CN111391877A - 动车组空调控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动车组空调控制装置，该装置包括：控制模块、信号转换模块和数据采集模块，其中，控制模块分别与信号转换模块和数据采集模块连接，控制模块用于运行空调控制程序，向空调装置发送控制指令，以及接收空调装置发送的反馈信号；信号转换模块与空调装置连接，信号转换模块用于对控制模块与空调装置之间传输的信号进行转换；数据采集模块用于采集空调装置的运行状态，以使控制模块根据运行状态进行调整。通过自主开发动车组空调控制装置的硬件和软件设计，打破国外垄断，掌握核心技术，降低成本，同时也能够为旅客提供更好的列车服务。

Description

动车组空调控制装置

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种动车组空调控制装置。

背景技术

随着我国动车组技术不断的发展，人们对铁路旅客列车运输的安全性和舒适性也提出了更高的要求。空调装置通过强迫通风、人工制冷和制暖的方法，调节车厢内的温度、湿度等，从而为旅客提供舒适的乘车环境。空调装置是控制列车车厢环境的一个重要的功能装置，也是列车必不可少的配套设施之一。动车组空调控制装置用于在各种工况下，控制空调装置高效运行，是动车组的重要组成部分。

目前，我国动车组空调控制装置采用原装进口，硬件和软件技术均对我国保密，在实际使用过程中，若需要对空调装置的控制逻辑进行优化时，必须依靠国外技术，导致成本较高。

为打破技术垄断，降低成本，亟需自主开发设计一种动车组空调控制装置。

发明内容

本发明提供一种动车组空调控制装置，以实现打破技术垄断，降低成本。

第一方面，本发明提供一种动车组空调控制装置，该装置包括：控制模块、信号转换模块和数据采集模块；

所述控制模块分别与所述信号转换模块和所述数据采集模块连接，所述控制模块用于运行空调控制程序，向空调装置发送控制指令，以及接收所述空调装置发送的反馈信号；

所述信号转换模块与空调装置连接，所述信号转换模块用于对所述控制模块与所述空调装置之间传输的信号进行转换；

所述数据采集模块用于采集所述空调装置的运行状态，以使所述控制模块根据所述运行状态进行调整。

可选地，所述装置还包括：显示设定器；

所述显示设定器与所述控制模块连接，所述显示设定器还通过网络与车上的其他控制装置连接，所述显示设定器用于在所述控制模块与所述其他控制装置之间进行数据通信。

可选地，所述显示设定器通过电流环连接至所述控制模块。

可选地，所述电流环为20毫安的电流环接口。

可选地，所述装置还包括：电源欠压检测模块；

所述电源欠压检测模块与所述控制模块连接，所述电源欠压检测模块用于检测电源电压，并将检测到的电源电压传输至所述控制模块。

可选地，所述装置还包括：通信模块，所述通信模块与所述控制模块连接，所述通信模块为对所述控制模块进行软件升级的通信接口。

可选地，所述通信模块通过串行通信接口SCI总线与所述控制模块连接。

可选地，所述控制模块包括：数字信号处理DSP芯片、现场可编程门阵列FPGA芯片和数据存储子模块；

所述DSP芯片与所述FPGA芯片连接，所述DSP芯片用于生成控制指令、以及根据所述空调装置的运行状态、所述控制指令分别生成运行记录和故障记录；

所述FPGA芯片用于对所述控制指令、所述空调装置发送的反馈信号以及所述数据采集模块发送的信号分别进行处理，生成相应的数字信号；

所述数据存储子模块用于存储所述运行记录和所述故障记录。

可选地，所述控制模块还包括：时钟芯片RTC；

所述RTC与所述FPGA芯片连接，所述RTC用于输出时钟信号。

可选地，所述控制模块还包括：可编程只读存储器PROM，所述PROM与所述FPGA芯片连接，所述PROM中包含配置文件。

第二方面，本发明还提供一种动车组空调控制方法，该方法应用于第一方面所述的动车组空调控制装置，该方法包括：

控制模块向空调装置发送控制指令；

将所述空调装置发送的反馈信号经过信号转换单元传输至所述控制模块，以使所述控制模块根据所述反馈信号调整所述空调装置的运行状态。

本发明提供一种动车组空调控制装置，该装置包括：控制模块、信号转换模块和数据采集模块，其中，控制模块分别与信号转换模块和数据采集模块连接，控制模块用于运行空调控制程序，向空调装置发送控制指令，以及接收空调装置发送的反馈信号；信号转换模块与空调装置连接，信号转换模块用于对控制模块与空调装置之间传输的信号进行转换；数据采集模块用于采集空调装置的运行状态，以使控制模块根据运行状态进行调整。通过自主开发动车组空调控制装置的硬件和软件设计，打破国外垄断，掌握核心技术，降低成本，同时也能够为旅客提供更好的列车服务。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的动车组空调控制装置实施例一的结构示意图；

图2为本发明提供的动车组空调控制装置实施例二的结构示意图；

图3为本发明提供的动车组空调控制装置实施例三的结构示意图；

图4为本发明提供的控制模块实施例一的结构示意图；

图5为本发明提供的控制模块实施例二的结构示意图；

图6为本发明提供的动车组空调控制方法实施例一的流程示意图。

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，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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

目前，我国动车组技术不断的发展，动车组以其节能环保、乘坐舒适等特点受到人们的一致认可。列车车厢内的温度、湿度等的调节都依赖于空调装置以及相应的空调控制装置，因此，空调装置以及空调控制装置均是列车上必不可少的电气设备。

CRH2动车组空调控制装置完全采用原装进口产品，该动车组空调控制装置采用微控制模块(Micro Control Unit，简称：MCU)作为主控芯片，外部扩展一个可编程逻辑器件(programmable logic device，简称：PLD)芯片来实现对空调装置的控制，另外，空调控制程序是由汇编语言编写。由于该芯片架构及其编译环境较为特殊，且芯片供货渠道受限，导致芯片通用性差，代码可移植性差。硬件关键技术和软件设计均由国外设备商垄断，当需要对动车组空调控制装置进行硬件或软件升级时，必须依靠国外设备商提供技术支持，导致成本较高。

因此，亟需自主开发设计一种动车组空调控制装置，以打破当前国外设备商技术垄断的状态，降低成本。

图1为本发明提供的动车组空调控制装置实施例一的结构示意图。在以下各实施例中，动车组空调控制装置，简称：控制装置。如图1所示，本实施例的装置10包括：控制模块11、信号转换模块12和数据采集模块13。

控制模块11分别与信号转换模块12和数据采集模块13连接，控制模块11用于运行空调控制程序，向空调装置发送控制指令，以及接收空调装置发送的反馈信号。

可以理解的是，控制模块11为列车上实现空调装置控制功能的实物单元，能够运行空调控制程序，向一个或多个空调装置发送控制指令，以使空调装置根据控制指令调整运行状态，并且控制模块11能够接收空调装置发送的反馈信号，控制模块11根据接收到的反馈信号可以实时调整空调装置的运行状态。

示例性地，该控制指令中可包含空调装置的运行模式，运行模式可以包括：制动制冷模式、自动制热模式、强制制冷模式、强制制热模式、除湿模式等。另外，控制指令中还可包括：温度信息、风速信息等。

需要说明的是，通常列车包含多节车厢，每节车厢都会设置空调装置，控制模块11可以向其中一个空调装置发送控制指令，也可以向多个空调装置同时发送控制指令。控制模块11能够同时接收多个空调装置发送的反馈信号。

信号转换模块12与空调装置连接，信号转换模块12用于对控制模块11与空调装置之间传输的信号进行转换。

由于控制模块11中的工作电压和工作电流较低，而空调装置中的电路板的工作电压和工作电流较高，二者不能直接进行信号传输，因此，采用信号转换模块12对控制模块11和空调装置之间传输的信号进行转换，以使传输信号能够满足电气一致性。也就是说，信号转换模块12将控制模块11输出的信号进行转换后传输至空调装置，信号转换模块12将空调装置输出的信号进行转换后传输至控制模块11。

一种可能的实现方式，该信号转换模块12可以采用模块化的方式，针对输入信号和输出信号采用单独的子模块进行转换，从而提高信号处理效率，从而提高控制装置的控制效率。

数据采集模块13用于采集空调装置的运行状态，以使控制模块11根据运行状态进行调整。

本实施例中，采集空调装置的运行状态是为了使控制模块11能够对空调装置进行实时监测以及调整，数据采集模块13可以采集空调装置运行过程中的电压、电流、温度以及车厢中的湿度等。数据采集模块13可定期地采集空调装置的运行状态，并将采集到的数据主动上报至控制模块11，也可根据控制模块11发送的采集指令采集空调装置的运行状态，之后再将采集到的数据上报至控制模块11。

一种可能的实现方式，数据采集模块13包括相应的传感器以及相应的转换模块，传感器可以为电流传感器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器等。通过电流传感器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器等采集空调装置在运行过程中的电压、电流、温度以及车厢中的湿度等，由于电压、电流、温度等均为模拟信号，因此，通过相应的转换模块，将上述模拟信号转换为数字信号，再将数字信号传输至控制模块11，以使控制模块11根据数字信号获取空调装置的运行状态。

需要说明的是，本实施例中的控制装置的各个模块必然与电源连接，电源为控制装置中的各个模块提供工作电压，以使控制装置正常工作。在实际应用中，还可设置备用电源，当主电源出现故障无法进行供电时，备用电源能够为控制装置提供电能。

本实施例提供的动车组空调控制装置，包括：控制模块、信号转换模块和数据采集模块，其中，控制模块分别与信号转换模块和数据采集模块连接，控制模块用于运行空调控制程序，向空调装置发送控制指令，以及接收空调装置发送的反馈信号；信号转换模块与空调装置连接，信号转换模块用于对控制模块与空调装置之间传输的信号进行转换；数据采集模块用于采集空调装置的运行状态，以使控制模块根据运行状态进行调整。通过自主开发动车组空调控制装置的硬件和软件设计，打破国外垄断，掌握核心技术，降低成本，从而为旅客提供更好的列车服务。

图2为本发明提供的动车组空调控制装置实施例二的结构示意图。如图2所示，本实施例的装置20在图1所示实施例的基础上，还包括：显示设定器14。

显示设定器14与控制模块11连接，显示设定器14还通过网络与车上的其他控制装置连接，显示设定器14用于在控制模块11与其他控制装置之间进行数据通信(其中，其他控制装置并未在图2中示出)。

需要说明的是，本实施例所示的控制装置20，对显示设定器14的具体型号不做限制，可根据实际需求确定。

一种可能的实现方式，显示设定器14通过电流环15连接至控制模块11。由于使用电压信号进行传输时，传输线上的分布电阻易造成电压下降，传输线中的电压信号也易收到噪声信号的干扰，因此，通过电流环15将控制模块11与显示设定器之间传输的电压信号转换为电流信号，能够有效保证传输信号的稳定性和可靠性，从而提高动车组空调控制装置的稳定性。

在实际的应用中，可在显示设定器14与控制模块11之间设置由RS232C驱动的20毫安电流环15接口。

在一些实施例中，还包括：电源欠压检测模块16，其中，电源欠压检测模块16与控制模块11连接，电源欠压检测模块16用于检测电源电压，并将检测到的电源电压传输至控制模块11。

本实施例中，在控制装置中设置电源欠压检测模块16，实时监测电源状态。在实际应用中，电源欠压检测模块16可周期性地检测电源当前电压，并将检测到的数据主动上报至控制模块11，或者，电源欠压检测模块16也可根据控制模块11发送的检测指令检测电源当前电压，并将检测到的数据主动上报至控制模块11，以使控制模块11根据检测到的数据能够判断当前电源是否出现异常，当出现异常时，控制模块11在显示设定器14的显示组件或显示屏中显示该异常状况，以使工作人员能够及时获取该异常状况，进行相应处理，从而避免电压波动对控制装置中的硬件设备造成损坏，避免造成意外事故的发生，有效提高列车的安全性。

图3为本发明提供的动车组空调控制装置实施例三的结构示意图。如图3所示，本实施例的装置在图2所示实施例的基础上，还包括：通信模块17。

其中，通信模块17与控制模块11连接，通信模块17为对控制模块11进行软件升级的通信接口。

在实际应用中，该通信模块17可以为RS422型号的通信接口，通过该通信接口可以为控制装置进行软件升级。RS422型号的通信接口由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器，具有更强的驱动能力，另外，RS422通信接口具有抗干扰能力强的特点，能够有效保证数据通信的可靠性。

一种可能的实现方式，通信模块17通过串行通信接口(Serial CommunicationInterface，简称：SCI)总线与控制模块11连接。

本实施例中，动车组空调控制装置通过预留通信接口，为动车组空调控制装置的软件版本升级优化提供硬件基础。

接下来，通过具体的实施例对动车组空调控制装置中的控制模块11进行详细的解释说明。

图4为本发明提供的控制模块实施例一的结构示意图。如图4所示，本实施例所示的控制模块40包括：数字信号处理(Digital Signal Processing，简称：DSP)芯片41、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称：FPGA)芯片42和数据存储子模块43。

具体地，DSP芯片41与FPGA芯片42连接，一种可能的实现方式，DSP芯片41和FPGA芯片42分别通过数据线、地址线进行连接(数据线和地址线在图4中未示出)。

DSP芯片41用于生成控制指令、以及根据空调装置的运行状态、控制指令分别生成运行记录和故障记录。其中，DSP芯片41中的空调控制程序主要采用C语言编写。

FPGA芯片42用于对控制指令、空调装置发送的反馈信号以及数据采集模块13发送的信号分别进行处理，生成相应的数字信号。其中，FPGA芯片42中的空调控制程序主要采用Verilog语言编写。

DSP芯片41将生成的运行记录和故障记录通过FPGA芯片42传输至数据存储子模块43，数据存储子模块43将接收到的数据进行存储。具体地，数据存储子模块43可将接收到的数据按照先后顺序存储。也就是说，本实施例中的数据存储子模块43用于存储运行记录和故障记录。可选地，数据存储子模块43可以为Flash存储器，由于Flash存储器具有容量较大、改写速度快等优点，适用于大容量数据的存储。

在实际应用中，可设置数据存储子模块43中的数据存储时间，例如，数据存储时间可以为48小时。相应的，每间隔48小时，控制模块11可通过显示设定器发出提示消息，以提示工作人员可将需要的数据通过上位机导出或者删除，或者，每间隔48小时，控制模块11控制数据存储子模块43将最先存储的数据删除，将最新的数据进行存储。

为提高列车的空调服务质量，可通过通信模块17与上位机连接，将数据存储子模块43中存储的运行记录和故障记录导出，根据运行记录和故障记录对空调装置的运行状况进行统计分析。

示例性地，本实施例中的DSP芯片41可采用TI公司生产的具有高度处理能力的TMS320F28335型号的数字信号处理器，该DSP处理器具有精度高、成本低、功耗小、性能高、外设集成度高、数据以及程序存储量大、模数转换精确快速等特点，能够简化软件开发、缩短开发周期、降低开发成本。

示例性地，FPGA芯片42可采用XC6SLX9-2CSG225I型号的芯片，其采用高速互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称：CMOS)工艺，功耗低，可以与CMOS、逻辑门电路(Transistor-Transistor Logic，简称：TTL)电平兼容，具有丰富的触发器和输入/输出(Input/Output，简称：I/O)引脚，能够满足高速复杂的运算，内部集成了大量的IP核，方便二次开发，而且运用非常灵活，能够轻松实现各种数字电路，减少受限制专用芯片的束缚。

其中，IP核(Intellectual Property core，简称IP核)，是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。能够大大缩短开发周期，提高开发效率。

本实施例提供的控制模块，通过采用DSP+FPGA的芯片架构，采用相应的编程语言编写空调控制程序，根据控制装置的功能要求，从而实现主控单元的国产化，打破国外垄断，掌握核心技术，降低成本，同时也能够为旅客提供更好的列车服务。

在图4实施例所示的控制模块40的基础上，FPGA芯片42分别与数据采集模块13、信号转换模块12、电流环15、以及通信模块17连接。

图5为本发明提供的控制模块实施例二的结构示意图。如图5所示，本实施例的控制模块50在图4所示实施例的基础上，还包括：时钟芯片(Real-time clock，简称：RTC)44。

其中，RTC44与FPGA芯片42连接，RTC44用于输出时钟信号。

具体地，RTC44可以提供稳定的时钟信号给后续电路，本实施例中，RTC44提供稳定的时钟信号给DSP芯片41、FPGA芯片42等，从而为数据存储子模块43中的存储的运行记录以及故障记录提供准确时间信息。

可选地，本实施例的控制模块50还包括：可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称：PROM)45，PROM45与FPGA芯片42连接，PROM45中包含配置文件。

由于PROM45是一种只允许写入一次的产品，因此，PROM45也被称为：一次可编程只读存储器。在本实施例中，在PROM45中写入配置文件。

具体地，PROM45在出厂时，存储的内容可以全为1，在写入配置文件时，可以根据需要将其中的某些单元写入数据0，或者，部分的PROM45在出厂时存储的内容全为0，那么再写入配置文件时，可以将其中的部分单元写入1，以实现对其编程的目的。

本实施例提供的控制模块，通过采用DSP+FPGA的芯片架构，采用相应的编程语言编写空调控制程序，减少受限制专用芯片的束缚。通过设置RTC，为运行记录以及故障记录提供准确时间信息。根据控制装置的功能要求，从而实现主控单元的国产化，打破国外垄断，掌握核心技术，降低成本，同时也能够为旅客提供更好的列车服务。

图6为本发明提供的动车组空调控制方法实施例一的流程示意图。如图6所示，本实施例提供的动车组空调控制方法包括：

S601、控制模块向空调装置发送控制指令。

S602、将空调装置发送的反馈信号经过信号转换模块传输至控制模块，以使控制模块根据反馈信号调整空调装置的运行状态。

本实施例提供的动车组空调控制方法可以应用于本发明各实施例所示的动车组空调控制装置，其技术原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种动车组空调控制装置，其特征在于，包括：控制模块、信号转换模块和数据采集模块；

所述控制模块分别与所述信号转换模块和所述数据采集模块连接，所述控制模块用于运行空调控制程序，向空调装置发送控制指令，以及接收所述空调装置发送的反馈信号；

所述信号转换模块与空调装置连接，所述信号转换模块用于对所述控制模块与所述空调装置之间传输的信号进行转换；

所述数据采集模块用于采集所述空调装置的运行状态，以使所述控制模块根据所述运行状态进行调整。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：显示设定器；

所述显示设定器与所述控制模块连接，所述显示设定器还通过网络与车上的其他控制装置连接，所述显示设定器用于在所述控制模块与所述其他控制装置之间进行数据通信。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述显示设定器通过电流环连接至所述控制模块。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电流环为20毫安的电流环接口。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：电源欠压检测模块；

所述电源欠压检测模块与所述控制模块连接，所述电源欠压检测模块用于检测电源电压，并将检测到的电源电压传输至所述控制模块。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：通信模块，所述通信模块与所述控制模块连接，所述通信模块为对所述控制模块进行软件升级的通信接口。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述通信模块通过串行通信接口SCI总线与所述控制模块连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括：数字信号处理DSP芯片、现场可编程门阵列FPGA芯片和数据存储子模块；

所述DSP芯片与所述FPGA芯片连接，所述DSP芯片用于生成控制指令、以及根据所述空调装置的运行状态、所述控制指令分别生成运行记录和故障记录；

所述FPGA芯片用于对所述控制指令、所述空调装置发送的反馈信号以及所述数据采集模块发送的信号分别进行处理，生成相应的数字信号；

所述数据存储子模块用于存储所述运行记录和所述故障记录。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制模块还包括：时钟芯片RTC；

所述RTC与所述FPGA芯片连接，所述RTC用于输出时钟信号。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制模块还包括：可编程只读存储器PROM，所述PROM与所述FPGA芯片连接，所述PROM中包含配置文件。

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