数字输出板卡、远程输入输出模块及列车控制系统的制作方法

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数字输出板卡、远程输入输出模块及列车控制系统。

背景技术：

在列车运行过程中，多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，简称MVB)网关，可作为主控设备，将控制信号通过从控设备传输至受控设备，以控制其动作，以实现对列车运行状态的控制。

该从控设备中的远程输入输出模块(Remote Input Output Module，简称RIOM)可包括控制单元和数字输出板卡。其中，控制单元可将控制信号传输至数字输出板卡，由数字输出板卡将控制信号传输至受控设备。具体地，数字输出板卡可通过总线将控制信号传输至总线驱动电路，并经总线驱动电路传输至处理器，处理器对接收到的控制信号进行处理后传输至数字输出电路，控制数字输出电路为受控设备提供工作电源，以控制受控设备执行对应动作。

数字输出板卡作为RIOM的重要组成部分，若只存在一路总线，一旦该一路总线由于外界电磁干扰、本身收发器等原因出现故障，便不能够与控制单元进行通信，从而无法将控制单元下发的控制信号传输至受控设备，使列车运行存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明提供一种数字输出板卡、远程输入输出模块及列车控制系统，以保证列车的运行安全。

本发明提供一种数字输出板卡，包括：多路总线、多个总线驱动电路、处理器和至少一个数字输出电路；其中，控制单元通过每路总线与一个总线驱动电路连接，所述每个总线驱动电路还与所述处理器电连接，所述处理器还与所述数字输出电路连接；所述数字输出电路还与供电电源和受控设备电连接；所述每路总线为控制器局域网CAN总线，每个总线驱动电路为CAN驱动电路；

所述总线驱动电路，用于将接收到的所述控制单元下发的控制信号传输至所述处理器；所述控制信号为所述总线驱动电路连接的总线所接收到的所述控制单元下发的控制信号；

所述处理器，用于对所述控制信号进行处理并将处理得到的电压信号传输至所述数字输出电路；

所述数字输出电路，用于根据所述电压信号控制所述供电电源接通或断开与所述受控设备之间的电连接。

本发明还提供一种远程输入输出模块RIOM，包括：控制单元和数字输出板卡；所述控制单元与所述数字输出板卡连接；所述数字输出板卡为上述任一所述的数字输出板卡。

本发明还提供一种列车控制系统，包括：多功能车辆总线MVB网关、RIOM和受控设备；所述MVB网关与所述RIOM连接，所述RIOM与所述受控设备连接；所述RIOM为如上所述的RIOM；

所述MVB网关，用于将控制信号传输至所述RIOM的控制单元；

所述RIOM的控制单元，用于将所述控制单元接收到的控制信号通过所述RIOM的数字输出板卡传输至所述受控设备。

本发明提供的数字输出板卡、远程输入输出模块及列车控制系统，由于数字输出板卡包括多路总线和多个总线驱动电路，当其中一路总线或者该一路总线连接的总线驱动电路存在故障时，主控单元可通过该多路总线中的其他任一总线，以及该其他任一总线连接的总线驱动电路向处理器传输控制信号，因而可保证数字输出板卡的处理器与主控单元间的正常通信，保证列车运行安全。

附图说明

图1为本发明提供的一种数字输出板卡的结构示意图；

图2为本发明提供的一种数字输出板卡的结构示意图；

图3为本发明提供的一种数字输出电路的结构示意图；

图4为本发明提供的一种总线驱动电路的结构示意图；图5为本发明提供的一种处理器的结构示意图；

图6为本发明提供的一种RIOM的结构示意图；

图7为本发明提供的一种列车控制系统的结构示意图。附图标记说明：

101、603：总线；

102：总线驱动电路；

103、207、500：处理器；

104、208：数字输出电路；

201：背板接口；

202：CAN总线A；

203：CAN总线B；

204：电源转换电路；

205：CAN驱动电路A；

206：CAN驱动电路B；

209：前面板接口；

301：光耦合器件1；

302：光电耦合器件2；

303：继电器；

304：常闭触点；

305：常开触点；

306：公共端；

401：总线驱动芯片；

402：共模电感芯片；

403：指示电路；

501：第一总线输入接口：

502：第一总线输出接口：

503：第二总线输入接口：

504：第二总线输出接口：

505：外设控制接口：

506：反馈接口；

601：数字输出板卡；

602：控制单元；

701：MVB网关；

702：RIOM；

703：受控设备。

具体实施方式

本发明提供的数字输出板卡、远程输入输出模块及列车控制系统可应用于列车系统中，由于该数字输出板卡具有多路总线，当预设主总线发生故障时，可通过其它总线完成正常的通信，保证列车的运行安全。

如下通过多个实例进行举例说明。

本发明提供一种数字输出板卡。图1为本发明提供的一种数字输出板卡的结构示意图。该数字输出板卡包括：多路总线101、多个总线驱动电路102、处理器103、至少一个数字输出电路104。

其中，控制单元通过多路总线101与多个总线驱动电路102连接，多个总线驱动电路102还与处理器103连接，处理器103还与数字输出电路104连接；数字输出电路104还与供电电源和受控设备电连接；多路总线101的每路总线为控制器局域网(Controller Area Network，简称CAN)总线，所述多个总线驱动电路102的每一个为CAN驱动电路；

具体地，控制单元用于下发控制信号；若每路总线为CAN总线，则每路总线与一个CAN驱动电路连接。

处理器103可以为中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、微处理器(Microprocessor Unit，简称MPU)。处理器103还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

其中，多个总线驱动电路102可以是与处理器103的总线接口连接；处理器103的输出引脚可以与数字输出电路104的输入端连接；数字输出电路104的公共端与供电电源连接；数字输出电路104的输出端与受控设备连接；供电电源为受控设备的工作提供电源。受控设备可以为列车上的指示灯、门、空调等设备。

控制单元可向多路总线101中的任一路总线发送控制信号，通过该任一路总线连接的总线驱动电路将控制信号传输至处理器103，处理器103对控制信号进行处理后，根据处理后的电压信号控制至少一个数字输出电路104，使得数字输出电路104接通或断开与所述受控设备之间的连接，从而控制受控设备执行相应动作。

本发明提供的数字输出板卡，由于包括多路总线和多个总线驱动电路，当其中一路总线或者该一路总线连接的总线驱动电路存在故障时，主控单元可通过该多路总线中的其他任一总线，以及该其他任一总线连接的总线驱动电路向处理器传输控制信号，因而可保证数字输出板卡的处理器与主控单元间的正常通信，保证列车运行安全。

并且，由于该多路总线为CAN总线，因而该数字输出板卡还可保证控制单元与数字输出板卡的处理器间的通信速率，不会造成响应迟滞，保证了列车的安全运行。

可选的，接收该控制信号的总线为所述多路总线中的预设主总线。

可选的，若该多路总线中的预设主总线出现故障，接收该控制信号的总线为该多路总线中该预设主总线之外的任一总线。

通常情况下，控制单元可通过该预设主总线以及该预设主总线连接的总线驱动电路向处理器传输控制信号。当该预设主总线存在故障，控制单元可通过该预设主总线之外的任一总线以及该任一总线连接的总线驱动电路向处理器传输控制信号，从而保证处理器与控制单元间的控制信号的正常传输，保证行车安全。

本发明还可提供一种数字输出板卡。该数字输出板卡可通过具体的实例对上述图1所示的数字输出板卡进行说明。图2为本发明提供的另一种数字输出板卡的示意图。该数字输出板卡包括：背板接口201、CAN总线A 202、CAN总线B 203、电源转换电路204、CAN驱动电路A 205和CAN驱动电路B 206、处理器207、多个数字输出电路208以及前面板接口209。

背板接口接收控制单元的信号，通过总线CAN总线A 202与CAN驱动电路A 205连接，CAN总线B 203与CAN驱动电路B 206相连，并且可通过电源总线向电源转换电路204提供工作电压，如5V电压。处理器207与多个数字输出电路208和CAN驱动电路A 205、CAN驱动电路B 206相连。多个数字输出电路208通过前面板接口向受控设备提供输出控制信号，同时公共端210通过数字输出电路208向受控设备提供工作电源。

其中，处理器105采用ARM Cortex处理器STM32F407VG，ARM Cortex系列是第一代的，一个为广泛的技术需求提供标准架构的处理器。与其他的ARM处理器不同，Cortex系列是一个完整的处理器核心，一个标准的CPU和系统架构。它有着高性能、低成本、低功耗的特点。

电源转换电路204将5V电压转换为3.3V，向CAN驱动电路A 205、CAN驱动电路B 206以及处理器207供电。CAN驱动电路A 205、CAN驱动电路B 206将CAN总线上的数据经过处理，传输给处理器207进行处理和计算。处理器207将CAN总线上的控制信号转换为多路控制信号，输出给多个数字输出电路208。多个数字输出电路208通过前面板接口209与受控设备连接，控制供电电源接通或断开与受控设备之间的电连接，从而控制受控设备执行对应动作。

若CAN总线A 203为预设主总线，通常情况下，控制单元可通过背板接口201向CAN总线A 203发送控制信号，通过该CAN总线A 203连接的CAN驱动电路A 205传输至处理器，处理器207对控制信号进行处理后，根据该处理后的电压信号控制多个数字输出电路208，使得该多个数字输出电路208基于该控制信号控制供电电源接通或断开与受控设备之间的电连接，从而控制受控设备执行对应动作。

若CAN总线A 203出现故障，则使用CAN总线B 204进行主控单元与处理器207之间的通信。

本发明还提供一种数字输出电路的结构示意图。图3为本发明提供的数字输出电路的结构示意图。上述图1和图2中任一所述的数字输出电路可以如图3所示。当然，上述图1和图2中任一所述的数字输出电路还可以为其他结构，图3仅为一种实例，本发明不以此作为限制。

如图3所示，数字输出电路包括：光耦合器件1 301、光电耦合器件2 302、继电器303、常闭触点304、常开触点305、公共端306。光电耦合器1 301接收处理器发送的控制信号。控制信号可以是处理器发送的数字输出(DigitalOutput，简称DO)信号。光电耦合器2 302向处理器发送反馈信号DOFK。

控制信号DO1作为光电耦合器件1 301的一个输入端，光电耦合器件1301与光电耦合器件2 302和继电器303相连，反馈信号DOFK1作为光电耦合器件2 302的输出，常开触点305和常闭触点304与继电器303的输出端相连，公共端306通过常开触点305或常闭触点304供电。常开触点305和常闭触点304用于连接受控设备，公共端306为受控设备提供电源。若控制信号DO1为第一电压时，光电耦合器1 301导通，以使继电器303导电，并触发继电器303的常开触点305与公共端306连接。若控制信号DO1为第二电压时，光电耦合器1 301截止，使继电器303掉电，并触发继电器303的常闭触点304闭合，继电器303的常闭触点304与公共端306连接。光电耦合器2 302为处理器提供反馈信号DOFK1。该数字输出电路通过控制供电电源接通或断开与受控设备之间的电连接，实现对受控设备的控制。

本发明还提供一种总线驱动电路。图4为本发明提供的总线驱动电路的结构示意图。上述图1和图2中任一所述的总线驱动电路可以如图3所示。当然，上述图1和图2中任一所述的总线驱动电路还可以为其他结构，图3仅为一种实例，本发明不以此作为限制。

该总线可以为CAN总线，总线驱动电路405为CAN驱动电路。总线驱动电路可包括：总线驱动芯片401、共模电感芯片402、指示电路403。指示电路403与共模电感芯片402连接，共模电感芯片402与总线驱动芯片401相连。指示电路403可向共模电感芯片402发送高电平信号或低电平信号，该指示电路403也可接收共模电感芯片402发送的高电平信号或低电平信号。

总线驱动芯片401用于接收经共模电感芯片402处理后的信号，并根据共模电感芯片402处理后的信号得到控制信号，并输出至处理器。

总线驱动芯片401还用于接收处理器发送的反馈信号，处理后得到高电平信号和低电平信号，并传输至共模电感芯片402。

该控制信号可以为图4所示的CAN1 RX信号。该反馈信号可以为图4所示的CAN1 TX信号。指示电路403用于去除电路中的浪涌电流。

其中，总线驱动芯片401可以是TJA1050驱动芯片，TJA1050是飞利浦(Philips)公司的高速CAN总线驱动器。当然，该驱动芯片也可以为其他型号的驱动芯片，本发明不以此作为限制。

本发明还提供一种处理器的结构示意图。图5为在本发明提供的一种处理器的结构示意图。上述图1和图2中任一所述的处理器可以如图5所示。当然，上述图1和图2中任一所述的处理器还可以为其他结构，图5仅为一种实例，本发明不以此作为限制。

处理器500包括：第一总线输入接口501、第一总线输出接口502、第二总线输入接口503、第二总线输出接口504、外设控制接口505、反馈接口506。

第一总线输入接口501用于接收总线驱动电路的控制信号CAN1_RX。第二总线输入接口503用于接收总线驱动电路的控制信号CAN2_RX。

反馈接口506接收来自数字输出电路发送的反馈信号，外设控制接口505用于将控制信号传输至数字输出电路。第一总线输出接口502和第二总线输出接口504用于向总线驱动电路发送反馈信号。

处理器可选用ARM Cortex STM32F407VG。第一总线输入接口501可以是处理器的引脚PA11、第一总线输出接口502可以为引脚PA12，第二总线输入接口503可以为引脚PB5，第二总线输出接口504可以为引脚PB6。外设控制接口505可以为处理器的引脚PD0-PD7，反馈接口506可以为引脚PE0-PE7。

本发明还提供一种RIOM。图6为本发明提供的一种RIOM的结构示意图。该RIOM包括控制单元602和数字输出板卡601。所述控制单元602与数字输出板卡601通过多路总线603连接。

数字输出板卡601为上述图1至图2中任一所述的数字输出板卡。

本发明提供的RIOM包括的数字输出板卡，由于包括多路总线和多个总线驱动电路，当其中一路总线或者该一路总线连接的总线驱动电路存在故障时，主控单元可通过该多路总线中的其他任一总线，以及该其他任一总线连接的总线驱动电路向处理器传输控制信号，因而可保证数字输出板卡的处理器与主控单元间的正常通信，保证列车运行安全。

本发明还提供一种列车控制系统。图7为本发明提供的一种列车控制系统的结构示意图。如图7所示，该列车控制系统包括MVB网关701、RIOM 702和受控设备703。MVB网关701与RIOM 702连接，RIOM 702与受控设备703连接；RIOM 702为上述图6的RIOM；

MVB网关701，用于将控制信号传输至RIOM 702的控制单元；

RIOM 702的控制单元，用于将该控制单元接收到的控制信号通过RIOM702的数字输出板卡传输至受控设备703。

可选的，MVB网关701，还用于按照预设的周期向RIOM 702的控制单元发送设备查询命令。

RIOM 702的控制单元，还用于根据所述设备查询命令向MVB网关701上报RIOM 702的数字输出板卡连接的受控设备703的状态数据。

可选的，MVB网关701，还用于根据受控设备703的状态数据确定该控制信号。

本发明提供的列车控制系统中的RIOM包括的数字输出板卡，由于包括多路总线和多个总线驱动电路，当其中一路总线或者该一路总线连接的总线驱动电路存在故障时，主控单元可通过该多路总线中的其他任一总线，以及该其他任一总线连接的总线驱动电路向处理器传输控制信号，因而可保证数字输出板卡的处理器与主控单元间的正常通信，保证列车运行安全。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。