CN208953922U - 一种列车设备舱安全状态处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种列车设备舱安全状态处理装置，其创新点在于：包括数据处理模块和通讯模块，所述数据处理模块包括电源和CPU模块，所述通讯模块包括D013接口模块、第一RS485接口电路和第二RS485接口电路，所述电源与CPU模块和D013接口模块电连接，所述D013接口模块、第一RS485接口电路和第二RS485接口电路分别与CPU模块相应的连接端通信连接。本实用新型能够分析、处理和判断采集到的列车设备舱关键紧固件状态及其所受外界撞击产生振动。

Description

一种列车设备舱安全状态处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种安全状态处理装置，具体涉及一种列车设备舱安全状态处理装置。

背景技术

在列车运行状态下，运行环境恶劣。由于列车的运行速度快，且运行过程中会产生振动和噪声，因此设备舱关键紧固件容易松动/脱落、使得设备舱容易受到来自外界不同物体的撞击或损伤，直接影响列车的行驶安全状态。这些结构性的松动/脱落/损伤必须及时发现并进行修理，以保证列车始终处于良好的使用状态，因此，设备舱的安全问题十分重要。为了确保设备舱的安全性，急需设计一套能够分析、处理和判断采集到的列车设备舱关键紧固件状态以及设备舱受到外界撞击所产生的振动的列车设备舱安全状态处理装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种能够分析、处理和判断采集到的列车设备舱关键紧固件状态及其所受外界撞击产生振动的列车设备舱安全状态处理装置。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种列车设备舱安全状态处理装置，其创新点在于：包括数据处理模块和通讯模块，所述数据处理模块包括电源和CPU模块，所述通讯模块包括D013接口模块、第一RS485接口电路和第二RS485接口电路，所述电源与CPU模块和D013接口模块电连接，所述D013接口模块、第一RS485接口电路和第二RS485接口电路分别与CPU模块相应的连接端通信连接。

在上述技术方案中，还包括终端设备，所述第二RS485接口电路通过无线传输设备和云端服务器与终端设备通信连接。

在上述技术方案中，所述数据处理模块还包括MVB控制器复位电路，所述电源为MVB控制器复位电路供电，且MVB控制器复位电路与CPU模块相应的连接端电连接。

在上述技术方案中，所述数据处理模块还包括扩展只读存储器电路，所述扩展只读存储器电路与CPU模块相应的连接端电连接。

在上述技术方案中，所述电源包括电源保护电路、一级滤波电路、DC-DC模块、低频滤波电路、高频滤波电路和耦合电路，所述电源保护电路的输入端为直流24V电压连接端子，电源保护电路的输出端与一级滤波电路的输入端电连接，一级滤波电路的输出端与DC-DC模块的输入端电连接，DC-DC模块的输出端与低频滤波电路的输入端电连接，高频滤波电路的输入端与低频滤波电路的输出端电连接，高频滤波电路的输出端与耦合电路电连接，所述高频滤波电路的输出端为直流3.3V电压输出连接端子。

在上述技术方案中，所述D013接口模块包括MVB控制器组件和MVB物理接口电路，所述CPU模块与MVB控制器组件的输入端电连接，MVB物理接口电路与MVB控制器组件的输出端电连接，所述MVB物理接口电路的输出端为MVB总线连接端子。

本实用新型所具有的积极效果是：采用本实用新型的列车设备舱安全状态处理装置后，由于本实用新型包括数据处理模块和通讯模块，所述数据处理模块包括电源和CPU模块，所述通讯模块包括D013接口模块、第一RS485接口电路和第二RS485接口电路，所述电源与CPU模块和D013接口模块电连接，所述D013接口模块、第一RS485接口电路和第二RS485接口电路分别与CPU模块相应的连接端通信连接，所述第一RS485接口电路与列车对应的网络节点通信连接，使用时，若设备舱的紧固件发生松动或脱落以及设备舱裙板和底部遭受异物撞击，则将紧固件状态感知的电信号和设备舱遭受异物撞击的所产生的振动信号送至CPU模块进行分析、处理和判断，并将处理后的电信号通过第一RS485接口电路送至列车的网络节点，由网络节点获取信息并进行反馈，本实用新型不仅结构简单，而且能够分析、处理和判断采集到的设备舱紧固件状态信号及其遭受异物撞击产生的振动信号，实时监控设备舱的行驶安全。

附图说明

图1是本实用新型的一种具体实施方式的系统结构示意图；

图2是图1中CPU模块的电路原理图；

图3是图1中扩展只读存储器电路原理图；

图4是图1中电源的电路原理图；

图5是图1中两组RS485接口电路的原理图；

图6是图1中D013接口模块的电路原理图；

图7是图1中MVB控制器复位电路。

具体实施方式

以下结合附图以及给出的实施例，对本实用新型作进一步的说明，但并不局限于此。

如图1、2、3、4、5、6、7所示，一种列车设备舱安全状态处理装置，包括数据处理模块和通讯模块，所述数据处理模块包括电源1和CPU模块2，所述通讯模块包括D013接口模块3、第一RS485接口电路4和第二RS485接口电路5，所述电源1与CPU模块2和D013接口模块3电连接，所述D013接口模块3、第一RS485接口电路4和第二RS485接口电路5分别与CPU模块2相应的连接端通信连接。

如图1所示，还包括终端设备6，所述第二RS485接口电路5通过无线传输设备和云端服务器与终端设备6通信连接。将采集的紧固件松动/脱落信号和异物撞击信号通过第二RS485接口电路5通过无线传输设备F-BOX发送到云端，然后再通过Internet传输到控制中心或通过4G网发送到手机，无需复杂配置，应用简单方便，实现多台远程设备的连接管理、数据采集、存储和传送等功能。所述终端设备6可以是电脑，或者是手机。

如图2所示，该模块是CPU模块，选择STC系列的STC8A8K32S4A12单片机作为控制中心的CPU，该单片机的基本性能如下：

工作电压：2.0V-5.5V

Flash程序存储器：32K，可刷新10万次

扩展SRAM存储器：8K

EEPROM：32K，可刷新10万次

12位高速ADC： 15路

内置高精准时钟：24MHZ可调

I/O口数量：59

其中19，21两个引脚与电源1输出的直流3.3V相连，用于对单片机提供3.3V电压；51，52（RXD3/TXD3）两个引脚用于与D013接口模块进行数据通信； 64，3（RXD2/TXD2）两个引脚与第一RS485接口电路4中的U2通信； 27，28（RXD/TXD）两个引脚与F-BOX的第二RS485接口电路5中的U3通信；23，24两个引脚分别连接两个LED灯，用于调试程序显示或报警用；13，14两个引一接外部24MHZ晶振；36引脚/RST与DO13接口模块复位端/RESET相连，用于在程序中复位D013接口模块。35引脚/INT为中断脚与D013接口模块的/INT相连。

如图3所示，所述数据处理模块还包括扩展只读存储器电路8，所述扩展只读存储器电路8与CPU模块2相应的连接端电连接。CPU模块的55，56，57三个引脚用于连接扩展只读存储器U4，所述扩展只读存储器电路8可用来扩展不同CPU模块的其它功能。

如图4所示，所述电源1包括电源保护电路11、一级滤波电路12、DC-DC模块13、低频滤波电路14、高频滤波电路15和耦合电路16，所述电源保护电路11的输入端为直流24V电压连接端子，电源保护电路11的输出端与一级滤波电路12的输入端电连接，一级滤波电路12的输出端与DC-DC模块13的输入端电连接，DC-DC模块13的输出端与低频滤波电路14的输入端电连接，高频滤波电路15的输入端与低频滤波电路14的输出端电连接，高频滤波电路5的输出端与耦合电路16电连接，所述高频滤波电路5的输出端为直流3.3V电压输出连接端子。

所述电源保护电路11的VIN+和VIN-之间输入直流24V电压，经过DC-DC模块13的变换后，输出端输出直流3.3V电压，为整个控制电路板提供3.3V电压。

URB2403YMD-10WR3是DC-DC模块，它是该电路的核心。所述电源保护电路11中的FU1用于过电流保护，二板管D1用于防止24V输入电源接反，以保护DC-DC模块。

电路干扰是电路设计永恒的课题，电源是电路板干扰的主要入口，因此设计电源的抗干扰十分重要。对24V输入电源设计了3重抗干扰，一级滤波电路12中的电容C16可以实现初级滤波，瞬态抑制RV1用于抑制高频高压干扰脉冲，由电感L1、C14、C15成的ㄇ型滤波器，抑制剩余干扰，所述低频滤波电路14中电容C18和C19对3.3V电压实现低频滤波，所述高频滤波电路15中的电容C5和电容C6对低频滤波后的3.3V电压进行高频滤波，所述耦合电路16中的电容C7、C8、C11、C12、C13、C9、C10用于芯片电源与地间的去耦合。

如图5所示，该模块是第一RS485接口电路4和第二RS485接口电路5，其中，U3用作CPU与F-BOX之间的数据通信；U2用于CPU与5个单元组安全状态智能感知系统的数据通信。

MAX3483EESA是RS485接口模块，它使用3.3V电源，具有＋/－15KV人体静电保护功能，传输速率高达2.5Mbps。Z1/Z2是双路30KV静电保护器件，R5、R6、R7及R8、R9、R10是偏压电阻。

如图6所示，所述D013接口模块3包括MVB控制器组件31和MVB物理接口电路32，所述CPU模块2与MVB控制器组件31的输入端电连接，MVB物理接口电路32与MVB控制器组件31的输出端电连接，所述MVB物理接口电路32的输出端为MVB总线连接端子。

该模块用于CPU与MVB总线之间的通信。D013是一个过程数据和消息数据可选的MVB控制器组件，其中物理传输介质可以由使用者选择为ESD或者EMD，其中ESD为用于短距离（传输距离≤20.0 m）传输的单线结构（RS-485）电介质 ；EMD为 用于中距离（传输距离≤200.0m）变压器耦合的传输电介质。随着MVB技术的不断发展，目前ESD已趋向于不再采用，主要以EMD为主，本设计采用EMD传输。目前EMD可以分为“庞巴迪”式和“西门子”式，它们两者有较大的区别，互操作性也有较大的差别。

它有并行，串行和SPI三种接口。MVB控制器和线路收发器经过集成和型式测试，符合TCN标准。

Mode0（X1-26）定义MVB传输介质的类型，本次项目采用的是电气中距离介质EMD，将其置位为“1”。Mode1（X1-27）与Mode2（X1-28）共同定义MVB控制器与单片机系统的数据传输模式，我们采用串行传输方式，故将Mode1置位于“1”，Mode2置位于“0”。

X1-1、X1-2、X1-23、X1-24接地，X1-7、X1-8、X1-17、X1-18接3.3V电源。

RXD（X1-3）与TXD（X1-19）是串行通信接收/发送引脚，它与单片机的P0.0和P0.1相连。

由于将其配置为主接口（SERVER），因此HOLD_TX（X1-4）应设置为“0”， 而HOLD_RX(X1-20)悬空。

BAUDS0[2，1，0]这三个引脚定义波特率，因为产生的波特率固定为9600bps，所以将BAUDS0(X1-5)置位“0”，BAUDS1(X1-6)置位“1”，BAUDS2(X1-9)置位“0”。 由于不使用外部晶振，因此需将外部时钟输入RXTXC(X1-10)置位”0”。

由于采用EMD传输介质，对X2的接口设计中不使用其他介质的接口，简化了电路。在X2的1、2、9、10、17、18是考虑EMI电磁干扰而设计的，这些屏蔽层与地之间接入4.7nF/250VAC的Y型电容器，同时可以降低噪音。

如图6所示，根据国际电工委员会IEC61375-1中对于EMD介质的MVB连接器要求，每个设备应使用两个9针DB-9的连接器接入。两个连接器分别命名为DB9/M和DB9/F。DB9/M中6，7引脚之间接120欧的阻抗匹配电阻，DB9/F中8，9引脚之间也接了120欧姆的阻抗匹配电阻。

如图7所示，所述数据处理模块还包括MVB控制器复位电路7，所述电源1为MVB控制器复位电路7供电，且MVB控制器复位电路7与CPU模块2相应的连接端电连接。

/RESET（X1-21）连接单片机的P3.7，用于复位MVB控制器，安全地停止MVB总线上所有的活动。+3.3V为控制器的直流电源供电输入端，与电路板上的电源模块输出相连。

根据IEC61375-1 《铁路电气设备——列车总线第1 部分：列车通信网络》标准，列车通信网络（TCN）将分成用于连接各节可动态编组的列车级通信网络：绞线式列车总线WTB和用于连接车辆内固定设备的车辆通信网络：多功能车辆总线MVB。TCN由各车厢的网络节点组成，各网络节点之间由WTB连接成一体，各网络节点由MVB将车厢内各种设备连接成一个信息体。车厢内各种设备通过MVB交换信息，该车厢内需上报的信息通过该节点向WTB发送信息。本实用新型用于监测设备舱的安全状态。

本实用新型所述第一RS485接口电路与列车对应的网络节点通信连接，使用时，若设备舱的紧固件发生松动或脱落以及设备舱裙板和底部遭受异物撞击，则将紧固件状态感知的电信号和设备舱遭受异物撞击的所产生的振动信号送至CPU模块进行分析、处理和判断，并将处理后的电信号通过第一RS485接口电路送至列车的网络节点，由网络节点获取信息并进行反馈，本实用新型不仅结构简单，而且能够分析、处理和判断采集到的设备舱紧固件状态信号及其遭受异物撞击产生的振动信号，实时监控设备舱的行驶安全。

本实用新型远程信息传输方案具有以下特点：

1、通过电脑PC客户端、手机APP和网页实现远程数据监控，对异常数据实时显示。

2、可通过移动端APP发送异常信息，也可配置短信发送或微信发送。

3、支持历史数据记录，采集和记录登记的监控点的数据，并支持列表曲线的数据展示和常用的统计分析，方便跟踪设备的历史运行状态。并支持断网缓存，网络恢复自动补齐，保证历史数据完整不丢失。

4、远程查看设备的运行参数、状态等，可随时查看设备运行情况。

由此可知，设备舱故障状态信息通过无线智能传输设备发送到云端数据中心，生产厂、铁路局等授权单位可通过电脑PC客户端、手机APP和网页实现远程数据监视，对异常信号进行记录和实时显示，同时可通过短信和微信方式发送到维修人员手机，告知异常状态和待维修部位，及时有效地维持设备舱的安全状态，保障铁路运输的安全。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种列车设备舱安全状态处理装置，其特征在于：包括数据处理模块和通讯模块，所述数据处理模块包括电源(1)和CPU模块(2)，所述通讯模块包括D013接口模块(3)、第一RS485接口电路(4)和第二RS485接口电路(5)，所述电源(1)与CPU模块(2)和D013接口模块(3)电连接，所述D013接口模块(3)、第一RS485接口电路(4)和第二RS485接口电路(5)分别与CPU模块(2)相应的连接端通信连接；还包括终端设备(6)，所述第二RS485接口电路(5)通过无线传输设备和云端服务器与终端设备(6)通信连接。

2.根据权利要求1所述的列车设备舱安全状态处理装置，其特征在于：所述数据处理模块还包括MVB控制器复位电路(7)，所述电源(1)为MVB控制器复位电路(7)供电，且MVB控制器复位电路(7)与CPU模块(2)相应的连接端电连接。

3.根据权利要求1所述的列车设备舱安全状态处理装置，其特征在于：所述数据处理模块还包括扩展只读存储器电路(8)，所述扩展只读存储器电路(8)与CPU模块(2)相应的连接端电连接。

4.根据权利要求1所述的列车设备舱安全状态处理装置，其特征在于：所述电源(1)包括电源保护电路(11)、一级滤波电路(12)、DC-DC模块(13)、低频滤波电路(14)、高频滤波电路(15)和耦合电路(16)，所述电源保护电路(11)的输入端为直流24V电压连接端子，电源保护电路(11)的输出端与一级滤波电路(12)的输入端电连接，一级滤波电路(12)的输出端与DC-DC模块(13)的输入端电连接，DC-DC模块(13)的输出端与低频滤波电路(14)的输入端电连接，高频滤波电路(15)的输入端与低频滤波电路(14)的输出端电连接，高频滤波电路(15)的输出端与耦合电路(16)电连接，所述高频滤波电路(15)的输出端为直流3.3V电压输出连接端子。

5.根据权利要求1所述的列车设备舱安全状态处理装置，其特征在于：所述D013接口模块(3)包括MVB控制器组件(31)和MVB物理接口电路(32)，所述CPU模块(2)与MVB控制器组件(31)的输入端电连接，MVB物理接口电路(32)与MVB控制器组件(31)的输出端电连接，所述MVB物理接口电路(32)的输出端为MVB总线连接端子。