CN114095799B - 一种具有冗余切换功能的gsm-r数据单元的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有冗余切换功能的GSM‑R数据单元的实现方法，微控制器电路通过GSM‑R数据故障检测电路检测主GSM‑R模块和备GSM‑R模块的工作状态，并控制主通信接口切换电路，决定由主GSM‑R模块或备GSM‑R模块承载GSM‑R数据业务通信功能；主GSM‑R模块和备GSM‑R模块通过模块电源备份电路分别独立供电，只有模块电源备份电路的两路供电输出同时发生异常时，GSM‑R数据业务通信功能才会丧失，否则主GSM‑R模块和备GSM‑R模块中的一个模块会继续承载GSM‑R数据业务通信功能，当在用的模块发生故障后，可在短时间内切换至另一模块继续工作，从而实现了自动消除故障的能力。

Description

一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法
技术领域
本发明涉及铁路车载通信技术领域，特别涉及一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法。
背景技术
GSM-R数据单元装配于机车综合无线通信设备CIR，（中国铁路总公司企业标准：Q/CR 651.1-2018机车综合无线通信设备第1部分：技术条件）负责承载GSM-R数据业务功能。
传统的GSM-R数据单元使用了单模块接入网络，当单元出现故障时，维护人员需要花费较长时间赶赴现场进行更换处理，在此期间，会造成CIR设备长时间处于丧失GSM-R数据通信的能力，可能造成列车晚点。
如，现有技术的车载电台装载的GSM-R数据单元采用一个GSM-R模块设计，在使用过程中一旦发生不识别SIM卡、掉网等故障时，故障会一直持续存在。大多数情况下，重启车载电台也无法消除故障，需要列车到站停车后，维护人员上车更换备品后才能消除故障，所以故障时间往往会持续数个小时，甚至造成列车晚点。受机车设备安装空间和改造成本等客观因素的限制，安装两套车载电台作为主备使用也不现实。
近年来随着中国铁路GSM-R网络建设进度的加快，GSM-R数据通信功能的使用强度已经高于其他功能。
在这种情况下，提高CIR设备GSM-R数据通信的可靠性，缩短GSM-R数据通信故障的持续时间，已经发展为铁路通信领域中一项亟待解决的重要课题。
发明内容
鉴于现有技术的状况，为了提高CIR设备GSM-R数据通信的可靠性，缩短GSM-R数据通信故障的持续时间，本发明采用冗余备份、故障检测和通道切换的思路设计了一种提高GSM-R数据传输可靠性的方法，即一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法，通过实时检测主GSM-R模块和备GSM-R模块的工作状态，当主GSM-R模块出现故障时，及时切换至备GSM-R模块继续承载数据通信功能。
本发明采用的技术方案是：一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法，所述的实现方法采用GSM-R数据单元的微控制器电路通过GSM-R数据功能故障检测电路实时查询主GSM-R模块和备GSM-R模块的工作状态，根据查询工作状态，微控制器电路控制主通信接口切换电路自动将主GSM-R模块和备GSM-R模块进行切换，与外部设备进行数据通信。
所述查询工作状态流程执行以下操作：
所述微控制器电路通过GSM-R数据功能故障检测电路实时查询主GSM-R模块和备GSM-R模块的启动状态、SIM卡识别状态、网络附着状态和PDP激活状态，并进行判断，当所述主GSM-R模块和备GSM-R模块的启动状态、SIM卡识别状态和网络附着状态均正常时，则判断主GSM-R模块和备GSM-R模块处于正常工作状态，否则处于异常工作状态。
所述正常工作状态和异常工作状态的判断按照优先级递进的方式进行，第一级为启动状态，第二级为SIM卡识别状态，第三级为网络附着状态，只有当前等级的状态正常时，才进行下一等级状态的判断，否则将开始查询另一个GSM-R模块的工作状态，如果所述主GSM-R模块或备GSM-R模块三级状态均正常，则为工作正常状态，如果主GSM-R模块或备GSM-R模块三级状态中任意一状态出现异常，则为工作异常状态。
所述微控制器电路判断出主GSM-R模块出现工作异常状态且备GSM-R模块为工作正常状态时，微控制器电路控制主通信接口切换电路将主GSM-R模块切换为待机状态，由备GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能，微控制器电路判断出备GSM-R模块出现工作异常状态且主GSM-R模块为工作正常状态时，所述微控制器电路控制主通信接口切换电路将备GSM-R模块切换为待机状态，由主GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能，主GSM-R模块或备GSM-R模块不参与承载GSM-R数据业务通信功能，则为待机状态。
所述备GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能时或主GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能时，当GSM-R数据单元断电后，存储主GSM-R模块和备GSM-R模块的身份状态，供下次开机时自动恢复使用。
所述GSM-R数据单元，包括5V电压转换电路、3.3V电压转换电路、模块电源备份电路、GSM-R数据故障检测电路、微控制器电路、主通信接口切换电路、主GSM-R模块、备GSM-R模块、主SIM卡、副SIM卡、主天线和副天线；
所述微控制器电路通过GSM-R数据故障检测电路分别与所述主GSM-R模块和备GSM-R模块连接，进行交替式通信，检测主GSM-R模块和备GSM-R模块的工作状态，微控制器电路与主通信接口切换电路连接，所述主通信接口切换电路分别与主GSM-R模块和备GSM-R模块连接，微控制器电路控制主通信接口切换电路由主GSM-R模块或备GSM-R模块与外部设备通信，所述主GSM-R模块分别与主SIM卡和主天线连接，所述备GSM-R模块分别与副SIM卡和副天线连接；
所述3.3V电压转换电路与微控制器电路连接，所述5V电压转换电路分别与GSM-R数据故障检测电路、主通信接口切换电路和模块电源备份电路连接，5V电压转换电路与模块电源备份电路连接，所述模块电源备份电路将5V电压转换4V电压，分别与主GSM-R模块和备GSM-R模块连接。
所述的GSM-R数据功能故障检测电路包括型号为TMUX1574DYYR的多路复用器芯片N15和型号均为SN74LV1T125的电平转换芯片N14、电平转换芯片N16、电平转换芯片N17、电平转换芯片N21；
所述多路复用器芯片N15的1脚、4脚和7脚分别连接微控制器电路，所述电平转换芯片N14的4脚和电平转换芯片N16的4脚分别连接多路复用器芯片N15的2脚和3脚，所述电平转换芯片N14的5脚和电平转换芯片N16的5脚分别连接3.3V，电平转换芯片N14的1脚、3脚和电平转换芯片N16的1脚、3脚分别连接信号地，电平转换芯片N14的2脚和电平转换芯片N16的2脚分别连接主GSM-R模块和备GSM-R模块；
所述电平转换芯片N17的2脚和电平转换芯片N21的2脚分别连接多路复用器芯片N15的5脚和6脚，电平转换芯片N17的5脚和电平转换芯片N21的5脚分别连接主GSM-R模块和备GSM-R模块，电平转换芯片N17的1脚、3脚和电平转换芯片N21的1脚、3脚分别连接信号地，电平转换芯片N17的4脚和电平转换芯片N21的4脚分别连接主GSM-R模块和备GSM-R模块；
所述多路复用器芯片N15的16脚和8脚并联电容C55，多路复用器芯片N15的16脚接电源5V，多路复用器芯片N15的8脚接信号地。
所述主通信接口切换电路，包括型号均为TMUX1574DYYR的多路复用器芯片N11、多路复用器芯片N20和型号均为74LVC07A的电平转换芯片N12、电平转换芯片N13、电平转换芯片N18和电平转换芯片N19；
所述多路复用器芯片N11的2脚、5脚、11脚和14脚分别连接电平转换芯片N13的8脚、6脚、2脚和4脚，所述多路复用器芯片N20的2脚、5脚、11脚和14脚分别连接电平转换芯片N18的3脚、电平转换芯片N13的10脚、电平转换芯片N18的5脚和1脚，多路复用器芯片N11的3脚、6脚和10脚分别连接电平转换芯片N12的8脚、6脚和2脚，所述多路复用器芯片N20的3脚、6脚、10脚和13脚分别连接电平转换芯片N19的3脚、电平转换芯片N12的10脚、电平转换芯片N19的5脚和1脚，所述电平转换芯片N13的1脚、3脚、5脚、9脚、11脚、电平转换芯片N18的2脚、4脚、6脚分别连接主GSM-R模块，所述电平转换芯片N12的1脚、5脚、9脚和11脚、电平转换芯片N19的2脚、4脚、6脚分别连接备GSM-R模块；
多路复用器芯片N11的1脚和多路复用器芯片N20的1脚分别连接微控制器电路，多路复用器芯片N11的4脚、7脚、9脚、12脚和多路复用器芯片N20的4脚、7脚、9脚、12脚连接至外部接口。
所述微控制器电路包括型号均为LPC4337的微控制器芯片N2A和微控制器芯片N2B、型号为SP809的电压监控芯片N4、型号为PRTR5V0U4D的防静电保护芯片N6和型号为LM3526-H的USB供电芯片N10；
所述微控制器芯片N2B的66脚、65脚和63脚分别连接GSM-R数据功能故障检测电路的多路复用器芯片N15的1脚、4脚和7脚，微控制器芯片N2B的64脚分别连接主通信接口切换电路的多路复用器芯片N11的1脚和多路复用器芯片N20的1脚；
所述电压监控芯片N4的2脚通过二极管单向隔离后连接微控制器芯片N2A的128脚，所述防静电保护芯片N6的1脚和3脚分别连接微控制器芯片N2A的18脚和20脚，所述防静电保护芯片N6的5脚经过电阻R41分别连接微控制器芯片N2A的21脚，防静电保护芯片N6的5脚分别连接滤波电容C41和接口插座XS3的1脚，所述USB供电芯片N10的1脚和2脚分别连接微控制器芯片N2B的50脚和35脚，USB供电芯片N10的8脚连接接口插座XS3的1脚。
本发明的有益效果是：
1.避免了由于传统GSM-R数据单元故障所带来的铁路列车晚点的情况，通过冗余切换功能的方式，将故障持续时间从数个小时缩短至约1分钟。
2.降低了铁路维护人员的工作强度，当出现GSM-R数据单元故障时，无需人员赶赴故障现场进行处理，本发明的GSM-R数据单元可自动消除故障。
3.安装容易，本发明的GSM-R数据单元与既有单元尺寸及接口电气特性完全兼容，可直接替换。
4.本发明的GSM-R数据单元用于实现GSM-R数据通信功能部分的硬件电路与实现检测控制部分的硬件电路充分解耦，3.3V电压转换电路作为独立电源为微控制器电路供电，5V电压转换电路作为独立电源分别为GSM-R数据故障检测电路、主通信接口切换电路和模块电源备份电路供电，模块电源备份电路作为独立电源分别与主GSM-R模块和备GSM-R模块提供4V电压，即使检测控制部分的硬件电路出现故障，也能保证主GSM-R模块和备GSM-R模块其中一个模块用于承载数据通信功能。
附图说明
图1为本发明GSM-R数据单元的原理框图；
图2为本发明5V电压转换电路的原理图；
图3为本发明3.3V电压转换电路的原理图；
图4为本发明模块电源备份电路的原理图；
图5为本发明GSM-R数据功能故障检测电路的原理图；
图6为本发明主通信接口切换电路的原理图；
图7为本发明微控制器电路的微控制器芯片N2A电路原理图；
图8为本发明微控制器电路的微控制器芯片N2B电路原理图；
图9为本发明GSM-R数据通信功能冗余切换的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的电路原理和工作流程：
如图1所示，一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法，GSM-R数据单元通过外部13.8V供电，GSM-R数据单元包括5V电压转换电路、3.3V电压转换电路、模块电源备份电路、GSM-R数据故障检测电路、微控制器电路、主通信接口切换电路、主GSM-R模块、备GSM-R模块、主SIM卡、副SIM卡、主天线和副天线。
主天线用于主GSM-R模块无线信号的接收与发送，副天线用于备GSM-R模块无线信号的接收与发送，主SIM卡用于主GSM-R模块进行登网鉴权，副SIM卡用于备GSM-R模块进行登网鉴权。
如图2所示，外部输入的13.8V电源通过5V电压转换电路中的开关电源芯片N1转换为5V电压，为模块电源备份电路、GSM-R数据故障检测电路和主通信接口切换电路提供独立的供电，开关电源芯片N1型号为LM22670。
如图3所示，外部输入的13.8V电源通过3.3V电压转换电路中的开关电源芯片N5转换为3.3V电压，为微控制器及外围电路提供独立的3.3V供电，开关电源芯片N5型号为LM22670。
如图4所示，模块电源备份电路中的电源芯片N7输出的4V电压作为独立的电源为主用GSM-R数据模块供电，电源芯片N8输出的4V电压作为独立的电源为备用GSM-R数据模块供电，电源芯片N7和电源芯片N8型号为MIC29302BU-ADJ。
如图5所示，多路复用器芯片N15用于将微控制器电路的微控制器芯片N2B的一路串口信号扩展为两路串口信号，电平转换芯片N14和电平转换芯片N17用于将微控制器芯片N2B的3.3V串口电平转换为适用与主GSM-R模块的串口电平，电平转换芯片N16和电平转换芯片N21用于将微控制器芯片N2B的3.3V串口电平转换为适用与备GSM-R模块的串口电平；
多路复用器芯片N15的型号为TMUX1574DYYR，电平转换芯片N14、电平转换芯片N16、电平转换芯片N17和电平转换芯片N21的型号为SN74LV1T125。
如图6所示，多路复用器芯片N11和多路复用器芯片N20用于将外部主串口信号及流控信号切换至主GSM-R模块或备GSM-R模块，电平转换芯片N13和电平转换芯片N18用于将外部主串口的5V串口电平转换为适用与主GSM-R模块的串口电平，电平转换芯片N12和电平转换芯片N19用于将外部主串口的5V串口电平转换为适用与备GSM-R模块的串口电平；
多路复用器芯片N11和多路复用器芯片N20的型号为TMUX1574DYYR，电平转换芯片N13、电平转换芯片N18、电平转换芯片N12和电平转换芯片N19的型号为74LVC07A。
如图7、图8所示，微控制器电路用于检测主GSM-R模块、备GSM-R模块的工作状态，控制主通信接口的切换；
微控制器芯片N2A、微控制器芯片N2B的型号为LPC4337，电压监控芯片N4的型号为SP809，防静电保护芯片N6的型号为PRTR5V0U4D，USB供电芯片N10的型号为LM3526-H。
本发明电路工作原理如下：
GSM-R数据单元搭载主GSM-R模块、备GSM-R模块两个模块，均可承载GSM-R数据业务通信功能，微控制器电路通过故障检测电路检测主GSM-R模块和备GSM-R模块的工作状态，并控制主通信接口切换电路，决定由主GSM-R模块或备GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能；
GSM-R数据单元的供电部分设计采用对不同功能的电路进行独立划分、充分解耦的方式，具体为：微控制器电路通过3.3V电压转换电路将外部13.8V电压转为3.3V电压独立供电，GSM-R数据故障检测电路、模块电源备份电路和主通信接口切换电路通过5V电压转换电路将外部13.8V电压转为5V电压供电，主GSM-R模块和备GSM-R模块通过模块电源备份电路分别独立供电，其目的在于：只有模块电源备份电路的两路供电输出同时发生异常时，本单元的GSM-R数据业务通信功能才会丧失，否则主GSM-R模块和备GSM-R模块中的一个模块会继续承载GSM-R数据业务通信功能。
故障检测的实现步骤为：微控制器电路中的微控制器芯片N2B的66脚通过输出电平控制GSM-R数据故障检测电路中多路复用器芯片N15的状态，当微控制器芯片N2B的66脚输出低电平时，微控制器芯片N2B的63脚和65脚信号经过电平转换芯片N14和电平转换芯片N17电平转换后，传输至主GSM-R模块，此时微控制器芯片N2B与主GSM-R模块进行通信，当微控制器芯片N2B的66脚输出高电平时，微控制器芯片N2B的63脚和65脚信号经过平转换芯片N16和平转换芯片N21电平转换后，传输至备GSM-R模块，此时微控制器芯片N2B与备GSM-R模块进行通信，微控制器芯片N2B通过周期性变化66脚的输出电平，进行轮询式地与主GSM-R模块和备GSM-R模块进行通信，进而达到能够及时识别出主GSM-R模块或备GSM-R模块出现工作异常。
冗余切换功能的实现方式为：当微控制器电路中的微控制器芯片N2B判断出主GSM-R模块工作正常，则微控制器芯片N2B的64脚通过输出低电平控制主通信接口切换电路中的多路复用器芯片N11和多路复用器芯片N20的1脚，此时主通信接口切换电路的多路复用器芯片N11和多路复用器芯片N20的4脚、7脚、9脚和12脚切换至2脚、5脚、11脚和14脚，在这种状态下，主GSM-R模块的串口信号经过电平转换芯片N13和电平转换芯片N18电平转换后，切换至多路复用器芯片N11和多路复用器芯片N20的4脚、7脚、9脚和12脚，与外部通信，当微控制器电路中的微控制器芯片N2B判断出主GSM-R模块工作异常且备GSM-R模块工作正常，则微控制器芯片N2B的64脚通过输出高电平控制主通信接口切换电路中的多路复用器芯片N11和多路复用器芯片N20的1脚，此时多路复用器芯片N11和多路复用器芯片N20的4脚、7脚、9脚和12脚切换至3脚、6脚、10脚和13脚，在这种状态下，备GSM-R模块的串口信号经过电平转换芯片N13和电平转换芯片N18电平转换后，切换至多路复用器芯片N11和多路复用器芯片N20的4脚、7脚、9脚和12脚，与外部通信。
如图9所示，本方法的GSM-R数据单元开机后，会记忆上次断电时的状态，恢复断电前承载GSM-R数据业务通信功能的GSM-R模块继续工作；
微控制器电路通过GSM-R数据功能故障检测电路先查询主GSM-R模块的启动状态、SIM卡识别状态和网络附着状态，上述三个状态按照前后关系顺序查询，对启动状态、SIM卡识别状态和网络附着状态按照优先级递进的方式进行判断，第一级为启动状态，第二级为SIM卡识别状态，第三级为网络附着状态，只有当前等级的状态正常时，才会进行下一等级状态的判断，否则将开始查询另一个GSM-R模块的工作状态；
如果主GSM-R模块的三个级状态均正常则微控制器电路控制主通信接口电路切换至主GSM-R模块，由主GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能，并继续通过GSM-R数据功能故障检测电路查询备GSM-R模块的启动状态、SIM卡识别状态和网络附着状态；如果主GSM-R模块的三个状态中任意一状态出现异常，则立即查询备GSM-R模块的启动状态、SIM卡识别状态和网络附着状态，微控制器电路查询备GSM-R模块的三个状态完成后，主GSM-R模块出现状态异常且备GSM-R模块的三个状态均正常，微控制器电路控制主通信接口切换电路切换至备GSM-R模块，将备GSM-R模块切换为待机状态，由备GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能，同时继续返回查询主GSM-R模块的启动状态、SIM卡识别状态和网络附着状态，如此反复，微控制器电路会存储主GSM-R模块和备GSM-R模块的身份状态，供下次开机后恢复使用，以上各个环节执行完毕后，一个完整的工作过程结束。
主GSM-R模块或备GSM-R模块不参与承载GSM-R数据业务通信功能，则为待机状态。
以上海铁路局电务段某车载设备车间设备试用情况为例；
原车载电台的GSM-R数据单元采用单GSM-R模块、单SIM卡和单天线设计，在高温和高灰尘的使用环境下，会偶发性出现模块掉网的现象。而对于采用冗余备份的设计方式后，主GSM-R模块和备GSM-R模块同时出现异常的情况仅存在理论上的可能，可以忽略不记。
同样的车载电台，在换装本发明带冗余切换功能的GSM-R数据单元后，通过一段时间的记录数据的分析和观察，可以将故障持续时间降低至1分钟，极大降低车载电台故障带来的影响，而且维护人员不再需要赶赴现场处理故障，也减少了人力成本。

Claims (5)

1.一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法，其特征在于，所述GSM-R数据单元应用于机车综合无线通信设备CIR上，所述的实现方法采用GSM-R数据单元的微控制器电路通过GSM-R数据功能故障检测电路实时查询主GSM-R模块和备GSM-R模块的工作状态，根据查询工作状态，微控制器电路控制主通信接口切换电路自动将主GSM-R模块和备GSM-R模块进行切换，与外部设备进行数据通信；
所述查询工作状态流程执行以下操作：
所述微控制器电路通过GSM-R数据功能故障检测电路实时查询主GSM-R模块和备GSM-R模块的启动状态、SIM卡识别状态、网络附着状态和PDP激活状态，并进行判断，当所述主GSM-R模块和备GSM-R模块的启动状态、SIM卡识别状态和网络附着状态均正常时，则判断主GSM-R模块和备GSM-R模块处于正常工作状态，否则处于异常工作状态；
所述正常工作状态和异常工作状态的判断按照优先级递进的方式进行，第一级为启动状态，第二级为SIM卡识别状态，第三级为网络附着状态，只有当前等级的状态正常时，才进行下一等级状态的判断，否则将开始查询另一个GSM-R模块的工作状态，如果所述主GSM-R模块或备GSM-R模块三级状态均正常，则为工作正常状态，如果主GSM-R模块或备GSM-R模块三级状态中任意一状态出现异常，则为工作异常状态；
所述微控制器电路判断出主GSM-R模块出现工作异常状态且备GSM-R模块为工作正常状态时，所述微控制器电路控制主通信接口切换电路将主GSM-R模块切换为待机状态，由备GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能，微控制器电路判断出备GSM-R模块出现工作异常状态且主GSM-R模块为工作正常状态时，微控制器电路控制主通信接口切换电路将备GSM-R模块切换为待机状态，由主GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能，主GSM-R模块或备GSM-R模块不参与承载GSM-R数据业务通信功能，则为待机状态；
所述备GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能时或主GSM-R模块承载GSM-R数据业务通信功能时，当GSM-R数据单元断电后，存储主GSM-R模块和备GSM-R模块的身份状态，供下次开机时自动恢复使用。
2.根据权利要求1所述的一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法，其特征在于：所述GSM-R数据单元，包括5V电压转换电路、3.3V电压转换电路、模块电源备份电路、GSM-R数据故障检测电路、微控制器电路、主通信接口切换电路、主GSM-R模块、备GSM-R模块、主SIM卡、副SIM卡、主天线和副天线；
所述微控制器电路通过GSM-R数据故障检测电路分别与所述主GSM-R模块和备GSM-R模块连接，进行交替式通信，检测主GSM-R模块和备GSM-R模块的工作状态，微控制器电路与主通信接口切换电路连接，所述主通信接口切换电路分别与主GSM-R模块和备GSM-R模块连接，微控制器电路控制主通信接口切换电路由主GSM-R模块或备GSM-R模块与外部设备通信，所述主GSM-R模块分别与主SIM卡和主天线连接，所述备GSM-R模块分别与副SIM卡和副天线连接；
所述3.3V电压转换电路与微控制器电路连接，所述5V电压转换电路分别与GSM-R数据故障检测电路、主通信接口切换电路和模块电源备份电路连接，5V电压转换电路与模块电源备份电路连接，所述模块电源备份电路将5V电压转换4V电压，分别与主GSM-R模块和备GSM-R模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法，其特征在于：所述的GSM-R数据功能故障检测电路包括型号为TMUX1574DYYR的多路复用器芯片N15和型号均为SN74LV1T125的电平转换芯片N14、电平转换芯片N16、电平转换芯片N17、电平转换芯片N21；
所述多路复用器芯片N15的1脚、4脚和7脚分别连接微控制器电路，所述电平转换芯片N14的4脚和电平转换芯片N16的4脚分别连接多路复用器芯片N15的2脚和3脚，所述电平转换芯片N14的5脚和电平转换芯片N16的5脚分别连接3.3V，电平转换芯片N14的1脚、3脚和电平转换芯片N16的1脚、3脚分别连接信号地，电平转换芯片N14的2脚和电平转换芯片N16的2脚分别连接主GSM-R模块和备GSM-R模块；
所述电平转换芯片N17的2脚和电平转换芯片N21的2脚分别连接多路复用器芯片N15的5脚和6脚，电平转换芯片N17的5脚和电平转换芯片N21的5脚分别连接主GSM-R模块和备GSM-R模块，电平转换芯片N17的1脚、3脚和电平转换芯片N21的1脚、3脚分别连接信号地，电平转换芯片N17的4脚和电平转换芯片N21的4脚分别连接主GSM-R模块和备GSM-R模块；
所述多路复用器芯片N15的16脚和8脚并联电容C55，多路复用器芯片N15的16脚接电源5V，多路复用器芯片N15的8脚接信号地。
4.根据权利要求2所述的一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法，其特征在于：
所述主通信接口切换电路，包括型号均为TMUX1574DYYR的多路复用器芯片N11、多路复用器芯片N20和型号均为74LVC07A的电平转换芯片N12、电平转换芯片N13、电平转换芯片N18和电平转换芯片N19；
所述多路复用器芯片N11的2脚、5脚、11脚和14脚分别连接电平转换芯片N13的8脚、6脚、2脚和4脚，所述多路复用器芯片N20的2脚、5脚、11脚和14脚分别连接电平转换芯片N18的3脚、电平转换芯片N13的10脚、电平转换芯片N18的5脚和1脚，多路复用器芯片N11的3脚、6脚和10脚分别连接电平转换芯片N12的8脚、6脚和2脚，所述多路复用器芯片N20的3脚、6脚、10脚和13脚分别连接电平转换芯片N19的3脚、电平转换芯片N12的10脚、电平转换芯片N19的5脚和1脚，所述电平转换芯片N13的1脚、3脚、5脚、9脚、11脚、电平转换芯片N18的2脚、4脚、6脚分别连接主GSM-R模块，所述电平转换芯片N12的1脚、5脚、9脚和11脚、电平转换芯片N19的2脚、4脚、6脚分别连接备GSM-R模块；
多路复用器芯片N11的1脚和多路复用器芯片N20的1脚分别连接微控制器电路，多路复用器芯片N11的4脚、7脚、9脚、12脚和多路复用器芯片N20的4脚、7脚、9脚、12脚连接至外部接口。
5.根据权利要求2至4任一项所述的一种具有冗余切换功能的GSM-R数据单元的实现方法，其特征在于：所述微控制器电路包括型号均为LPC4337的微控制器芯片N2A和微控制器芯片N2B、型号为SP809的电压监控芯片N4、型号为PRTR5V0U4D的防静电保护芯片N6和型号为LM3526-H的USB供电芯片N10；
所述微控制器芯片N2B的66脚、65脚和63脚分别连接GSM-R数据功能故障检测电路的多路复用器芯片N15的1脚、4脚和7脚，微控制器芯片N2B的64脚分别连接主通信接口切换电路的多路复用器芯片N11的1脚和多路复用器芯片N20的1脚；
所述电压监控芯片N4的2脚通过二极管单向隔离后连接微控制器芯片N2A的128脚，所述防静电保护芯片N6的1脚和3脚分别连接微控制器芯片N2A的18脚和20脚，所述防静电保护芯片N6的5脚经过电阻R41分别连接微控制器芯片N2A的21脚，防静电保护芯片N6的5脚分别连接滤波电容C41和接口插座XS3的1脚，所述USB供电芯片N10的1脚和2脚分别连接微控制器芯片N2B的50脚和35脚，USB供电芯片N10的8脚连接接口插座XS3的1脚。
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