一种轨道交通用空调控制器的制作方法

本实用新型专利涉及一种空调控制器装置，具体的说，涉及一种轨道交通用空调控制器。

背景技术：

随着现代技术的发展，嵌入式开发技术应用越来越多，各种嵌入式开发的控制器也是各式各样，目前主流的空调控制器主要分为以下两大类；

第一类：空调控制器采用成熟的模块式的PLC控制器，此类型的控制器优点是控制器模块具有可扩展性，安装简单，缺点是模块的体积较大，通讯方式集成度不高，不同通讯方式需要选配不同的通讯扩展模块。功能需求较大的控制系统整体的体积较大，在车上紧凑的安装空间很难安装。

第二类：整个控制器主要由一块主控板构成，此类型控制器的优点是整机的集成程度高，对于特定机型的空调具有较高的匹配性。此类型控制器的缺点是单板体积较大且不易更换，且功能扩展能力有限。只能适用于空调控制功能简单的车型的空调控制系统。

随着高速动车领域的不断发展，车辆的舒适性要求越来越高，空调对内部环境温度的控制要求越来越高，空调的控制功能和智能化也就随之提高。第一类控制器占用的空间体积较大，接线较为复杂而且不便于迅速更换。第二类控制器不具备根据功能需求灵活扩展板卡的功能，更换也需要整体式更换，通用性不强。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种轨道交通用空调控制器，采用标准3U板卡，机箱内部采用3U+3U的分层可扩展的合理化布局，以确保控制器运行的可靠性和可扩展性，其结构简单、功能强大。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种轨道交通用空调控制器，其特征在于，包括，内部板卡组、连接端口和机箱；

内部板卡组至少包括一个CPU板卡、一个内部电源板卡、一个外部电源板卡、一个或多个数字量输入板卡、一个或多个数字量输出板卡、一个或多个模拟量输入板卡、一个或多个模拟量输出板卡、一个压力波控制板卡、一个通讯板卡条；

连接端口至少包括两路以太网接口、一路RS232接口、两路CAN接口、一路RS485接口；连接端口均配备在CPU板卡上；

机箱分为上下两层，机箱上层至少布置有数字量输入板卡、数字量输出板卡，机箱下层至少布置有内部电源板卡、外部电源板卡、CPU板卡、模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、压力波控制板卡；

通讯板卡条位于机箱中部，将CPU板卡与内部电源板卡、外部电源板卡、数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、压力波控制板连接；

内部电源板卡给CPU板卡、外部电源板卡、数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、压力波控制板卡供电；

外部电源板卡给外部系统供电；

CPU板卡用于控制器的通讯控制、控制逻辑处理、数据处理以及维护；

数字量输入板卡接收第一外部电器件的反馈信号和手动模式输入信号；

模拟量输入板卡采集温度传感器的电阻信号和压力传感器的电压信号；

模拟量输出板卡接收CPU板卡发出的访问信号，并向第二外部电器件发出控制信号；

压力波控制板卡采集压力波传感器的压力波动信号，进行内部逻辑判断后发出执行压力波保护的动作信号，并向CPU板卡发出压力波动作的反馈信号。

进一步地，所述CPU板卡通过通讯板卡条接收数字量输入板卡、模拟量输入板卡和数字量输出板卡发出的反馈信号；CPU板卡通过以太网口接收车辆空调控制信号、压力波控制板卡动作信号和空调控制盘上的HMI显示屏的发出的控制命令信号；CPU板卡通过CAN总线接口接收VIP区域风量控制器的反馈信号；CPU板卡通过RS485接口发出控制空调机组的风机的工作信号，并反馈风机实时的运行信息；CPU板卡通过通讯板卡条向数字量输出板卡发出开关量信号；CPU板卡根据模拟量输入板卡采集系统的温度和压力进行计算并通过通讯板卡条向模拟量输出板卡发出控制信号；CPU板卡通过以太网口向车辆总线发出运行信号及相关故障信息；通过RS232接口与HMI显示屏实现信号的交互。

进一步地，所述CPU板卡还用于软件下载、故障信息上载功能。

进一步地，所述通讯板卡条采用CAN总线。

进一步地，所述内部电源板卡所提供的电源为5V DC电压。

进一步地，所述外部电源板卡所提供的电源为75W的24V DC电压。

进一步地，所述外部系统至少包括空调控制盘上的HMI显示屏、温度传感器的风扇、电子膨胀阀执行模块、观光区风量调节系统；第一外部电器件至少包括外围接触器、手动旋钮开关；第二外部电器件至少包括电子膨胀阀及变频器。

进一步地，所述机箱设有带有安装板的固定安装槽位，各板卡通过板卡滑轨与槽位连接，每种类型的板卡还设有防插错编码。

进一步地，所述内部板卡组的每块板卡采用后出线的方式，每块板卡均采用F48芯的铁路专用HARTING连接器。

进一步地，所述机箱两侧设有安装法兰，每个安装法兰开有4个孔位将机箱固定在空调控制盘的外围框架上，经在前面板两侧安装有把手，机箱上下两侧设有蜂窝式网孔。

从上述技术方案可以看出，本实用新型通过设置多种通讯接口和合理的3U+3U的机箱布局以及标准板卡设置，并选用耐低温元件，其结构简单、功能强大和可扩展性强，兼容CO2空调系统控制功能。因此，本实用新型具有降低维修成本，缩短维修维护时间的显著特点。

附图说明

图1是本实用新型框架结构示意图；

图2是本实用新型实施例的机箱结构图；

图3是本实用新型实施例的板卡布局图；

图中10是机箱，11是内部电源板安装槽位，21是内部电源板卡，12是外部电源板卡安装槽位，22是外部电源板卡，13是CPU板卡安装槽位，23是CPU板卡，14是模拟量输入板卡安装槽位，24是模拟量输入板卡，15是模拟量输出板卡安装槽位，25是模拟量输出板卡，16是压力波控制板卡安装槽位，26是压力波控制板卡，17是数字量输入板卡安装槽位，27是数字量输入板卡，18是数字量输出板卡安装槽位，28是数字量输出板卡。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本实用新型的实施方式时，为了清楚地表示本实用新型的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本实用新型的限定来加以理解。

在以下本实用新型的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本实用新型框架结构示意图。并同时参考图2和3，图2是本实用新型实施例的机箱结构图，图3是本实用新型实施例的板卡布局图。如图1～3所示，一种轨道交通用空调控制器，其特征在于：包括内部板卡组、连接端口和机箱。

本实用新型实施例中，内部板卡均被安置在机箱中，并通过连接端口与外部进行通讯，通讯对象包括车辆总线、车辆空调、温度传感器、压力传感器、电子膨胀阀、变频器、空调控制盘、观光区风量调节系统等。

内部板卡组包括一个CPU板卡，一个内部电源板卡，一个外部电源板卡，一个或多个数字量输入板卡，一个或多个数字量输出板卡，一个或多个模拟量输入板卡，一个或多个模拟量输出板卡，一个压力波控制板卡，一个通讯板卡条。

连接端口包括两路以太网接口，一路RS232接口，两路CAN接口，一路RS485接口；连接端口均配备在CPU板卡上。

本实用新型实施例中，控制器配置有多种通讯接口，可以满足控制功能复杂的CO2空调的需要，两路CAN接口中1路内部板卡通讯，另1路对外接CAN总线设备。

机箱分为上下两层，机箱上层布置有数字量输入板卡、数字量输出板卡，机箱下层布置有内部电源板卡、外部电源板卡、CPU板卡、模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、压力波控制板卡。

参见图3，由于本实用新型实施例中配置的数字量输入板卡27和数字量输出板卡28数量较多，且其工作时相对发热量大，为满足功能集中、高低压分离和通风散热需求，采用了如图3的板卡布局图。

通讯板卡条位于机箱中部背面，采用CAN总线通讯的方式，将CPU板卡与内部电源板卡，外部电源板卡，数字量输入板卡，数字量输出板卡，模拟量输入板卡，模拟量输出板卡，压力波控制板连接。

CPU板卡用于控制器的通讯控制、控制逻辑处理、数据处理以及维护和软件下载，故障信息上载功能。

本实用新型实施例中，CPU板卡采用AM3358，AM3359的ARM双核处理器架构，配备2路CAN总线接口(其中1路内部板卡通讯，另1路对外接CAN总线设备)、2路以太网接口、1路隔离RS232接口和1路隔离RS485接口。

CPU板卡通过通讯板卡条接收数字量输入板卡、模拟量输入板卡和数字量输出板卡发出的反馈信号；CPU板卡通过以太网口接收车辆空调控制信号、压力波控制板卡动作信号和空调控制盘上的HMI显示屏的发出的控制命令信号；CPU板卡通过CAN总线接口接收VIP区域风量控制器的反馈信号；CPU板卡通过RS485接口发出控制空调机组的风机的工作信号，并反馈风机实时的运行信息，同时通过485接口接收电子膨胀阀执行模块采集的系统压力信号，对系统压力进行实时监控。

CPU板卡通过通讯板卡条向数字量输出板卡发出开关量信号；CPU板卡根据拟量输入板卡采集系统的温度和压力进行计算并通过通讯板卡条向模拟量输出板卡发出控制信号；CPU板卡通过以太网口向车辆总线发出运行信号及相关故障信息；通过RS232接口与HMI显示屏实现信号的交互。

内部电源板卡提供5V DC电压，给CPU板卡，外部电源板卡，数字量输入板卡，数字量输出板卡，模拟量输入板卡，模拟量输出板卡，压力波控制板卡供电。

外部电源板卡给外部系统供电。

本实用新型实施例中，外部电源板卡提供24V DC电压，容量为75W，用于给外部的HMI显示屏，温度传感器的风扇，电子膨胀阀执行模块，观光区风量调节系统供电。

数字量输入板卡接收第一外部电器件的反馈信号和手动模式输入信号。

本实用新型实施例中，外部电器件是指外围接触器，其开关量状态由数字量输入板卡进行采集。数字量输入板卡设有16路数字量输入接口，与CPU板卡通过内部CAN总线数据交互，将开关量反馈信号和卡槽位置的ID信息发送给CPU板卡。

所述的数字量输入板卡主要是向CPU板卡发出状态反馈信号和自己所在卡槽位置的位置信息，并接收CPU板卡发出的访问信号。

本实用新型实施例中，外部开关量状态由数字量输出板卡进行控制。每块数字量输出板卡设有8路继电器输出接口，具有一对常开常闭触点。数字量输出板卡接收CPU板卡发出的输出信号，并通过内部CAN总线数据交互，将开关量的反馈信号和卡槽位置的ID信息发送给CPU板卡。

第一类模拟量输入板卡采集温度传感器的电阻信号，第二类模拟量输入板卡采集压力传感器的电压信号；第一类和第二类模拟量输入板卡接收CPU板卡发出的访问信号并向CPU板卡发出反馈信号。

本实用新型实施例中，外部模拟量由模拟量输入板卡进行采集。第一类模拟量输入板卡采集NTC温度传感器的电阻信号，第二类模拟量输入板卡采集压力传感器的0-10V电压信号。第一类模拟量输入板卡和第二类模拟量输入板卡均设有8路模拟量采集通道，并通过内部CAN总线数据交互，将模拟量信号和卡槽位置的ID信息发送给CPU板卡。

模拟量输出板卡接收CPU板卡发出的访问信号，并向外部系统发出控制信号。

本实用新型实施例中，模拟量输出是由模拟量输出板卡6控制的。模拟量输出板卡设有8路模拟量输出通道，可以输出0-10V和4-20mA两种模拟量信号。通过内部CAN总线数据交互，将模拟量反馈信号和卡槽位置的ID信息发送给CPU板卡。

压力波控制板卡采集压力波传感器的压力波动信号，进行内部逻辑判断后发出执行压力波保护的动作信号，并向CPU板卡发出压力波动作的反馈信号。

本实用新型实施例中，压力波控制板卡自带CPU芯片，可实现压力波逻辑控制，主要用于接收压力波传感器的4-20mA的电流信号，通过自身编写的控制逻辑驱动继电器输出，向CPU板卡发送压力波动作请求信号。

机箱设有带有安装板的固定安装槽位，各板卡通过板卡滑轨与槽位连接，每种类型的板卡还设有防插错编码。安装板两侧通过螺栓固定在机箱上，安装板的上部安装助拔器，便于板卡与机箱固定或将板卡从机箱取出。

内部板卡组的每块板卡采用后出线的方式，每块板卡均采用F48芯的铁路专用HARTING连接器。

本实用新型实施例中，内部器件均采用耐低温元件，可以达到-55℃低温存放，并在-40℃～85℃正常工作的环境要求。

机箱两侧设有安装法兰，每个安装法兰开有4个孔位将机箱固定在空调控制盘的外围框架上，经在前面板两侧安装有把手便于抽出机箱，机箱上下两侧设有蜂窝式网孔，满足通风散热和电磁兼容的要求。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。