CN202502402U - 基于实时以太网的车载数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于实时以太网的车载数据采集装置，包括中央处理板、数据采集板、电源板，中央处理板包括板极电源、处理器、连接器、CPLD、FPGA芯片、以太网控制芯片、以太网接口、RS232接口，CPLD与处理器双向连接，FPGA通过缓冲器与CPLD双向连接，以太网控制芯片通过变压器与以太网接口双向连接，RS232接口与处理器双向连接，本实用新型通讯速度较快，通讯周期可达到10ms以内；能够直接接入以太网网络中，不需要增加额外的硬件设备，直线实现从-从通讯，且实时性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及机车车辆通信网络,特别是一种基于实时以太网的车载数据采集装置。
背景技术
目前，我国机车车辆通信网络主要采用TCN标准，车辆总线采用MVB，总线速度为1.5MBit/s，TCN协议具有非常良好的实时性、确定性，但是其带宽限制了其进一步的应用，数据的单点高速上载和下载、流媒体的传输、故障信息的传输、列车信息化等都要求网络在具有确定性和实时性的同时，要具有更高的带宽。以太网作为更高带宽的网络，所以后续以太网作为机车车辆通信网络是一种发展趋势，目前已经有采用以太网作为机车通信网络的成熟产品，作为机车控制中关键的数据采集装置能够方便的接入机车以太网通信网络中，开发出具有实时以太网协议接口的数据采集装置迫在眉睫。
目前采用MVB/RS485/CAN总线的车载数据采集设备采用模块式的结构居多，其结构见图1，基本上都是CPU板加接口板的形式，板与板之间只是采用连接器进行电气连接，不是采用总线连接，可扩展性不高；通信速度不够快，实时性较差，由于RS485总线和CAN总线在速度上不能保证很好的实时性，同时在网关上转发还有一定的延时，这样很难从根本上保证其实时性，特别是对于实行性很高的关键信号实时性很难保证，并且此种结构不能直接实现从-从通讯，必须通过主站中转。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于实时以太网的车载数据采集装置，提高数据采集装置的通信速度，满足机车控制的实时性要求，实现从-从直接通讯。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于实时以太网的车载数据采集装置，包括中央处理板、数据采集板、电源板，中央处理板包括板极电源、处理器、连接器，板极电源为处理器提供电源，中央处理板上的连接器通过总线与数据采集板上的连接器连接，电源板与中央处理板、数据采集板连接；所述中央处理板还包括CPLD、FPGA芯片、以太网控制芯片、以太网接口、RS232接口，CPLD与处理器双向连接，FPGA通过缓冲器与CPLD双向连接，以太网控制芯片通过变压器与以太网接口双向连接，RS232接口与处理器双向连接。
数据采集板可以为一块或者多块，可以视实际情况选择其数量。
本实用新型通讯速度较快，通讯周期可达到10mS以内；能够直接接入以太网网络中，不需要增加额外的硬件设备，直线实现从-从通讯，且实时性高。
附图说明
图1为现有的车载数据采集设备结构框图；
图2为本实用新型一实施例结构框图；
图3为本实用新型一实施例中央处理板结构框图；
图4为本实用新型一实施例板极电源电路原理图；
图5为本实用新型一实施例处理器配置电路原理图；
图6为本实用新型一实施例CPLD的JTAG下载电路原理图；
图7为本实用新型一实施例数据采集板结构示意图。
具体实施方式
如图2和图3所示，本实用新型一实施例包括一块中央处理板、四块数据采集板和一块电源板，中央处理板包括板极电源、处理器、连接器、CPLD、FPGA芯片、以太网控制芯片、以太网接口、RS232接口，CPLD与处理器双向连接，FPGA通过缓冲器与CPLD双向连接，以太网控制芯片通过变压器与以太网接口双向连接，RS232接口与处理器双向连接，板极电源为处理器提供电源，中央处理板上的连接器通过总线与数据采集板上的连接器连接，电源板与中央处理板、数据采集板连接。
板极电源电路原理图见图4，3V电源VDD33采用LM2853实现，其最大输出电流为３Ａ，正常使用效率大于90%,本单板实际采用的型号是LM2853MH-3.3。LM2853可以通过配置不同的缓启动电容来调整输出启动时间（即从０到最终电平经历的延时），这为一些对上电时序有特殊要求的器件的电源设计提供了方便。图中的VDDR为MCU内部LDO的输入管脚，输入电压范围为3.13-5.5V,这里接单板3.3V电源VDD33；VDD为MC9S12XEP100CAG的内核电源，可由芯片外部提供也可由芯片内部电源模块的LDO提供，本实施例是由芯片内部的LDO提供，工作的电压典型值为1.84V，VDD外部接220nF的X7R陶瓷电容提高电源的稳定性；VDDPLL（典型值为2.82V）和VDDF（典型值为1.84V）分别为MCU的锁相环电源和内部FLASH模块电源，他们和VDD一样即可由芯片外部提供也可由芯片内部电源模块的LDO，这里都是由芯片内部的LDO提供，外部接的220nF电容也是为提高内部电源的稳定性； VDDA1为芯片模拟输入的电源，采用5V供电，为提高电源的精度同时减小模拟电源对VCC的干扰在VCC和VDDA1之间使用了一个小的π型滤波电路，其中10uH电感的通流量为0.2A。另外模拟输入的参考电平VRH通过一个磁珠接VDDA1，VRL通过0欧姆电阻接地；VDDX1-VDDX4为MCU的IO电源，这里接VDD33(由芯片外部的板级电源LM2853提供)并且在每个电源管脚接一个0.1uF和一个1nF的去藕电容，另外为提高MCU的ESD防护性能，在VDDA1和VDDX之间加了二极管D10，保证在上电/下电期间VDDX的电压在任何时候都不会比VDDA1高出超过D6的正向导通电压。对于单板上的模拟地和数字信号地采用共地的模式，统一接信号地。
处理器（CPU）采用FreeScale公司的MC9S12XEP100CAG，CPU的片上外设资源包括8个SCI通信接口、4个CAN2.0通信接口、2个I2C接口、24路模拟输入、1Mflash、64K SRAM等等。在本单板的应用中除了片上FLASH和SRAM，其它主要使用到1个SCI接口，用于RS232通信。为保证CPU在上电复位后能工作在需要的模式下，所以设置如图5所示配置电路。
CPLD采用ALTERA的EPM1270T144I5N，其JTAG下载电路见图6。
实时以太网的控制芯片(MAC+PHY)采用KSZ8842-16MVL.该芯片支持6/16位的处理器接口,内部集成了两路以太网控制MAC和10/100BASE-T/TX PHY接口。
变压器采用PULSE的HX1188NLT，该变压器为10/100BASE-T的单端口表面贴型器件，其共模隔离电压达1500V，发送和接收端的变压器比为1：1，100KHZ-100MHZ频率下工作时插入损耗为-1.0。
连接器采用pheonix公司的工业级的4芯M12插座，其额定电压为250V，40℃时的额定电流为4A，绝缘电阻大于100M。
数据采集板结构示意图见图7，采集板上包括数据采集调理通道，背板总线接口，CPLD电路，CPLD主要实现总线信号的译解码和数据的采集和输出，同时需要实现总线的访问的冲突控制，背板总线接口主要实现AMS总线从的物理通道，板选地址主要是确定板所在槽位的硬线地址，CPLD逻辑进行译码判断。
电源板采用模块电源，其输出5V，±15V, ±24V,其中电源板上的+5V，+15V具有冗余功能，这样提高装置的电源可靠性，电源可靠性高是对整个系统的可靠性的有力保证。
所述FPGA为EP3C40F484芯片；为所述处理器设置了配置电路，配置电路采用74LVC244APW芯片；所述数据采集板包括CPLD、数模转换芯片，CPLD与数模转换芯片双向连接。
Claims (10)
1.一种基于实时以太网的车载数据采集装置，包括中央处理板、数据采集板、电源板，中央处理板包括板极电源、处理器、连接器，板极电源为处理器提供电源，其特征在于，中央处理板上的连接器通过总线与数据采集板上的连接器连接，电源板与中央处理板、数据采集板连接；所述中央处理板还包括CPLD、FPGA芯片、以太网控制芯片、以太网接口、RS232接口，CPLD与处理器双向连接，FPGA通过缓冲器与CPLD双向连接，以太网控制芯片通过变压器与以太网接口双向连接，RS232接口与处理器双向连接。
2.根据权利要求1所述的基于实时以太网的车载数据采集装置，其特征在于，所述板极电源采用LM2853芯片。
3.根据权利要求1所述的基于实时以太网的车载数据采集装置，其特征在于，所述处理器采用MC9S12XEP100芯片。
4.根据权利要求1所述的基于实时以太网的车载数据采集装置，其特征在于，所述FPGA为EP3C40F484芯片。
5.根据权利要求1所述的基于实时以太网的车载数据采集装置，其特征在于，所述以太网控制芯片为KSZ8842芯片。
6.根据权利要求1所述的基于实时以太网的车载数据采集装置，其特征在于，为所述处理器设置了配置电路，配置电路采用74LVC244APW芯片。
7.根据权利要求1所述的基于实时以太网的车载数据采集装置，其特征在于，所述数据采集板包括CPLD、数模转换芯片，CPLD与数模转换芯片双向连接。
8.根据权利要求1或7所述的基于实时以太网的车载数据采集装置，其特征在于，所述CPLD为EPM1270芯片。
9.根据权利要求1所述的基于实时以太网的车载数据采集装置，其特征在于，所述数据采集板数量为一块以上。
10.根据权利要求1所述的基于实时以太网的车载数据采集装置，其特征在于，所述变压器为HX1188NLT变压器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012201246594U CN202502402U (zh) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | 基于实时以太网的车载数据采集装置 |
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| CN2012201246594U CN202502402U (zh) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | 基于实时以太网的车载数据采集装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN202502402U true CN202502402U (zh) | 2012-10-24 |
Family
ID=47039012
Family Applications (1)
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| CN2012201246594U Expired - Lifetime CN202502402U (zh) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | 基于实时以太网的车载数据采集装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN202502402U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104038445A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-09-10 | 广西大学 | 一种基于以太网的列车通信网络交换装置及系统 |
| CN108540364A (zh) * | 2018-03-17 | 2018-09-14 | 王健 | 一种基于cpld技术的mvb总线数据解码及收集方法 |
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2012
- 2012-03-29 CN CN2012201246594U patent/CN202502402U/zh not_active Expired - Lifetime
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