CN113253645B - 一种用于轨道列车的数字输入输出模块 - Google Patents

一种用于轨道列车的数字输入输出模块 Download PDF

Info

Publication number
CN113253645B
CN113253645B CN202110519425.3A CN202110519425A CN113253645B CN 113253645 B CN113253645 B CN 113253645B CN 202110519425 A CN202110519425 A CN 202110519425A CN 113253645 B CN113253645 B CN 113253645B
Authority
CN
China
Prior art keywords
resistor
circuit
input
digital
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110519425.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113253645A (zh
Inventor
邓林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Tieke Shidai Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Tieke Shidai Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Tieke Shidai Technology Co ltd filed Critical Beijing Tieke Shidai Technology Co ltd
Priority to CN202110519425.3A priority Critical patent/CN113253645B/zh
Publication of CN113253645A publication Critical patent/CN113253645A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113253645B publication Critical patent/CN113253645B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25257—Microcontroller

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于轨道列车的数字输入输出模块，包括数字输入电路、数字输出电路、GPIO口扩展电路；数字输入电路和数字输出电路分别与GPIO口扩展电路连接；GPIO口扩展电路与控制处理器连接。本发明解决了控制处理器的GPIO口数量紧张的问题以及因输入电压太高而引起的发热问题，避免了由于电压不稳定造成的信号采集误判，本发明通过有效的滤波和隔离设计，具有很好的电磁兼容性，可有效避免外部电脉冲或杂波通过信号端口干扰本设备的控制系统集成电路。

Description

一种用于轨道列车的数字输入输出模块
技术领域
本发明涉及一种轨道列车交通领域，具体涉及一种用于轨道列车的数字输入输出模块。
背景技术
近些年轨道交通发展非常快，智能化自动化技术越来越成熟，车载智能控制设备越来越多，各设备间信息交换是必不可少的功能，在各种信息传输方式中，数字输入和数字输出控制是最为常见的。随着信号采集量增大，会对控制处理器的GPIO口数量要求较多，很多情况下由于处理器需要处理的功能很多，这就造成了处理器GPIO口资源不够用。另外，由于轨道列车电器设备很多，运行过程中难免会遇到电压波动较大，特别是大功率用电设备启动瞬间，电平信号会被严重拉低，如果对信号采集处理不当就会出现误判，常见的信号采集电路会因为电压过高采集电流不能太低而造成发热严重。还有一种现状是车载用电设备种类繁多，电源或信号会带有严重的杂波或脉冲，设计中必须对这些信号很好的过滤或隔离才能有效保护自身设备的敏感控制系统集成电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的数字输入数字输出控制的信息传输技术，一方面控制处理器的GPIO口资源不够；另一方面，电器设备电压不稳定容易造成信号采集的误判；此外，车载用电设备的电源或信号会带有严重的杂波或脉冲，现有技术无法过滤或隔离杂波或脉冲，本发明提供了解决上述问题的一种用于轨道列车的数字输入输出模块。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于轨道列车的数字输入输出模块，包括数字输入电路、数字输出电路、GPIO口扩展电路；
所述数字输入电路和数字输出电路分别与所述GPIO口扩展电路连接；所述GPIO口扩展电路与控制处理器连接。
所述数字输入电路对采集的数字量输入信号进行分压、过滤、隔离处理后，通过所述GPIO口扩展电路传输给所述控制处理器，所述控制处理器根据输入的数字量信号，控制所述数字输出电路的输出结果。
具体的，所述数字输入电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、双向TVS管、缓冲器和光耦合器；
所述第一电阻的一端作为数字信号输入端口，另一端与所述缓冲器的输入端连接，所述缓冲器的输出端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述光耦合器的第一输入端连接，所述光耦合器的第二输入端接地，所述光耦合器的第一输出端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端连接外加电源，所述光耦合器的第一输出端作为GPIO信号采集端口，所述光耦合器的第二输出端接地；
所述第一电容、第二电阻和双向TVS管相并联，并联后的一端连接在所述第一电阻与所述缓冲器的输入端之间，另一端接地。
现有的输入输出模块，在电器设备电压不稳定时，容易造成信号采集的误判，常见的信号采集电路会因为电压过高采集电流不能太低而造成发热严重；且车载用电设备的电源或信号会带有严重的杂波或脉冲，现有技术无法过滤或隔离杂波或脉冲。
电平信号通过第一电阻“数字输入端口”输入，经第四电阻“GPIO信号采集端口”输出，供电电压经过第一电阻和第二电阻分压得到合适的电压值，第一电容对输入的电压信号中含有的高频纹波噪声进行滤波处理，且输入的电压信号中含有的快速脉冲信号通过双向TVS管过滤到地。通过缓冲器可防止因电压波动出现误判，由于缓冲器只需要很小的电流就可有效采集电平信号，这样的设计就可将第一电阻和第二电阻做到很大，从而产生很小的电流，解决输入电路因电压太高引起的发热问题，光耦合器进行电气隔离，实现控制处理器内外电路互不干扰的目的。
具体的，所述数字输出电路包括达林顿管和二极管；所述达林顿管的基极与GPIO的控制端口连接，所述达林顿管的射极接地，所述达林顿管的集电极与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极连接有外加电源，所述二极管的两端并联有继电器。
控制处理器输出的控制信号通过控制达林顿管，进而对继电器的输出实现控制，可有效增加电路的输出驱动能力，实现小电流低电压驱动大电流大电压，在继电器线圈两端并联一快速二极管，可在开断瞬间将线圈两端的反向电动势以电流方式消耗，保护控制端器件不被该电动势烧坏。继电器被控制端可根据实际应用需要连接公共端、常开端或常闭端。也可将公共端连接所需电压或地，实现相应电压输出或接地。
所述GPIO口扩展电路采用PCA9555器件，只需要一组IIC总线即可实现16-128路的GPIO口扩展，解决了控制处理器GPIO口数量紧张的问题。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种用于轨道列车的数字输入输出模块，可实现轨道列车上数字信号的输入采集及数字信号的输出控制，能够解决控制处理器的GPIO口数量紧张的问题；
2、本发明一种用于轨道列车的数字输入输出模块，能够避免由于电压不稳定造成的信号采集误判的问题；
3、本发明一种用于轨道列车的数字输入输出模块，能够解决因输入电压太高而引起的发热问题；
4、本发明一种用于轨道列车的数字输入输出模块，通过有效的滤波和隔离设计，具有很好的电磁兼容性，可有效避免外部电脉冲或杂波通过信号端口干扰本设备的控制系统集成电路。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明数字输入电路图。
图2为本发明数字输出电路图。
图3为本发明GPIO口扩展电路图。
图4为两种数字信号输入输出时的模块电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种用于轨道列车的数字输入输出模块，包括数字输入电路、数字输出电路、GPIO口扩展电路；
所述数字输入电路和数字输出电路分别与所述GPIO口扩展电路连接；所述GPIO口扩展电路与控制处理器连接。
如图1所示，数字输入电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、双向TVS管、缓冲器和光耦合器；
第一电阻的一端作为数字信号输入端口，另一端与缓冲器的输入端连接，缓冲器的输出端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与光耦合器的第一输入端连接，光耦合器的第二输入端接地，光耦合器的第一输出端与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端连接外加电源，光耦合器的第一输出端作为GPIO信号采集端口，光耦合器的第二输出端接地；
第一电容、第二电阻和双向TVS管相并联，并联后的一端连接在第一电阻与缓冲器的输入端之间，另一端接地。
现有的输入输出模块，在电器设备电压不稳定时，容易造成信号采集的误判，常见的信号采集电路会因为电压过高采集电流不能太低而造成发热严重；且车载用电设备的电源或信号会带有严重的杂波或脉冲，现有技术无法过滤或隔离杂波或脉冲。
电压信号通过第一电阻“数字输入端口”输入，经第四电阻“GPIO信号采集端口”输出，供电电压经过第一电阻和第二电阻分压得到合适的电压值，第一电容对输入的电压信号中含有的高频纹波噪声进行滤波处理，且输入的电压信号中含有的快速脉冲信号通过双向TVS管过滤到地。通过缓冲器可防止因电压波动出现误判，由于缓冲器只需要很小的电流就可有效采集电平信号，这样的设计就可将第一电阻和第二电阻做到很大，从而产生很小的电流，解决输入电路因电压太高引起的发热问题，光耦合器进行电气隔离，实现控制处理器内外电路互不干扰的目的。
如图2所示，数字输出电路包括达林顿管和二极管；
达林顿管的基极与GPIO的控制端口连接，达林顿管的射极接地，达林顿管的集电极与二极管的正极连接，二极管的负极连接有外加电源，二极管的两端并联有继电器。
控制处理器输出的控制信号通过控制达林顿管，进而对继电器的输出实现控制，可有效增加电路的输出驱动能力，实现小电流低电压驱动大电流大电压，在继电器线圈两端并联一快速二极管，可在开断瞬间将线圈两端的反向电动势以电流方式消耗，保护控制端器件不被该电动势烧坏。继电器被控制端可根据实际应用需要连接公共端、常开端或常闭端。也可将公共端连接所需电压或地，实现相应电压输出或接地。
如图3所示，GPIO口扩展电路采用PCA9555器件，只需要一组IIC总线即可实现16-128路的GPIO口扩展，解决了控制处理器GPIO口数量紧张的问题，扩展电路如图3所示，PCA9555器件的DIN和DOUT口是扩展的GPIO口，可自定义为输入或输出口，PCA9555器件的INT口连接到控制处理器的外部中断口，PCA9555器件的的SCL和SDA口与控制处理器通过IIC总线连接。
实施例2
如图4所示，本实施例实现了两种数字信号的输入，两种数字信号的输出。
第一通道采集的是DC12V电压信号，数字输入电路对DC12V电压信号进行过滤、隔离后传输到GPIO扩展器PCA9555的P00端口；
第二通道采集的是DC110V电压信号，110V的电压信号经过数字输入电路的分压电阻后得到符合缓冲器的12V电压信号，12V的电压信号再经过过滤、隔离后传输到GPIO扩展器PCA9555的P01端口；
第三通道控制输出DC110V电平信号，控制信号来自于GPIO扩展器的P02端口，该控制信号可控制达林顿管Q1的开通或关闭，达林顿管Q1可控制继电器K1线圈是否实现12V控制电压通电，从而实现继电器的公共端是连接到DC110V还是参考地。
第四通道中，控制处理器通过GPIO扩展器的P03端口，对达林顿管实现控制，达林顿管Q2可控制继电器K2线圈是否通电，从而实现控制继电器的干接点是导通还是断开。
当GPIO扩展器U3的P00-P03端口输出的信号电平值与控制处理器(CPU)内部寄存器存储的值不一致时，INT端口产生低电平有效的中断信号，提示控制处理器对不一致的情况进行处理。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于轨道列车的数字输入输出模块，其特征在于，包括数字输入电路、数字输出电路和GPIO口扩展电路；
所述数字输入电路和数字输出电路分别与所述GPIO口扩展电路连接；所述GPIO口扩展电路与控制处理器连接；
所述数字输入电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、双向TVS管、缓冲器和光耦合器；
所述第一电阻的一端作为数字信号输入端口，另一端与所述缓冲器的输入端连接，所述缓冲器的输出端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述光耦合器的第一输入端连接，所述光耦合器的第二输入端接地，所述光耦合器的第一输出端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端连接外加电源，所述光耦合器的第一输出端作为GPIO信号采集端口，所述光耦合器的第二输出端接地；
所述第一电容、第二电阻和双向TVS管相并联，并联后的一端连接在所述第一电阻与所述缓冲器的输入端之间，另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种用于轨道列车的数字输入输出模块，其特征在于，所述数字输出电路包括达林顿管和二极管；所述达林顿管的基极与所述GPIO口扩展电路的控制端口连接，所述达林顿管的射极接地，所述达林顿管的集电极与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极连接有外加电源，所述二极管的两端并联有继电器。
3.根据权利要求1所述的一种用于轨道列车的数字输入输出模块，其特征在于，所述GPIO口扩展电路采用PCA9555器件。
4.根据权利要求3所述的一种用于轨道列车的数字输入输出模块，其特征在于，所述PCA9555器件的DIN和DOUT口是扩展的GPIO口，可自定义为输入或输出口，所述PCA9555器件的INT口连接到所述控制处理器的外部中断口，所述PCA9555器件的SCL和SDA口均通过IIC总线与所述控制处理器连接。
CN202110519425.3A 2021-05-12 2021-05-12 一种用于轨道列车的数字输入输出模块 Active CN113253645B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110519425.3A CN113253645B (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种用于轨道列车的数字输入输出模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110519425.3A CN113253645B (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种用于轨道列车的数字输入输出模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113253645A CN113253645A (zh) 2021-08-13
CN113253645B true CN113253645B (zh) 2022-07-15

Family

ID=77223398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110519425.3A Active CN113253645B (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种用于轨道列车的数字输入输出模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113253645B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2793814Y (zh) * 2005-06-03 2006-07-05 海信集团有限公司 并行口扩展电路
CN202083932U (zh) * 2011-05-19 2011-12-21 台安科技(无锡)有限公司 基于达林顿管阵列的多路数字量输入电路
KR20140094105A (ko) * 2013-01-21 2014-07-30 주식회사 포티스 Gpio 확장 제어 시스템
CN106125618A (zh) * 2016-07-29 2016-11-16 中车大连电力牵引研发中心有限公司 数字信号采集电路、数字信号采集板卡
CN209250612U (zh) * 2018-12-25 2019-08-13 比亚迪股份有限公司 用于轨道车辆的数字量输入电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2793814Y (zh) * 2005-06-03 2006-07-05 海信集团有限公司 并行口扩展电路
CN202083932U (zh) * 2011-05-19 2011-12-21 台安科技(无锡)有限公司 基于达林顿管阵列的多路数字量输入电路
KR20140094105A (ko) * 2013-01-21 2014-07-30 주식회사 포티스 Gpio 확장 제어 시스템
CN106125618A (zh) * 2016-07-29 2016-11-16 中车大连电力牵引研发中心有限公司 数字信号采集电路、数字信号采集板卡
CN209250612U (zh) * 2018-12-25 2019-08-13 比亚迪股份有限公司 用于轨道车辆的数字量输入电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN113253645A (zh) 2021-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105656176A (zh) 一种高可靠电源切换电路和电子设备
CN113253645B (zh) 一种用于轨道列车的数字输入输出模块
CN113741257A (zh) 电流环通讯电路及空调机组
CN113606761A (zh) 电流环通讯电路和空调
CN210863879U (zh) 隔离型宽范围频率采集电路
CN208623547U (zh) 基于北斗导航系统的车载智能终端
CN207909118U (zh) 一种M-bus通道选择电路
CN213186140U (zh) 一种mbus主机发送电路
CN110525248A (zh) 一种电动汽车充电连接唤醒检测装置
CN109617400A (zh) 双向直流直流变换电路
CN109739801A (zh) 一种mcu芯片与soc芯片之间的串口电平转换电路
CN104122816A (zh) 电动车高速数字输入电路
CN209488551U (zh) 一种npn信号和pnp信号兼容的信号输入电路
CN209448649U (zh) 一种抗干扰延迟启动控制电路及系统
CN208078885U (zh) 一种高压mos管控制电路
CN206517431U (zh) 一种rs485线路选择器电路
CN218587174U (zh) 一种通信隔离电路及开关电源
CN215451204U (zh) 一种互锁式快速的永磁机构驱动电路
CN216209416U (zh) 无电压互感器和电流互感器的充电枪保护电路
CN209389725U (zh) 冗余式馈能电路以及伺服驱动器
CN107317635A (zh) 多路电光信号集成电路转换板
CN217883901U (zh) 一种风扇灯驱动
CN209545550U (zh) 一种高速大电流热切换开关电路
CN218630601U (zh) 一种非接触式油门踏板角度传感电路及装置
CN221263787U (zh) 一种通道复用电压电流的模拟量输入切换电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A Digital Input/Output Module for Rail Trains

Effective date of registration: 20230921

Granted publication date: 20220715

Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee

Pledgor: BEIJING TIEKE SHIDAI TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2023990000468

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right