一种应用于轨道交通领域的以太网数据采集模块的制作方法

本实用新型涉及轨道交通技术，具体涉及数据采集装置备。

背景技术：

在轨道交通领域，电磁环境恶劣，模拟信号长距离传输易受到外界电磁干扰，同时模拟信号长距离传输信号也会不同程度被衰减。需要在传感器近端将模拟信号转换为数字信号传输给车载主机设备，避免模拟信号长距离传输受到外界干扰和信号衰减。

多路模拟信号传输会需要很多根线缆，这会使列车转向架布线异常复杂和困难，需要简化列车转向架线缆布局。多路模拟信号高速AD转换结果数据量非常巨大，需要高速数据总线来承载巨大的数据流。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种应用于轨道交通领域的以太网数据采集模块，能适应轨道交通恶劣电磁环境、远端设备供电困难、多通道多类型模拟信号采集、大数据高速传输的需求。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种应用于轨道交通领域的以太网数据采集模块，安装在车载传感器近端，并采集车载传感器信号，包括模拟信号调理单元、若干高速AD转换单元、若干低速AD转换单元、DSP数据处理单元、以太网数据传输单元和POE供电单元，其中，模拟信号调理单元采集车载传感器信号并对信号进行调理后送至高速AD转换单元和低速AD转换单元，所述高速AD转换单元对高速模拟信号进行转换，并通过高速串行总线实时传输给DSP数据处理单元，所述低速AD转换单元对低速模拟信号进行转换，并通过SPI总线实时传输给DSP数据处理单元，所述DSP数据处理单元实时处理所述高速AD转换单元和低速AD转换单元发送的转换结果，并通过以太网数据传输单元向车载主机发送数据处理结果，所述POE供电单元将来自以太网的48v电源转换为模拟信号调理单元、高速AD转换单元、低速AD转换单元、DSP数据处理单元、以太网数据传输单元所需的电源电压。

优选的，所述模拟信号调理单元包括电流电压转换电路、电阻电压转换电路以及增益调节电路，其中，电流信号通过电流电压转换电路处理，电阻信号通过电阻电压转换电路处理，且处理后信号经增益调节电路调节提高精度，电压信号直通到增益调节电路。

优选的，共设有两组八通道高速AD转换单元，以及两组八通道低速AD转换单元。

本实用新型在靠近传感器处进行模数转换，再将模数转换结果用以太网的形式传给车载主机设备，传输线只需一根以太网线缆，以太网信号属于差分数字信号，传输介质采用屏蔽双绞线，具有非常强的抗电磁干扰能力，可以有效地弥补模拟信号长距离传输易受到外界电磁干扰和传输线信号衰减的缺点。因此本实用新型可以避免模拟信号长距离传输受到外界EMC干扰和模拟信号衰减等问题，同时极大简化了列车转向架线缆走线。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

图1是本实用新型的总体系统框图；

图2是本实用新型中模拟信号调理单元的系统框图；

图3是本实用新型中高速AD转换单元的系统框图；

图4是本实用新型中低速AD转换单元的系统框图；

图5是本实用新型中DSP数据分析单元的系统框图；

图6是本实用新型中以太网数据传输单元的系统框图；

图7是本实用新型中POE供电单元的系统框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参考图1所示，一种应用于轨道交通领域的以太网数据采集模块，安装在车载传感器近端，并采集车载传感器信号，其包括模拟信号调理单元、若干高速AD转换单元、若干低速AD转换单元、DSP数据处理单元、以太网数据传输单元和POE供电单元，其中，模拟信号调理单元采集车载传感器信号并对信号进行调理后送至高速AD转换单元和低速AD转换单元，所述高速AD转换单元对高速模拟信号进行转换，并通过高速串行总线实时传输给DSP数据处理单元，所述低速AD转换单元对低速模拟信号进行转换，并通过SPI总线实时传输给DSP数据处理单元，所述DSP数据处理单元实时处理所述高速AD转换单元和低速AD转换单元发送的转换结果，并通过以太网数据传输单元向车载主机发送数据处理结果，所述POE供电单元将来自以太网的48v电源转换为模拟信号调理单元、高速AD转换单元、低速AD转换单元、DSP数据处理单元、以太网数据传输单元所需的电源电压。其中DSP数据处理单元通过SPI总线1、SPI总线2、SPI总线3和SPI总线4分别对高速AD转换单元1、高速AD转换单元2、低速AD转换单元1和低速AD转换单元2进行参数配置。

参考图2所示，模拟信号调理单元根据不同类型的模拟信号选择不同的模拟信号调理方式。所述模拟信号调理单元包括电流电压转换电路、电阻电压转换电路以及增益调节电路。电压信号直通到增益调节电路，经过信号放大后输出给AD转换单元；电流信号经过电流电压转换电路再经过增益调节电路放大后输出给AD转换单元；电阻信号经过电阻电压转换电路再经过增益调节电路放大后输出给AD转换单元。

在本实施例中，共设有两组八通道高速AD转换单元，以及两组八通道低速AD转换单元。

参考图3所示，高速AD转换单元由8通道ADC芯片AD7768和高精度参考源ADR4540组成，ADR4540输出超低噪声、高精度4.096V基准电压源给AD7768作为参考电压，AD7768对输入的差分模拟信号AD转换，转换结果通过高速串行总线传给DSP数据分析单元，DSP数据分析单元通过SPI总线对AD7768参数进行配置。

参考图4所示，低速AD转换单元由8通道ADC芯片AD7708和高精度参考源ADR4540组成，ADR4540输出超低噪声、高精度4.096V基准电压源给AD7708作为参考电压，AD7708对输入的单端模拟信号AD转换，转换结果通过SPI总线传给DSP数据分析单元，DSP数据分析单元通过SPI总线对AD7708参数进行配置。

参考图5所示，DSP数据分析单元由高性能DSP芯片ADSP-SC589、两颗DDR3芯片MT41K128M16和Flash芯片W25Q128FV组成。ADSP-SC589集成两个DSP Sharc核和一个ARM核，可以对ADC芯片的采样结果进行实时数据分析，数据分析结果通过高速以太网传给车载主机设备，极大的减轻高速AD采样产生的大量数据流对传输带宽的苛刻需求；两颗DDR3芯片MT41K128M16给DSP芯片提供4Gb高速内存；Flash芯片W25Q128FV用于存储DSP芯片的运行代码。模块集成高性能DSP处理芯片对AD转换结果进行实时数据分析，采集模块只需向车载主机发送数据分析结果或者是有选择性的原始数据，这样可以极大的减轻高速AD采样产生的大量数据流对传输带宽的苛刻需求。

参考图6所示，以太网传输单元由千兆PHY芯片DP83867组成，DSP芯片通过RGMII总线将数据分析结果传给PHY芯片DP83867，DP83867经过变压器耦合隔离将来着DSP芯片的数据用以太网方式传输给车载主机设备。

参考图7所示，POE供电单元由PD芯片TPS23754、DC/DC芯片ADP5054、DC/DC芯片MP1584和DC/DC芯片TPS61081组成。POE芯片TPS23754将以太网线上的DC48V电源转换为DC12V电源；DC/DC芯片ADP5054将DC12V电源转换成DC3.3V、DC1.8V、DC1.5V和DC1.0V这四种电源，其中DC3.3V输出给AD转换单元、DSP数据处理单元和以太网数据传输单元，DC1.5V输出给以太网数据传输单元，DC1.5V输出给DSP数据处理单元，DC1.1V输出给DSP数据处理单元和以太网数据传输单元；DC/DC芯片MP1584将DC12V电源转换成DC5.0V，输出给AD转换单元和模拟信号调理单元；DC/DC芯片TPS61081将DC5V电源转换成DC±15V，输出给模拟信号调理单元。采集模块采用POE供电，可以简化列车的线缆走线。

综上，上述的模拟信号调理单元、若干高速AD转换单元、若干低速AD转换单元、DSP数据处理单元、以太网数据传输单元和POE供电单元均采用现有技术中的成熟芯片。

本实用新型与现有技术相比，有益效果是：

1、抗干扰能力强。以太网信号属于差分数字信号，传输介质采用屏蔽双绞线，具有非常强的抗电磁干扰能力，可以有效地弥补模拟信号长距离传输易受到外界电磁干扰和传输线信号衰减的缺点。

2、简化传输线缆。大量的模拟信号由转向架或者车顶走到车载主机会异常困难，本实用新型在传感器近端进行AD模数转换，再将转换结果通过以太网的方式传输车载主机，传输线只需一根以太网线缆。

3、分布式实时数据分析。该采集模块内置高性能DSP芯片，可以对采集结果进行实时数据分析，再将分析结果传输给车载主机，这样可以极大的减轻高速AD采样产生的大量数据流对传输带宽的苛刻需求。

4、多通道多类型模拟信号采集。该采集模块集成2颗8通道高速ADC和2颗8通道低速ADC，通过模拟开关切换不同的调理电路可以同时采集32路不同类型的模拟信号。

5、POE供电；该采集模块采用POE供电，在以太网信号线上直接传送电源，无需额外增加电源走线，可以简化列车的线缆走线。

除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本实用新型作出各种改变和变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型权利要求书中所定义的范围。