一种动车组车载信息采集和传输设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种动车组车载信息采集和传输设备，所述设备主要由电流环接口模块、单片机模块、通行接口转换模块、无线通信模块和主机模块组成，通过欧洲总线接插件和背板相连。电流环接口模块实现基于20mA电流的双向串行通信，将电流环串行通信模式转换为TTL电平的串行通信模式；单片机模块接收从电流环接口模块发送来的动车组车载监测数据，并将应答信息通过电流环发送到车载计算机系统，同时对接收到的数据进行校验，校验正确的数据通过串口转换模块发送到主机模块；串口转换模块实现的是将TTL电平的串行通信模式接口转换为RS-232接口；主机模块则把接收到的数据进行识别、处理，并打包通过无线通信模块向地面服务器发送。
【专利说明】一种动车组车载信息采集和传输设备
【技术领域】
[0001] 本发明属于信息【技术领域】，具体涉及动车组运行和故障状态采集和车地间数据传 输技术和专业设备。
【背景技术】
[0002] 我国高铁正在不断加快建设步伐，而铁路运输的安全是铁路快速发展的前提，没 有安全就没有速度，没有安全就没有高效。随着高速铁路运输对安全监控的颗粒度要求越 来越细，精度要求也越来越高，这就对高速铁路铁路信息化建提出了新的要求。铁路运输安 全事件通常发生在运输途中，因此列车在途运输安全状态的监测，并将监测信息即时发送 到对面调度和维修中心，对于及时发现故障隐患，及时采取合理措施，保证列车安全运行有 着非常重要的意义。
[0003] 目前，铁路动车组均配有车载计算机系统，对本车各子系统的工作状态进行监测， 并通过监视屏幕将监测数据实时显示出来，同时也开始将这些监测数据通过无线通信手段 发送到地面监测中心等处。但由于列车运行时设备的工作环境恶劣，电磁干扰严重，容易影 响车载数据采集设备的正常工作，出现丢数据的现象。这一问题严重影响着现有的类似车 载设备的工作。
[0004] 本发明针对上述问题，对车载信息采集和传输设备的结构和电路进行了合理设 计，很好的解决了车载设备工作的可靠性和安全性问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种动车组车载信息采集和传输 设备。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] -种动车组车载信息采集和传输设备，所述设备主要由电流环接口模块、单片机 模块、通行接口转换模块、无线通信模块和主机模块组成，通过欧洲总线接插件和背板（背 板布有自定义总线）相连。其中，电流环接口模块实现基于20mA电流的双向串行通信，并将 电流环串行通信模式转换为TTL电平的串行通信模式，提供与车载监控计算机系统的数据 交互的可靠和安全的物理接口；单片机模块接收从电流环接口模块发送来的动车组车载监 测数据，并将应答信息通过电流环发送到车载计算机系统，同时对接收到的数据进行校验， 校验正确的数据通过串口转换模块发送到主机模块；串口转换模块实现的是将TTL电平的 串行通信接口模式转换为RS-232接口模式，在单片机与主机模块间搭起透明的传输通道； 主机模块则把接收到的数据进行识别、处理，并打包向地面服务器发送；所述无线通信模块 包括GPRS、GPS和WLAN，负责完成与地面服务器的连接，将主机模块传送来的数据发送到地 面服务器，并将地面服务器的下传的数据传送到主机模块。
[0008] 其中，电流环接口模块、单片机模块、通行接口转换模块安装在一块电路板上，即 III号板，无线通信模块安装在一块主板上，即IV号板，主机模块安装在一块主板上，即II 号板，另配有DC100V输入、DC5V输出的电源模块，即I号板，每块电路板通过欧洲总线接插 件与背板，即〇号板连接，电路板之间的数据交换通过背版上的总线实现。
[0009] 其中，所述III号板包括电流环接口电路、接口转换电路和数据传递控制电路，所 述电流环接口电路，由U3、U4和U5构成，带有过压过流保护，通过J2与列车总线相连；所 述接口转换电路，由U1实现TTL电平到RS-232电平的转换，通过欧洲总线插件J1与设备 的主机模块相连，J1的引脚功能为自定义，也是0号背板总线的定义；所述数据传递控制电 路，由U2单片机电路完成上述两个接口之间的数据传递控制。
[0010] 其中，所述的IV号板包括GPRS/GPS电路和WLAN电路，所述GPRS/GPS电路，由U1、 U4、U6和J2组成，通过J1与设备的主机相连，其中U1为SM548模块，J2为SM卡插座， U4和U6为RS232接口转换模块；所述WLAN电路，由U5、U7组成，也是通过J1与设备的主 机相连。本申请中的" / "是和的意思，在此特此说明。
[0011] 其中，所述II号板的核心模块是台湾研华PCM3353嵌入式主机板，主机的四个串 行通信口即C0M1、COM2、COM3和COM4通过CN30连接到J2,并通过二选一选择器S1-S6连 接到J1 ;主机的8个10 口通过CN19连接到J3,并通过选择器S7-S14连接到J1 ;J3为USB 接口；J4为LAN接口。
[0012] 其中，所述I、II、m、IV号功能板均安装了 96针，背头的欧洲总线接插件，所述0 号背板上安装对应的96针，公头的欧洲总线接插件，并为其他功能板之间提供物理连接通 道，实现板间的信息交换和供电，所述设备通过〇号背板集成为一体，安装于机箱内。
[0013] 所述设备的应用，动车组载控制单元将动车组的运行状态和故障等信息发送给所 述设备的III号板，所述III号板检验接收数据的正确性，并向车载控制单元发生确认信 息，同时通过0号背板将接收到的信息传送到II号板，II号板对接收到的数据进行处理、打 包，并提供〇号背板传送到IV号板，IV号板通过GPRS/GPS电路或WLAN电路向地面发送。
[0014] 有益效果
[0015] 已实现对动车组运行状态信息、故障信息及操作信息的实时采集，采集频率可达5 次/秒（受车载控制系统性能限制），安全性、可靠性均满足铁路行业车载电子设备的要求， 通过了铁路行业认可的相关检测机构的检测。并通过了实际上车的实验验证，功能、性能均 达到设计要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是动车组车载信息采集和传输设备结构图；
[0017] 图2是III号板电气原理图；
[0018] 图3是IV号板电气原理图；
[0019] 图4是II号板电气原理图。
【具体实施方式】
[0020] 一种动车组车载信息采集和传输设备，所述设备主要由电流环接口模块、单片机 模块、通行接口转换模块、无线通信模块和主机模块组成，通过欧洲总线接插件和背板（背 板布有自定义总线）相连。其中，电流环接口模块实现基于20mA电流的双向串行通信，将 电流环串行通信模式转换为TTL电平的串行通信模式，提供与车载监控计算机系统的数据 交互的可靠和安全的物理接口；单片机模块接收从电流环接口模块发送来的动车组车载监 测数据，并将应答信息通过电流环发送到车载计算机系统，同时对接收到的数据进行校验， 校验正确的数据通过串口转换模块发送到主机模块；串口转换模块实现的是将TTL电平的 串行通信接口模式转换为RS-232接口模式，在单片机与主机模块间搭起透明的传输通道； 主机模块则把接收到的数据进行识别、处理，并打包向地面服务器发送；所述无线通信模块 包括GPRS、GPS和WLAN，负责完成与地面服务器的连接，将主机模块传送来的数据发送到地 面服务器，并将地面服务器的下传的数据传送到主机模块。
[0021] 其中，电流环接口模块、单片机模块、通行接口转换模块安装在一块电路板上，即 III号板，无线通信模块安装在一块主板上，即IV号板，主机模块安装在一块主板上，即II 号板，另配有DC100V输入，DC5V输出的电源模块，即I号板，每块电路板通过欧洲总线接插 件与背板，即〇号背板连接，电路板间的数据交换通过背板上的总线实现。
[0022] 其中，所述III号板包括电流环接口电路、接口转换电路和数据传递控制电路，所 述电流环接口电路，由U3、U4和U5构成，带有过压过流保护，通过J2与列车总线相连；所 述接口转换电路，由U1实现TTL电平到RS-232电平的转换，通过欧洲总线插件J1与设备 的主机模块相连，J1的引脚功能为自定义，也是0号背板总线的定义；所述数据传递控制电 路，由U2单片机电路完成上述两个接口之间的数据传递控制。
[0023] 其中，所述的IV号板包括GPRS/GPS电路和WLAN电路，所述GPRS/GPS电路，由U1、 U4、U6和J2组成，通过J1与设备的主机相连，其中U1为SM548模块，J2为SM卡插座， U4和U6为RS232接口转换模块；所述WLAN电路，由U5、U7组成，也是通过J1与设备的主 机相连。
[0024] 其中，所述II号板的核心模块是台湾研华PCM3353嵌入式主机板，主机的四个串 行通信口即C0M1、COM2、COM3和COM4通过CN30连接到J2,并通过二选一选择器S1-S6连 接到J1 ;主机的8个10 口通过CN19连接到J3,并通过选择器S7-S14连接到J1 ;J3为USB 接口；J4为LAN接口。
[0025] 其中，所述I、II、III、IV号功能板均安装了 96针，母头的欧洲总线接插件，所述0 号背板上安装对应的96针，公头的欧洲总线接插件，并为其他功能板之间提供物理连接通 道，实现板间的信息交换和供电，所述设备通过〇号背板集成为一体，安装于机箱内。
[0026] 所述设备的应用，动车组载控制单元将动车组的运行状态和故障等信息发送给所 述设备的III号板，所述III号板检验接收数据的正确性，并向车载控制单元发生确认信 息，同时通过〇号背板将接收到的信息传送到II号板，II号板对接收到的数据进行处理、打 包，并提供〇号背板传送到IV号板，IV号板通过GPRS/GPS电路或WLAN电路向地面发送。
[0027] 最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并 非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引 申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。
【权利要求】
1. 一种动车组车载信息采集和传输设备，其特征在于：所述设备主要由电流环接口模 块、单片机模块、通行接口转换模块、无线通信模块和主机模块组成，通过欧洲总线接插件 和布有自定义总线的背板相连，其中，电流环接口模块实现基于20mA电流的双向串行通 信，并将电流环串行通信模式转换为TTL电平的串行通信模式，提供与车载监控计算机系 统的数据交互的可靠和安全的物理接口；单片机模块接收从电流环接口模块发送来的动车 组车载监测数据，并将应答信息通过电流环发送到车载计算机系统，同时对接收到的数据 进行校验，校验正确的数据通过串口转换模块发送到主机模块；串口转换模块实现的是将 TTL电平的串行通信接口模式转换为RS-232接口模式，在单片机与主机模块间搭起透明的 传输通道；主机模块则把接收到的数据进行识别、处理，并打包向地面服务器发送；所述无 线通信模块包括GPRS、GPS和WLAN，负责完成与地面服务器的连接，将主机模块传送来的数 据发送到地面服务器，并将地面服务器的下传的数据传送到主机模块。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于：电流环接口模块、单片机模块、通行接口 转换模块安装在一块电路板上，即III号板，无线通信模块安装在一块主板上，即IV号板， 主机模块安装在一块主板上，即Π 号板，另配有DC100V输入，DC5V输出的电源模块，即I号 板，每块电路板通过欧洲总线接插件与背板，即〇号背板连接，电路板间的数据交换通过背 板上的总线实现。
3. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述III号板包括电流环接口电路、接口 转换电路和数据传递控制电路，所述电流环接口电路，由U3、U4和U5构成，带有过压过流保 护，通过J2与列车总线相连；所述接口转换电路，由U1实现TTL电平到RS-232电平的转 换，通过欧洲总线插件J1与设备的主机模块相连，J1的引脚功能为自定义，也是0号背板 总线的定义；所述数据传递控制电路，由U2单片机电路完成上述两个接口之间的数据传递 控制。
4. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述的IV号板包括GPRS/GPS电路和WLAN 电路，所述GPRS/GPS电路，由U1、U4、U6和J2组成，通过J1与设备的主机相连，其中U1为 SM548模块，J2为SM卡插座，U4和U6为RS232接口转换模块；所述WLAN电路，由U5、U7 组成，也是通过J1与设备的主机相连。
5. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述II号板的核心模块是台湾研华 PCM3353嵌入式主机板，主机的四个串行通信口即COMl、COM2、COM3和COM4通过CN30连接 至lj J2,并通过二选一选择器S1-S6连接到J1 ;主机的8个10 口通过CN19连接到J3,并通 过选择器S7-S14连接到Jl ; J3为USB接口 ； J4为LAN接口。
6. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述I、II、III、IV号功能板均安装了 96 针，母头的欧洲总线接插件，所述〇号背板上安装对应的96针，公头的欧洲总线接插件，并 为其他功能板之间提供物理连接通道，实现板间的信息交换和供电，所述设备通过〇号背 板集成为一体，安装于机箱内。
7. 权利要求2所述设备的应用，其特征在于：动车组载控制单元将动车组的运行状态 和故障等信息发送给所述设备的III号板，所述III号板检验接收数据的正确性，并向车 载控制单元发生确认信息，同时通过0号背板将接收到的信息传送到II号板，II号板对接 收到的数据进行处理、打包，并提供〇号背板传送到IV号板，IV号板通过GPRS/GPS电路或 WLAN电路向地面发送。
【文档编号】H04L29/08GK104104714SQ201410200995
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】张宁, 张 杰, 张春, 刘峰, 宋晓红, 张家斌 申请人:北京交通大学, 北京中北通信息技术有限公司