列车通信设备的制作方法

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种列车通信设备。

背景技术：

轻轨、地铁车辆等轨道交通技术当中，列车牵引、列车辅助等设备的控制主板的参数状态、数据传输状态直接影响列车的控制效果，同时也对控制方案实现、故障诊断发现具有重要意义，因此调试人员经常需要利用上位机采集、检测控制主板的运行数据，实时监测控制主板的运行状况。在调试过程中，通信的可靠性、数据传输的速度至关重要。

现有的对列车牵引、辅助等设备的控制主板的数据采集、检测多采用串行通信技术，接口多采用RS232与RS485接口。调试人员通过上位机上的串口调试软件观察控制主板特定参数的瞬时值，以此获知车辆的参数状态、数据传输状态等方面是否正常，并通过串口调试软件对控制主板的参数进行修改从而控制设备的运行状态。

现有的这种采用串行通信的调试技术，在调试过程中，串行接口由于调试环境复杂性，常出现接口损坏的情况，且远距离通信中通信质量无法保证，通信可靠性低；同时，串行通信的传输速率在一定程度上仍然属于较慢，无法满足特定情况的实时监测系统。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种列车通信设备，用以提高通信可靠性和数据传输速度。

本发明提供一种列车通信设备，包括：主控模块和以太网模块，主控模块与以太网模块连接；其中，

主控模块，用于将第一串行数据发送给以太网模块，第一串行数据中携带列车运行数据；

以太网模块，用于将第一串行数据转换为第一以太网数据发送给上位机。

在本发明的一实施例中，以太网模块包括：以太网控制器和以太网接口；以太网控制器连接以太网接口；

以太网控制器，用于将第一串行数据转换为第一以太网数据，并通过以太网接口发送给上位机；

以太网接口，用于连接上位机。

在本发明的一实施例中，主控模块为数字信号处理DSP控制器，DSP控制器通过串行外设接口SPI总线与以太网控制器连接。

在本发明的一实施例中，以太网模块还包括：隔离变压器；以太网控制器通过隔离变压器与以太网接口连接；

隔离变压器，用于隔离以太网控制器。

在本发明的一实施例中，以太网模块还包括：以太网保护电路，隔离变压器通过以太网保护电路与以太网接口连接；

以太网保护电路，用于保护以太网模块。

在本发明的一实施例中，以太网模块还包括：无线路由器，无线路由器连接以太网接口；

无线路由器，用于将从以太网接口获取的以太网数据以无线的方式传输给上位机。

在本发明的一实施例中，以太网控制器，还用于接收上位机发送的第二以太网数据，并将第二以太网数据转换为第二串行数据发送给主控模块，其中，第二以太网数据中携带列车调试命令。

在本发明的一实施例中，主控模块，还用于接收第二串行数据，并根据第二串行数据控制列车的运行状态。

在本发明的一实施例中，主控模块采用精简的嵌入式网络通信协议uIP协议栈。

本实施例提供的列车通信设备，主控模块将获取的携带有列车运行数据的第一串行数据发送给以太网模块；以太网模块接收到主控模块发送的第一串行数据后，将第一串行数据转换为第一以太网数据发送给上位机，实现了主控模块与上位机之间的以太网通信。本实施例中采用以太网通信的列车通信设备，有效的提高了通信可靠性和数据传输速度。

附图说明

图1为本发明提供的列车通信设备实施例一的结构示意图；

图2为本发明提供的列车通信设备实施例二的结构示意图；

图3为本发明提供的列车通信设备实施例三的结构示意图；

图4为本发明提供的列车通信设备实施例四的电路原理图。

附图标记说明：

100-主控模块； 200-以太网模块；

210-以太网控制器； 220-隔离变压器；

230-以太网保护电路； 240-以太网接口；

250-无线路由器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的列车通信设备，旨在解决现有的采用串行通信的调试技术中通信可靠性低和数据传输速率低的技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明提供的列车通信设备实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例中的列车通信设备包括：主控模块100和以太网模块200，主控模块100与以太网模块200连接；其中，主控模块100，用于将第一串行数据发送给以太网模块200，第一串行数据中携带列车运行数据；以太网模块200，用于将第一串行数据转换为第一以太网数据发送给上位机。

具体的，主控模块100可以是数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)控制器或高级RISC机器(Advanced RISC Machines，ARM)控制器等， 具体可以应用于列车牵引、辅助、网络等列车设备的控制主板上，以控制设备的运行。主控模块100可以通过外围电路获取列车运行数据，并将列车运行数据携带在第一串行数据中，通过主控模块100与以太网模块200之间的串行总线传输给以太网模块200。其中，列车运行数据包括列车运行信息和列车故障信息等，上位机根据这些列车运行数据可以获知列车的运行状态是否正常，并据此对列车进行调试。

以太网模块200接收到主控模块100发送的第一串行数据后，可以将第一串行数据转换为以太网数据(即第一以太网数据)，通过以太网发送给上位机，以实现主控模块100与上位机之间的以太网通信。

现有技术中，列车调试采用串行通信，由于调试环境比较复杂，容易出现接口损坏的情况，且传输距离短，远距离通信中通信质量无法保证，其通信可靠性比较低；而本实施例中的列车通信设备，主控模块将携带有列车运行数据的第一串行数据先发送给以太网模块，以太网模块接收到主控模块发送的第一串行数据后，将第一串行数据转换为第一以太网数据再发送给上位机，实现了主控模块与上位机之间的以太网通信，相比串行接口，以太网接口稳定，不易损坏，且传输距离远，稳定性强，能够保证远距离通信的通信质量，设备的通信可靠性较高。此外，串行通信的传输速率在一定程度上仍然属于较慢，现有技术中采用串行通信，无法满足特定情况的实时监测系统；而本实施例中，列车通信设备采用以太网通信，以太网通信的传输速率远高于串行通信的传输速率，其可以满足各种情况的实时监测系统。

本实施例提供的列车通信设备，主控模块将获取的携带有列车运行数据的第一串行数据发送给以太网模块；以太网模块接收到主控模块发送的第一串行数据后，将第一串行数据转换为第一以太网数据发送给上位机，实现了主控模块与上位机之间的以太网通信。本实施例中采用以太网通信的列车通信设备，有效的提高了通信可靠性和数据传输速度。

图2为本发明提供的列车通信设备实施例二的结构示意图，本实施例是对上述图1所示实施例中以太网模块200进一步的功能细化。如图2所示，本实施例中，以太网模块200包括：以太网控制器210和以太网接口240；以太网控制器210连接以太网接口240；以太网控制器210，用于将第一串行 数据转换为第一以太网数据，并通过以太网接口240发送给上位机；以太网接口240，用于连接上位机。

具体的，以太网控制器210可以是集成有介质访问控制层(Media Access Control，MAC)和物理层(Physical layer，PHY)的以太网控制芯片；以太网接口240可以是M12接口或RJ45接口等，本实施例中优选采用M12接口，以提高数据传输的可靠性。

以太网控制器210将主控模块100发送的第一串行数据转换为适合在以太网上传输的以太网数据(即第一以太网数据)后，通过以太网接口240将该第一以太网数据发送给上位机，其中，以太网数据具体可以采用差分信号的形式传输。

优选的，主控模块100可以为DSP控制器，DSP控制器通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)总线与以太网控制器210连接。

具体的，DSP控制器可以根据处理需求选择现有的各种DSP芯片，DSP控制器具体通过SPI总线实现与以太网控制器210之间的数据交互。

本实施例提供的列车通信设备，以太网控制器将主控模块发送的第一串行数据转换为适合在以太网上传输的第一以太网数据后，通过以太网接口将该第一以太网数据发送给上位机，实现了主控模块与上位机之间的以太网通信，提高了通信可靠性和数据传输速度。

图3为本发明提供的列车通信设备实施例三的结构示意图，本实施例是对上述实施例中以太网模块200的进一步优化。如图3所示，本实施例中，以太网模块200还包括：隔离变压器220；以太网控制器210通过隔离变压器220与以太网接口240连接；隔离变压器220，用于隔离以太网控制器210。

具体的，在以太网控制器210与以太网接口240之间连接隔离变压器220，以使以太网控制器210与外部隔离，保护以太网控制器210免受外部干扰，起到电压隔离作用；同时可根据电路设计选择合适的隔离变压器以实现信号增强、阻抗匹配的效果。

可选的，以太网模块200还可以包括：以太网保护电路230，隔离变压器220通过以太网保护电路230与以太网接口240连接；以太网保护电路230，用于保护以太网模块200。

具体的，以太网保护电路230可以选用现有的各种瞬态电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)保护电路，用于抑制感应电压激增、静电等对电路的影响，起到保护列车通信设备的作用。

可选的，以太网模块200还可以包括：无线路由器250，无线路由器250连接以太网接口240；无线路由器250，用于将从以太网接口240获取的以太网数据以无线的方式传输给上位机。

具体的，设置上位机的司控室空间有限，而现有的采用串行通信的调试技术需要布设多条数据线，占用了大量空间，给调试人员的操作带来了不便；本实施例中，在以太网接口240上连接无线路由器250，实现了主控模块100与上位机之间的无线通信，其无需布设网线，很好的解决了现有技术中采用而造成的调试人员操作不便的问题，适用性强。

在上述实施例的基础上，以太网控制器210，还用于接收上位机发送的第二以太网数据，并将第二以太网数据转换为第二串行数据发送给主控模块100，主控模块100，还用于接收第二串行数据，并根据第二串行数据控制列车的运行状态，其中，第二以太网数据中携带列车调试命令。

具体的，上位机可以通过以太网发送列车调试命令，例如：获取列车运行状态的命令、下载故障的命令、设置列车运行参数的命令等，以太网模块200中的以太网控制器210接收到携带有列车调试命令的第二以太网数据后，将该第二以太网数据转换为第二串行数据后发送给主控模块100。

主控模块100接收到第二串行数据后，根据列车调试指令的不同，可以向上位机发送列车运行数据，也可以根据列车调试命令设置列车运行参数，以控制列车的运行状态。

此外，上位机还可以将烧写程序通过以太网发送给主控模块100，主控模块100接收烧写程序然后实现对主控模块100的程序烧写。

在上述任一实施例的基础上，上述主控模块100可以采用精简的嵌入式网络通信协议uIP协议栈，以节省主控模块100的内存，同时增强通信的稳定性。

本实施例提供的列车通信设备，在以太网控制器与以太网接口之间连接隔离变压器，起到了电压隔离、信号增强和阻抗匹配的作用；同时，在隔离变压器与以太网接口之间连接以太网保护电路，抑制了感应电压激增、静电 等对电路的影响，起到了保护列车通信设备的作用。

图4为本发明提供的列车通信设备实施例四的电路原理图，本实施例是上述实施例的一种具体的电路实现形式，如图4所示，本实施例中，主控模块为TMS32028335型号的DSP芯片(未示出),以太网控制器具体为ENC28J60型号的以太网芯片，隔离变压器具体为HN16613型号的变压器，以太网保护电路具体为SLVU2.8-4型号的TVS管，以太网接口具体为M12-D型号的M12接口。下面具体说明以太网控制芯片与各器件之间的连接关系。

以太网芯片通过SPI接口连接主控模块100，具体的，SPI接口包括：串行输出SO、串行输入SI、时钟SCK、片选/CS(低电平有效)，其中，SO与DSP芯片的SPISOMIA相连，SI与DSP芯片的SPISIMOA相连，SCK与DSP芯片的SPICLKA相连，/CS与DSP芯片的SCITXDC相连。DSP芯片通过SI和SO与以太网芯片进行数据交互，通过SCK向以太网控制芯片提供数据传输的时钟，通过/CS选择以太网芯片是否有效。同时，DSP芯片通过SI和SO可以对以太网控制芯片的内部寄存器进行配置，以设置以太网的工作模式。此外，以太网芯片的两个发光二极管LED管脚LEDA和LEDB连接的LED由灌电流驱动，通过DSP芯片对以太网芯片的内部寄存器的配置，可根据LED的闪烁状态判别芯片的工作状况(例如：发送数据、接收数据、未收发数据)。另外，以太网芯片的中断/INT、复位/RST等接口也可以与DSP芯片连接，以实现中断、复位等功能。

以太网芯片的TPOUT+和TPOUT-两个接口分别用于输出差分信号TPOUT2+和TPOUT2-，TPIN+和TPIN-两个接口用于输入差分信号TPIN2+和TPIN2-，以太网芯片通过TPOUT+、TPOUT-和TPIN+、TPIN-连接隔离变压器的初级侧，其中TPOUT+连接隔离变压器的管脚1、TPOUT-连接隔离变压器的管脚3、TPIN+连接隔离变压器的管脚6、TPIN-连接隔离变压器的管脚8。

隔离变压器的管脚1和管脚3分别用于接收以太网芯片输出的差分信号TPOUT2+和TPOUT2-，对应的，隔离变压器的管脚16和管脚14分别用于输出隔离差分信号TX2+和TX2-。隔离变压器的管脚6和管脚8分别用于向以太网芯片输出差分信号TPIN2+和TPIN2-，对应的，隔离变压器的管脚11和 管脚9分别用于接收以太网信号RX2+和RX2-。

以太网保护电路(以下简称TVS管)连接隔离变压器的次级侧，其中TVS管的管脚1连接隔离变压器的管脚16，用于接收信号TX2+；TVS管的管脚2连接隔离变压器的管脚14，用于接收信号TX2-；TVS管的管脚3连接隔离变压器的管脚11，用于输出信号RX2+；TVS管的管脚4连接隔离变压器的管脚9，用于输出信号RX2-。

以太网接口采用M12接口，M12接口与TVS管连接，其中，M12接口的管脚2连接TVS管的管脚6，用于输出信号RX2+；M12接口的管脚4连接TVS管的管脚5，用于输出信号RX2-；M12接口的管脚1连接TVS管的管脚8，用于接收信号TX2+；M12接口的管脚3连接TVS管的管脚7，用于接收信号TX2-。

需要说明的是，图4中各器件的型号只是作为一种示例，具体可以根据实际需要选择；此外，可根据电路设计需求在电路中连接各种电阻、电容等器件，图4所示电路中连接的电阻、电容等器件都只是作为一种示例，具体都可以根据实际需要选择。

本实施例提供的列车通信设备的具体工作原理和技术效果与上述实施例类似，此处不再赘述。

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。