CN113848792A - 铁路信号集中监测处理器 - Google Patents

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袁建东
刘涛
边昊天
布鹏鹏
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Abstract

本申请公开了一种铁路信号集中监测处理器，包括：至少一个通信接口，用于与铁路系统进行通信，接收铁路系统的铁路信息，至少一个通信接口包括与铁路系统的多个监测传感器相连的至少一个CAN通信接口、多个网络接口和至少一个以太网接口；防护电路，防护电路与至少一个通信接口对应设置；处理芯片，用于根据铁路系统的铁路信息确定监测数据，并通过至少一个通信接口发送监测数据至对应交互设备的同时，执行监测数据相匹配的监测动作。由此，解决了相关技术中由于采集传感器数量较多，采集数据量较大，CPU板与上位机采用CAN通信方式时压力较大往往会发生数据丢失的问题，大大的降低了成本，提高了效率。

Description

铁路信号集中监测处理器
技术领域
本申请涉及铁路信号集中监测系统的监测设备技术领域，特别涉及一种铁路信号集中监测处理器。
背景技术
铁路信号集中监测系统是保证行车安全、加强信号设备结合部管理、监测信号设备状态、发现信号设备隐患、分析信号设备故障原因、辅助故障处理、指导现场维修、反映设备运用质量、提高电务部门维护水平和维护效率的重要行车设备。
相关技术中，铁路信号集中监测系统通常采用各种不同的采集传感器来监测铁路基础信号设备(如道岔、信号机、轨道电路等)，采集传感器一般采用RS485、CAN(ControllerArea Network，控制器局域网络)总线的通信方式，CPU(central processing unit，中央处理器)板一般采用RS485方式与采集传感器通信，CAN通信方式与上位机通信。
然而，一块CPU板仅有一路RS485，仅能采集一类采集传感器，并且CPU板不能采集CAN通信的采集传感器。在实际站场上，由于采集传感器数量较多，采集数据量较大，CPU板与上位机采用CAN通信方式时压力较大往往会发生数据丢失，亟待解决。
发明内容
本申请提供一种铁路信号集中监测处理器，以解决相关技术中由于采集传感器数量较多，采集数据量较大，CPU板与上位机采用CAN通信方式时压力较大往往会发生数据丢失的问题，大大的降低了成本，提高了效率。
本申请实施例提供一种铁路信号集中监测处理器，包括：
至少一个通信接口，用于与铁路系统进行通信，接收所述铁路系统的铁路信息，所述至少一个通信接口包括与所述铁路系统的多个监测传感器相连的至少一个CAN通信接口、多个网络接口和至少一个以太网接口；
防护电路，所述防护电路与所述至少一个通信接口对应设置；以及
处理芯片，用于根据所述铁路系统的铁路信息确定监测数据，并通过所述至少一个通信接口发送所述监测数据至对应交互设备的同时，执行所述监测数据相匹配的监测动作。
可选地，还包括：
电源，所述电源为所述处理器供电。
可选地，所述处理芯片为一个或多个。
可选地，还包括：
状态提醒件，用于提示所述处理器的实际状态。
可选地，还包括：
驱动电路，用于根据所述处理器的控制指令驱动所述状态提醒件进行提醒。
可选地，所述状态提醒件包括电源灯、系统灯和通信灯。
可选地，还包括：
计时器，用于为所述处理器提供时钟信息。
可选地，还包括：
保险装置，所述保险装置与所述至少一个通信接口对应设置。
可选地，还包括：
第一存储件，用于存储所述处理器的板件参数。
可选地，还包括：
第二存储件，用于存储所述铁路信息和/或所述监测数据。
由此，可以通过至少一个通信接口与铁路系统进行通信，接收铁路系统的铁路信息，并通过处理芯片根据铁路系统的铁路信息确定监测数据，并通过至少一个通信接口发送监测数据至对应交互设备的同时，执行监测数据相匹配的监测动作。由此，解决了相关技术中由于采集传感器数量较多，采集数据量较大，CPU板与上位机采用CAN通信方式时压力较大往往会发生数据丢失的问题，大大的降低了成本，提高了效率。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种铁路信号集中监测处理器的方框示意图；
图2为根据本申请一个具体实施例的铁路信号集中监测处理器的方框示意图；
图3为根据本申请一个实施例的通信接口、防护电路与处理芯片电路连接关系示意图；
图4为根据本申请一个实施例的通信接口、防护电路与处理芯片连接关系的方框示意图；
图5为根据本申请一个实施例的处理芯片与电源灯、系统灯和通信灯连接关系的电路示意图
图6为根据本申请一个实施例的处理芯片与电源灯、系统灯和通信灯连接关系的方框示意图；
图7为根据本申请一个实施例的第一存储件和第二存储件与处理芯片连接关系的电路示意图；
图8为根据本申请一个实施例的第一存储件和第二存储件与处理芯片连接关系的方框示意图；
图9为根据本申请实施例的铁路信号集中监测处理器的嵌入式软件任务调用关系示意图；
图10为根据本申请实施例的铁路信号集中监测处理器嵌入式软件采集流程图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的铁路信号集中监测处理器。针对上述背景技术中心提到的相关技术中由于采集传感器数量较多，采集数据量较大，CPU板与上位机采用CAN通信方式时压力较大往往会发生数据丢失的问题，本申请提供了一种铁路信号集中监测处理器，可以通过至少一个通信接口与铁路系统进行通信，接收铁路系统的铁路信息，并通过处理芯片根据铁路系统的铁路信息确定监测数据，并通过至少一个通信接口发送监测数据至对应交互设备的同时，执行监测数据相匹配的监测动作。由此，解决了相关技术中由于采集传感器数量较多，采集数据量较大，CPU板与上位机采用CAN通信方式时压力较大往往会发生数据丢失的问题，大大的降低了成本，提高了效率。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种铁路信号集中监测处理器的方框示意图。
如图1所示，该铁路信号集中监测处理器10包括：至少一个通信接口100、防护电路200和处理芯片300。
其中，至少一个通信接口100用于与铁路系统进行通信，接收铁路系统的铁路信息，至少一个通信接口100包括与铁路系统的多个监测传感器相连的至少一个CAN通信接口、多个网络接口和至少一个以太网接口；
防护电路200与至少一个通信接口100对应设置；以及
处理芯片300用于根据铁路系统的铁路信息确定监测数据，并通过至少一个通信接口100发送监测数据至对应交互设备的同时，执行监测数据相匹配的监测动作。
可选地，在一些实施例中，处理芯片300为一个或多个。
其中，如图2至图4所示，图2为本申请一个具体实施例的铁路信号集中监测处理器的方框示意图，图3和图4分别为至少一个通信接口100，以及防护电路200与处理芯片300的电路连接示意图和方框示意图，至少一个通信接口100可以包括6路RS485(其中4路兼容RS422接口)、2路CAN接口和1路RJ45网络接口，采用自带隔离的RS485和CAN芯片实现RS422/485和CAN的通信功能，并采用防护电路200(如两级防护电路)保证通信的可靠性，并且所有接口可同时与铁路系统的多个监测传感器通信，其中，第一级为气体放电管进行纵横向保护，第二级为两个双向瞬态抑制二极管TVS进行纵向防护，F1和F2是0.2A的自恢复保险作为退耦器用于第一级和第二级防护的匹配。L3是共模电感用于抑制共模干扰。S2用于选择是否在线路中并接120ohm终端电阻。隔离电源选用1W宽压输入稳压输出的DC/DC。处理芯片300可以采用STM32F427ZGT6，用于接受和发送监测数据和控制其他相关电路。由此，增加了采集端口的数量、兼容性和可靠性，大大的降低了成本，提高了效率。
具体而言，本申请实施例的铁路信号集中监测处理器10可以采用网络接口方式通过以太网(如TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)/IP(InternetProtocol Address，互联网协议地址)协议)与铁路信号集中监测系统上位机通信，采用RS485或CAN总线与铁路系统的多个监测传感器通信，该通信方式允许更大的通信速率，当传输数据量较大的采集数据时更稳定高效。其中，铁路信号集中监测处理器10可以采用RMII(Reduced Media Independent Interface，简化媒体独立接口)接口的PHY(PhysicalLayer，模数混合电路)芯片实现Ethernet功能，在RJ45接插件与网络变压器间增设防护器件以满足EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性测试)的要求。采用GDT(gasdischarge tube，气体放电管)作为第一级纵横向防护，采用低容抗的TVS(TransientVoltage Suppressor，瞬态二极管)阵列作为第二级横向防护，第一级防护与第二级防护之间采用0.2A自恢复保险作为退偶器用于匹配。
需要说明的是，铁路信号集中监测处理器10可以安装于采集机机箱内部，采集机机箱可以同时安装多个铁路信号集中监测处理器10，可以根据实际需求而增减。铁路信号集中监测处理器10可以通过RS485或CAN总线采集多个监测传感器的监测数据，并通过网络协议端口送至信号集中监测系统上位机。
可选地，在一些实施例中，本发明实施例的铁路信号集中监测处理器10还包括：电源，电源为处理器供电。
具体地，如图2所示，电源可以为12V电源，本申请实施例可以通过电源为处理器(如CPU)供电，运用9-36V宽电压输入稳压输出的DC/DC作为板件3.3V工作电源，最大输出电流1A。电路中MOV1和GDT3Y串联组成第一级横向浪涌保护，双向瞬态抑制二极管TVS5作为第二级横向浪涌保护，确保芯片输入电压被钳位在±33V，F5是0.5A自恢复保险与电感L1组成退耦器用于第一级和第二级防护的匹配。二极管D1是防反二极管，用于保护芯片不受反向电压的损坏。
可选地，在一些实施例中，本发明实施例的铁路信号集中监测处理器10还包括：状态提醒件，用于提示处理器的实际状态。
具体而言，铁路信号集中监测处理器10可以采用自带隔离功能的两片RS485芯片实现RS422/485功能，当端口定义为RS422功能时，U5被设置为接收模式，U6被设置为发送模式；当端口被定义为RS485功能时，U5由MCU的IO口控制收发状态，U6被设置为接收模式(即无效模式)。
可选地，在一些实施例中，本发明实施例的铁路信号集中监测处理器10还包括：驱动电路，用于根据处理器的控制指令驱动状态提醒件进行提醒。
可选地，在一些实施例中，状态提醒件包括电源灯、系统灯和通信灯。
具体而言，本申请实施例可以通过LED指示灯，判断每个通信接口的通讯状态是否正常。其中，如图5和图6所示，图5和图6分别为处理芯片300与电源灯、系统灯和通信灯连接的电路图和方框示意图，基于该电路可以实现根据处理器的控制指令驱动状态提醒件进行提醒。
其中，电源灯可以为电源指示灯，系统灯可以为系统指示灯，通信灯路为通信状态灯。需要说明的是，指示灯均采用φ3的LED灯，驱动方式为芯片U1通过总线驱动器程序驱动，每路LED点亮的电流值为：3.3V-2V(绿色LED管压降)/510ohm＝2.55mA。
可选地，在一些实施例中，本发明实施例的铁路信号集中监测处理器10还包括：计时器，用于为处理器10提供时钟信息。
应当理解的是，计时器，是利用特定的原理来测量时间的装置，本申请实施例通过设置计时器可以为处理器10提供时钟信息，保证时间的准确性。
举例而言，本申请实施例的铁路信号集中监测处理器10采用外置看门狗电路作为程序死循环防护，选用的芯片在1.6s内没有接收到跳变信号，则触发硬件复位。需要说明的是，看门狗电路还具有电压监测功能，当3.3V工作电压低于2.93V时触发硬件复位。
其中，上述1.6s内即可以通过计时器进行实现。可选地，在一些实施例中，本发明实施例的铁路信号集中监测处理器10还包括：保险装置，保险装置与至少一个通信接口对应设置。
应当理解的是，保险装置可以为自恢复保险丝，通过设置自恢复保险丝可以进一步保证通信的可靠性，以满足EMC要求。
可选地，在一些实施例中，本发明实施例的铁路信号集中监测处理器10还包括：第一存储件，用于存储处理器的板件参数。
可选地，在一些实施例中，本发明实施例的铁路信号集中监测处理器10还包括：第二存储件，用于存储铁路信息和/或监测数据。
具体而言，如图7和图8所示，图7和图8分别为第一存储件和第二存储件与处理芯片300连接的电路图和方框示意图，第一存储件可以为EEPROM，本申请实施例的铁路信号集中监测处理器10可以采用IIC接口外扩2kbit的EEPROM存储板件参数，包括板件通信地址、采样速率、版本信息等。IIC接口采用标准100kbps通信速率，上拉电阻选取4.7k，并通过MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)的IO口使能或禁止写保护，防止干扰信号对EEPROM进行错误改写；第二存储件可以为SDRAM，本申请实施例的铁路信号集中监测处理器10可以采用1Mbits*16bits*4Bank的SDRAM作为数据存储器件，用于各类采样数据的存储，包含实时开关量、实时模拟量及曲线等。
为便于本领域技术人员进一步了解本申请实施例的铁路信号集中监测处理器，下面结合图9至图10进行详细说明。
进一步地，铁路信号集中监测处理器10在处理实时任务时，任务的优先级顺序可以如表1所示。
表1
Figure BDA0003288302540000061
Figure BDA0003288302540000071
其中，各任务之间的关系参见图9，Main函数的功能是系统初始化和创建Start_task任务。初始化调用一系列需要使用到的初始化函数，包括GPIO、中断控制器、定时器、串口、看门狗、系统、LWIP协议栈以及Modbus协议栈初始化等工作。当初始化工作完成后，调用系统函数Start_task()建立任务，最后将自身挂起。以道岔曲线采集流程为例，对应的曲线采集处理流程如图10所示，包括以下步骤：
S1001，开始。
S1002，初始化曲线缓存区。
S1003，取当前指向采集器曲线标志位。
S1004，保存实时开关量数据和标志位数据。
S1005，判断是否有曲线，如果是，则执行步骤S1006，否则，执行步骤S1015。
S1006，判断曲线是否已开始，如果是，执行步骤S1008，否则，执行步骤S1007。
S1007，取当前指向采集器曲线标志位，并跳转执行步骤S1008。
S1008，取一秒曲线数据。
S1009，判断曲线是否已开始，如果是，执行步骤S1010，否则，执行步骤S1014。
S1010，取当前指向采集器曲线标志位。
S1011，取当前指向采集器曲线标志位。
S1012，判断曲线是否已开始，如果是，执行步骤S1013，否则，执行步骤S1015。
S1013，取当前指向采集器曲线标志位，并跳转执行步骤S1015。
S1014，取一秒曲线数据，并跳转执行步骤S1015。
S1015，指向下一个采集器，并跳转执行步骤S1003。
根据本申请实施例提出的铁路信号集中监测处理器，可以通过至少一个通信接口与铁路系统进行通信，接收铁路系统的铁路信息，并通过处理芯片根据铁路系统的铁路信息确定监测数据，并通过至少一个通信接口发送监测数据至对应交互设备的同时，执行监测数据相匹配的监测动作。由此，解决了相关技术中由于采集传感器数量较多，采集数据量较大，CPU板与上位机采用CAN通信方式时压力较大往往会发生数据丢失的问题，大大的降低了成本，提高了效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

Claims (10)

1.一种铁路信号集中监测处理器，其特征在于，包括：
至少一个通信接口，用于与铁路系统进行通信，接收所述铁路系统的铁路信息，所述至少一个通信接口包括与所述铁路系统的多个监测传感器相连的至少一个CAN通信接口、多个网络接口和至少一个以太网接口；
防护电路，所述防护电路与所述至少一个通信接口对应设置；以及
处理芯片，用于根据所述铁路系统的铁路信息确定监测数据，并通过所述至少一个通信接口发送所述监测数据至对应交互设备的同时，执行所述监测数据相匹配的监测动作。
2.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于，还包括：
电源，所述电源为所述处理器供电。
3.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于，所述处理芯片为一个或多个。
4.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于，还包括：
状态提醒件，用于提示所述处理器的实际状态。
5.根据权利要求4所述的处理器，其特征在于，还包括：
驱动电路，用于根据所述处理器的控制指令驱动所述状态提醒件进行提醒。
6.根据权利要求4或5所述的处理器，其特征在于，所述状态提醒件包括电源灯、系统灯和通信灯。
7.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于，还包括：
计时器，用于为所述处理器提供时钟信息。
8.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于，还包括：
保险装置，所述保险装置与所述至少一个通信接口对应设置。
9.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于，还包括：
第一存储件，用于存储所述处理器的板件参数。
10.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于，还包括：
第二存储件，用于存储所述铁路信息和/或所述监测数据。
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