔离技术，对输入和不同等级的输出电压进行隔离。
6、采用CAN总线通信冗余技术，使用2路CAN总线同时进行数据的收发，当1路CAN总线故障后，另1路CAN总线能够正常进行数据的收发，保证数据收发的正常。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种应用于GYK设备且具有多功能的电源板，其特征在于，所述电源板包括两个相同的电源子板；每个所述电源子板均包括96芯连接器模块、电磁干扰滤波模块、防反接保护模块、过欠压保护模块、显示器供电冗余模块、两组相同的系统主机供电隔离电源模块、两组相同的速度传感器供电隔离电源模块、风扇控制部、双CAN隔离冗余通信模块、多个温度采集模块以及电源核心板MCU模块；其中，所述双CAN隔离冗余通信模块包括两路CAN总线通信接口；
所述96芯连接器模块为输入输出电源的连接接口；
所述96芯连接器模块依次连接所述电磁干扰滤波模块、所述防反接保护模块、所述过欠压保护模块；所述过欠压保护模块的输出端分别与所述系统主机供电隔离电源模块的输入端、所述速度传感器供电隔离电源模块的输入端、所述显示器供电冗余模块的输入端、以及所述风扇控制部的电源端连接；
在所述系统主机供电隔离电源模块、所述速度传感器供电隔离电源模块、所述电源核心板MCU模块、所述风扇控制部的一侧分别设置一个所述温度采集模块，所述温度采集模块用于分别采集所述系统主机供电隔离电源模块、所述速度传感器供电隔离电源模块、所述电源核心板MCU模块、所述风扇控制部的环境温度，并将所述环境温度传输至所述电源核心板MCU模块；
所述电源核心板MCU模块用于将获取的所述环境温度与设定阈值比较，且当所述环境温度超过所述设定阈值时输出风扇控制指令，并将所述风扇控制指令传输至所述风扇控制部以控制风扇的转速；
所述电源核心板MCU模块通过所述双CAN隔离冗余通信模块与GYK主控板通信。
2.根据权利要求1所述的电源板，其特征在于，所述风扇控制部包括风扇供电隔离电源模块、风扇转速监测模块、风扇电源控制模块以及风扇转速控制模块；
所述过欠压保护模块的输出端与所述风扇供电隔离电源模块的输入端连接；所述风扇供电隔离电源模块的输出端与所述风扇电源控制模块的输入端连接，所述风扇电源控制模块的输出端一路与所述风扇直接连接，另一路通过所述风扇转速控制模块与所述风扇连接；
所述风扇电源控制模块通过所述电源核心板MCU模块输出的电平信号对风扇电源的启动关闭进行控制；
所述风扇转速控制模块通过所述电源核心板MCU模块输出的PWM波对风扇的转速进行控制；
所述风扇转速监测模块用于采集风扇转速并将所述风扇转速传输至所述电源核心板MCU模块。
3.根据权利要求1所述的电源板，其特征在于，所述电源子板还集成I2C通信接口、UART通信接口、GPIO接口。
4.根据权利要求3所述的电源板，其特征在于，所有所述温度采集模块均通过所述I2C通信接口、I2C总线与所述电源核心板MCU模块通信。
5.根据权利要求3所述的电源板，其特征在于，所述电源子板还包括多个电压电流监测采集模块；所述电压电流监测采集模块，设置在所述速度传感器供电隔离电源模块、所述防反接保护模块的一侧，用于采集所述速度传感器供电隔离电源模块、所述防反接保护模块的输出端电流电压，并将所述输出端电流电压传输至所述电源核心板MCU模块；其中，所有所述电压电流监测采集模块均通过所述I2C通信接口、I2C总线与所述电源核心板MCU模块通信。
6.根据权利要求3所述的电源板，其特征在于，所述电源子板还包括上电运行时间记录模块；所述上电运行时间记录模块通过所述I2C通信接口、I2C总线与所述电源核心板MCU模块通信。
7.根据权利要求1所述的电源板，其特征在于，所述电源子板还包括指示灯显示模块；所述指示灯显示模块用于显示电源面板上各个模块的工作状态；所述工作状态包括电源输入状态、过欠压保护状态、显示器供电电源输出状态、系统主机供电隔离电源输出状态、速度传感器供电电源输出状态、电源核心板MCU模块运行状态、CAN通信状态、风扇运行状态。
8.根据权利要求1所述的电源板，其特征在于，所述电磁干扰滤波模块包括依次连接的可熔断保险丝、共模电感、共模电容以及TVS管；所述可熔断保险丝还与用于输入外界电源的所述96芯连接器模块连接。
9.根据权利要求1所述的电源板，其特征在于，所述显示器供电冗余模块、所述系统主机供电隔离电源模块、所述速度传感器供电隔离电源模块均通过所述96芯连接器模块输出电源。
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