专利名称：Wtb-rs485网关设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及符合TCN标准的WTB网络控制系统，是具有RS485通信 能力的WTB网络通讯设备。广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车 辆等实时性要求较高、能够自动编组的工业控制领域。
背景技术：
IEC61375-1《列车通信网络》(简称TCN标准)，是一项国际标准，也是我 国铁路行业标准。TCN标准是为铁路机车车辆这一特殊应用领域设计的现场总 线标准，它制定了一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互 联挂、不同厂商的设备能够互联。TCN标准一共定义了多功能车辆总线MVB 和绞线式列车总线WTB两种形式，其中MVB总线连接一个车辆内的设备，总 线工作频率为1.5Mbit/s，介质为双绞线或光纤。MVB总线在链路层提供了两种 传输服务(1)过程数据周期性的，源寻址广播数据；(2)消息数据按 需传送的，目标寻址的数据报文。
RS485总线是公认的广泛应用的现场总线之一，TIA/EIA-485-A标准是它的 国际标准。RS485总线标准遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、数据链 路层和应用层。RS485总线是一种分布式控制和实时控制系统的串行通信网络， 具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
目前，由于国内RS485接口轴温检测装置等设备的服务要求，国内外先进 TCN网络控制系统需要通过RS485接口 ，将列车运行数据传送到列车网络控制 系统中，方便于列车行车安全。于是WTB-RS485网关便成为TCN网络控制系 统必需的关键设备，使得RS485与WTB网络达到无缝地结合。虽然可以直接 采购国外WTB-RS485网关，但是国内还没有应用于机车车辆行业的具有自主知 识产权的WTB-RS485网关，所以WTB-RS485网关的研制成功，标志着全部 WTB-RS485转换技术己经攻克，填补了国内这一领域的空白，使我国的TCN 网络控制技术上了一个新台阶，对于国内铁路机车车辆行业的技术创新具有现 实意义。发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型的WTB-RS485网关设备，主要应用于在 铁路列车、地铁列车和城市轨道行业的WTB网络控制系统中，连接RS485网 络设备。它既具有WTB过程数据功能、消息数据功能和总线管理功能，也具有 RS485链路层和应用层功能。
本实用新型的技术解决方案是这样实现的
一种WTB-RS485网关设备，其特征在于包括以32位ARM7处理器为核心 的，外围配置FLASH、 SDRAM、电源管理电路、复位电路和实时时钟的核心 处理电路、以8位处理器和ESCC控制器为核心的WTB协议控制电路、以FPGA 器件为核心的FPGA编解码处理器、以RS485协议控制器和MOSFET器件为核 心的WTB总线驱动器、以RS485独立协议芯片为核心的RS485协议控制器和 以电容滤波器为核心的RS485总线滤波器，其中所述的核心处理电路中的电源 管理电路通过5伏电源线、3.3伏电源线和地线为上述电路中的所有芯片提供供 电电源；ARM7处理器NET+50芯片通过32根数据线和20根地址线异步访问 FLASH,同时通过32根数据线和14根地址线同步访问SDRAM，完成程序的 执行；WTB总线上的冗余差分数据信号通过两组信号线分别传送到WTB总线 驱动器，经FPGA编解码处理器转化处理后，再存放于WTB协议控制电路 IS62C1024芯片中；ARM7处理器NET+50芯片通过16根数据线、19根地址线 和控制线互锁机制，优先访问IS62C1024芯片，并取得设备数据，再经RS485 协议控制器IL485芯片把并行数据转化为己电气隔离的串行数据，最后通过 RS485总线滤波器传送到RS485总线上形成RS485标准差分信号，反之，从 RS485总线到WTB总线的设备数据传输过程与上述方法相似。
所述的核心处理电路包括中央处理器、FLASH、 SDRAM、电源管理电路、 复位电路和实时时钟。其硬件结构示意图如图2所示。核心处理电路作为网关 核心处理单元，不仅完成WTB过程数据功能、消息数据功能和总线管理功能， 也完成RS485链路层和应用层功能。
所述的WTB协议控制电路是WTB网络的核心部件，完成WTB总线链路 层功能；WTB总线驱动器是以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的， 完成WTB总线物理层功能；FPGA编解码处理器是总线信号编码和解码器件，完成WTB总线信号编解码功能。核心处理电路和WTB协议控制电路在进行数 据交换时，通过控制信号来解决访问冲突问题，在双方争用同一地址单元时， 其片内硬件电路可根据两边的地址、片选以及读写信号到达先后顺序来裁决哪 方有使用权，避免因此而产生的读写错误。
所述的RS485协议控制器是RS485网络的核心部件，完成RS485链路层功 能。RS485协议控制器是以RS485独立协议芯片为物理介质的，将数据转化为 己电气隔离的差分电平信号；RS485总线滤波器是以电容滤波器件为核心的， 将差分信号进行滤波，防止总线高频信号干扰。核心处理电路通过RS485协议 控制器转化生成己电气隔离的差分电平信号，经RS485总线滤波器对RS485网 络进行操作。
与现有技术相比较，本实用新型的优点在于
(1) 本实用新型符合IEC61375禾B TIA/EIA-485-A标准，填补了国内在 WTB网络与RS485总线数据转换这一技术领域的空白。
(2) 本实用新型通过了 RS485网络产品例行试验项目，完成与国外RS485 产品的一致性测试。
(3) 本实用新型通过了 TCN网络产品例行试验项目，完成与国外WTB产 品的一致性测试。
图1是本实用新型的结构示意图2是本实用新型核心处理电路的硬件结构图。
图3是本实用新型中央处理器外围电路接口电路图4是本实用新型FPGA编解码处理器接口电路图5是本实用新型RS485议控制器及其外围电路接口电路图1是本实用新型的说明书摘要附图。
具体实施方式
如图1所示的一种WTB-RS485网关设备，包括核心处理电路、WTB协议 控制电路、FPGA编解码处理器、WTB总线驱动器、RS485协议控制器和RS485 总线滤波器，其中的核心处理电路通过WTB协议控制电路生成HDLC报文， 传送到FPGA编解码处理器转化生成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器传送到WTB总线上；同时它也将数据传送到RS485协议控制器中转化为链路层差分电 平信号，经RS485总线滤波器传送到RS485总线上去。
所述的核心处理电路是以32位中央处理器为核心的，外围配置FLASH、 SDRAM、电源管理电路、复位电路和实时时钟。其中所述的中央处理器选用 NetSilicon公司的32位处理器NET+50，它内嵌ARM7TDMI核，支持32位内 部总线，有40个可编程I/O接口引脚，16个输入接口引脚，36个可编程中断。 本系统中，处理器的晶振频率为18.432M，异步访问SDRAM的周期为60ns。 由于WTB协议控制电路插入的等待时间可达10us，因而处理器的访问速度保证 了 WTB协议控制电路对WTB总线数据的可靠接收和发送。
所述的WTB协议控制电路是WTB网络的核心部件，选用IS62C1024芯片、 Zilog公司的Z8S180芯片和Z85230芯片，具有WTB高级设备功能；WTB总线 驱动器是以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的，选用Ltcl485和 ZVN2106GTA芯片，具有RS485差分信号收发及电平驱动功能；FPGA逻辑处 理器是WTB网络的编解码器，选用Xmnx公司的XC2S30芯片，具有WTB总 线编解码功能。
所述的RS485协议控制器是RS485网络的核心部件，选用IL485芯片，支 持TIA/EIA-485-A规范；RS485总线滤波器是以电容滤波器件为核心的，选用 EMIF383芯片，具有差分信号滤波作用，增强了 RS485总线驱动功能，防止总 线高频信号干扰。
权利要求1、一种WTB-RS485网关设备，其特征在于包括以32位ARM7处理器为核心的，外围配置FLASH、SDRAM、电源管理电路、复位电路和实时时钟的核心处理电路、以8位处理器和ESCC控制器为核心的WTB协议控制电路、以FPGA器件为核心的FPGA编解码处理器、以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的WTB总线驱动器、以RS485独立协议芯片为核心的RS485协议控制器和以电容滤波器为核心的RS485总线滤波器，其中所述的核心处理电路中的电源管理电路通过5伏电源线、3.3伏电源线和地线为上述电路中的所有芯片提供供电电源；ARM7处理器NET+50芯片通过32根数据线和20根地址线异步访问FLASH，同时通过32根数据线和14根地址线同步访问SDRAM，完成程序的执行；WTB总线上的冗余差分数据信号通过两组信号线分别传送到WTB总线驱动器，经FPGA编解码处理器转化处理后，再存放于WTB协议控制电路IS62C1024芯片中；ARM7处理器NET+50芯片通过16根数据线、19根地址线和控制线互锁机制，优先访问IS62C1024芯片，并取得设备数据，再经RS485协议控制器IL485芯片把并行数据转化为已电气隔离的串行数据，最后通过RS485总线滤波器传送到RS485总线上形成RS485标准差分信号。
专利摘要本实用新型公开了一种WTB-RS485网关，其特征在于包括核心处理电路、WTB协议控制电路、FPGA编解码处理器、WTB总线驱动器、RS485协议控制器和RS485总线滤波器。核心处理电路通过WTB协议控制电路生成HDLC报文，传送到FPGA编解码处理器转化成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器传送到WTB总线上；同时它也将数据传送到RS485协议控制器中转化为链路差分电平信号，经RS485总线滤波器传送到RS485总线上去。本实用新型具有WTB过程数据、消息数据、监视数据和网络管理功能，也具有RS485链路层和应用层功能。可广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车辆等领域。
文档编号H04L12/28GK201328132SQ20082021845
公开日2009年10月14日 申请日期2008年10月13日 优先权日2008年10月13日
发明者跃 于, 任宝兵, 杜振环, 王晓鹏, 谭雷雨 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心