一种双主控机车通信设备的制作方法

本实用新型涉及铁路通信领域，尤其是涉及一种双主控机车通信设备。

背景技术：

由于铁路发展的需要，全路装备的机车通信设备已超过27000台，机车通信设备的运用时间也已超过10年，在铁路的日常运输指挥中发挥了重要作用。

在机车通信设备的运用过程中，一旦机车通信设备主控单元出现故障，整个机车通信设备就不能正常工作。在列车运行过程中，无法排除故障，从而降低了列车运行效率，造成列车晚点事故。目前的主备切换技术，硬件需要CPLD逻辑芯片和其他辅助的电路，增加成本。控制信号的方法相对比较复杂，一般需要，心跳信号，复位信号，主备的状态信号，CPLD通信总线，数据同步等信号线；导致主备切换控制比较复杂。

专利CN101272514A提供了一种铁路通信中的热插拔冗余通信装置，通过设置两个电源模块、两个控制器以及两个铁路通信系统模块来实现冗余备份，从而在一方发生故障时进行切换操作，这种方式虽然能保证通信的稳定性，但是需要布置过多的硬件装置，在故障不大时造成了极大的资源浪费。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述问题提供一种双主控机车通信设备。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双主控机车通信设备，用于与铁路相关设备进行通信，包括总线板和设置于总线板上的控制模块和通信功能模块，所述控制模块包括结构相同的第一主控单元和第二主控单元，所述第一主控单元和第二主控单元均与通信功能模块通过CAN总线连接。

所述第一主控单元和第二主控单元均包括相互连接的MCU控制器和存储芯片，所述MCU控制器与通信功能模块连接。

所述MCU控制器包括STM32控制器。

所述存储芯片包括FLASH芯片。

所述通信功能模块包括均通过CAN总线与控制模块连接的GSM-R语音通讯器、GSM-R数据记录仪、GPS定位器、记录仪、通讯接口、机车电台、列车报警器和人机交互终端。

所述设备还包括外接电源，所述外接电源与总线板连接。

所述外接电源的电压为13.8V。

所述控制模块还包括手动控制开关，所述手动控制开关分别与第一主控单元和第二主控单元连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)通过第二主控单元对第一主控单元通讯状态的监控，可以在第一主控单元发生故障时进行及时的自动化切换，同时在第一主控单元恢复正常后可以及时将控制权交还给第一主控单元，切换自动化程度高且反馈及时，同时也无需其他硬件设备进行冗余备份，大大节省了成本。

(2)第一主控单元和第二主控单元均通过CAN总线与通信功能模块连接，与其他连接方式相比，这种连接方式简单且传输速度快，同时大大节省了成本。

(3)第一主控单元包括相互连接的MCU控制器和存储芯片，通过存储芯片对第一主控单元发生的故障进行实时记录，便于工作人员进行调查和维修。

(4)存储芯片采用FLASH芯片，便于存储且可以反复使用，节省成本。

(5)通信功能模块之间的各个单元均通过CAN总线连接，统一性强，便于通信和供电，同时通信功能模块还设有人机交互终端，增强了操作的简便性。

(6)该双主控机车通信设备通过外接电源与总线板连接供电，接线简单且节省成本，避免了各个单元单独供电而造成的混乱接线。

(7)控制模块还包括手动控制开关，用于在通信设备出现故障时工作人员可以及时对设备进行急停。

附图说明

图1为双主控机车通信设备的结构示意图；

图2为用于机车通信设备的主控单元切换方法的流程图；

其中，1为第一主控单元，2为第二主控单元，3为GSM-R语音通讯器，4为GSM-R数据记录仪，5为GPS定位器，6为记录仪，7为通讯接口，8为机车电台，9为列车报警器，10为人机交互终端，11为外接电源，12为总线板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提出了一种双主控机车通信设备，用于与铁路相关设备进行通信，包括总线板12和设置于总线板12上的控制模块和通信功能模块，控制模块包括结构相同的第一主控单元1和第二主控单元2，第一主控单元1和第二主控单元2均与通信功能模块通过CAN总线连接。第一主控单元1包括相互连接的MCU控制器和存储芯片，MCU控制器与通信功能模块连接，用于执行控制功能，存储芯片用于记录MCU控制器发生的故障。通信功能模块包括均通过CAN总线与控制模块连接的GSM-R语音通讯器3、GSM-R数据记录仪4、GPS定位器5、记录仪6、通讯接口7、机车电台8、列车报警器9和人机交互终端10。该设备还包括外接电源11，外接电源11与总线板12连接，为控制模块和通信功能模块供电。控制模块还包括手动控制开关，分别与第一主控单元和第二主控单元连接。

如图2所示，基于上述设备提出了一种用于机车通信设备的主控单元切换方法，包括下列步骤：

s1)第一主控单元1执行控制功能并向机车通信设备的全部功能单元进行通讯状态问讯；

s2)第二主控单元2进入上电等待状态，并判断第一主控单元1是否与全部功能单元均正常通讯，若是则返回步骤s1)，若否则进入步骤s3)：

s21)第二主控单元2进入上电等待状态；

s22)功能单元判断是否在第一规定时间(5s～10s)内收到第一主控单元1的通讯状态问讯，若是则表明第一主控单元1与该功能单元正常通讯，若否则向第二主控单元2发送上位请求信号；

s23)第二主控单元2判断是否收到上位请求信号以及该上位请求信号是否有效，若是则进入步骤s3)，若否则返回步骤s1)；

s3)第一主控单元1进入上电等待状态，第二主控单元2执行控制功能并判断第一主控单元1是否恢复正常，若是则向全部功能单元发送恢复请求，若否则返回步骤s3)：

s31)第一主控单元1进入上电等待状态，第二主控单元2执行控制功能；

s32)第二主控单元2每隔第二规定时间(15s～20s)向第一主控单元1发送恢复状态问讯信号，判断是否收到反馈信号，若是则进入步骤33)，若否则返回步骤s31)；

s33)第二主控单元2判断收到的反馈信号是否达到规定次数(5～10次)，若是则向第一主控单元1发送让位请求，若否则返回步骤s32)；

s34)第二主控单元2判断是否收到第一主控单元1的让位请求应答，若是则向全部功能单位发送恢复请求并进入步骤4)，若否则返回步骤s33)；

s4)第二主控单元2判断是否收到全部功能单元的请求应答信号，若是则第一主控单元1恢复控制功能，第二主控单元2进入上电等待状态，若否则返回步骤s4)。

本实施例中最终选用了带CAN的STM32系列的芯片作为主控单元的MCU控制器，同时选用了SST25VF016B型号的FLASH芯片作为存储芯片来保存故障记录，该设备进行主控切换的具体过程如下：

第一主控单元1默认为主控，与各个单元进行通信，第一主控单元1为备份。以下“主控”表示第一主控单元1，“备份”表示第二主控单元2；因为热切换比冷切换时间短，所以第一主控单元1和第二主控单元2在主机上电后，都处于通电正常工作状态；

“主控”每隔1s向各个单元(包括备份单元)问讯版本号，作为“心跳”信号，各个单元回复版本号应答，“主控”收到应答，视为有效，否则认为和该单元通信故障；故障保存于板载FLASH，上报人机交互终端10，如果关机重新上电，“主控”优先上报给人机交互终端10，以便维护人员及时处理故障；

各个功能单元和“主控”设置5s限时“握手”应答机制；如果5s内某个功能单元没有应答，“主控”则认为“握手”失败，被视为和该功能单元通信故障；故障将被保存于“主控”板载FLASH，上报人机交互终端10，如果关机重新上电，“主控”优先上报给人机交互终端10，以便维护人员及时处理故障；

其他功能单元一旦5s内没有收到过一次的“主控”问讯版本号“心跳”信号，其他功能单元向“备份”发送“上位拥戴”信号；“备份”则判别，确认没有收到“主控”的“心跳”信号超过5s，“备份”正式接手主控功能；

“备份”“上位”后，接手主控功能，并首先向人机交互终端10发送“备份”“上位”信息，并保存于FLASH，如果关机重新上电，“备份”首先向人机交互终端10发送第二主控单元2“上位”信息，让维护人员及时处理第一主控单元1的故障；

“备份”“上位”后，同样向各个单元发送(包括第一主控单元1)问讯版本号，作为“心跳”信号，各个单元回复版本号应答，“备份”收到应答，视为有效，否则认为和该单元通信故障；

如果“备份”“上位”后，问讯主控单元1的版本号，能15s内每次问讯，都能及时收到主控单元1应答，则向主控单元1发送“让位”命令，主控单元1应该答接受“让位”，“备份”向各单元发送“让位”命令；

如果仍然有功能单元没有向“备份”应答“让位”命令，则“备份”就一直向该功能单元发送“让位”命令，直至该功能单元回复“让位”；否则该单元视为通信故障，保存FLASH，并上报人机交互终端10显示。