CN103869714A - 数字量输出板卡 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字量输出板卡。该数字量输出板卡包括：背板接口单元、第一通信单元、第二通信单元、控制单元、信号输出单元以及对外接口单元，其中：背板接口单元将网关输入的第一数字量信号输入至第一通信单元或第二通信单元；第一通信单元、第二通信单元对第一数字量信号进行协议转换，并将得到的第二数字量信号和第三数字量信号输入至控制单元；控制单元根据第二数字量信号或第三数字量信号生成控制信号，并输入至信号输出单元；信号输出单元根据控制信号将第二电源信号通过对外接口单元输入至受控设备。本发明提供的数字量输出板卡，在第一通信单元出现故障时，通过第二通信单元进行通信，使得数字量输出板卡的通信更稳定，提高了安全性。

Description

数字量输出板卡

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种数字量输出板卡。

背景技术

高速列车作为一种现代化的轨道交通工具，集高速化、自动化和舒适化等特点于一身，其通信网络是实现这些特点的关键技术之一。列车通信网络包括多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，简称MVB）网络和绞线式列车总线（Wire Train Bus，简称WTB）网络，其中，MVB网络主要用于列车设备之间的通信，WTB网络主要用于列车之间的通信。在列车运行过程中，MVB网络通过网关和数字量输出板卡输出大量的数字量信号至受控设备，控制其动作，以实现对列车运行状态的控制。

现有技术中，数字量输出板卡多采用基于CANopen通信协议的控制器局域网络（Controller Area Network，简称CAN）总线进行通信，CAN是一种支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。

但现有技术存在如下缺陷：当CANopen总线通信受到影响时，数字量输出板卡的通信难于稳定进行，存在安全隐患。

发明内容

本发明提供一种数字量输出板卡，用以解决现有技术中存在的数字量输出板卡的通信不稳定，存在安全隐患的问题。

本发明提供一种数字量输出板卡，包括：背板接口单元、第一通信单元、第二通信单元、控制单元、至少一个信号输出单元以及对外接口单元，其中：

所述背板接口单元，用于接收网关输出的第一数字量信号，并将所述第一数字量信号输入至所述第一通信单元或所述第二通信单元；还用于为所述第一通信单元、所述第二通信单元、所述控制单元和所述信号输出单元输入第一电源信号；

所述第一通信单元，用于对所述背板接口单元输入的所述第一数字量信号进行协议转换得到第二数字量信号，并将所述第二数字量信号输入至所述控制单元；

所述第二通信单元，用于在所述第一通信单元出现故障时，接收所述背板接口单元输入的所述第一数字量信号，对所述第一数字量信号进行转换得到第三数字量信号，并将所述第三数字量信号输入至所述控制单元；

所述控制单元，用于根据接收到的所述第一通信单元输入的所述第二数字量信号或所述第二通信单元输入的所述第三数字量信号生成控制信号，并将所述控制信号输入至所述信号输出单元；

所述信号输出单元，用于接收所述控制单元输入的所述控制信号，根据所述控制信号将所述对外接口单元输入的第二电源信号输入至所述对外接口单元；

所述对外接口单元，用于为所述信号输出单元输入所述第二电源信号，接收所述信号输出单元输入的所述第二电源信号，并将所述第二电源信号输入至受控设备以启动所述受控设备。

本发明提供的数字量输出板卡，在第一通信单元出现故障时，通过第二通信单元实现网卡和受控设备之间的通信，使得数字量输出板卡的通信更稳定，提高安全性。

附图说明

图1为本发明提供的数字量输出板卡一个实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的数字量输出板卡又一个实施例的结构示意图；

图3为图2所示实施例的数字量输出板卡的背板接口单元一种实现方法的电路图；

图4为图2所示实施例的数字量输出板卡的第一通信单元一种实现方法的电路图；

图5为图2所示实施例的数字量输出板卡的第二通信单元一种实现方法的电路图；

图6为图2所示实施例的数字量输出板卡的控制单元一种实现方法的电路图；

图7为图2所示实施例的数字量输出板卡的信号输出单元一种实现方法的电路图；

图8为图2所示实施例的数字量输出板卡的对外接口单元一种实现方法的电路图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例及附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明提供的数字量输出板卡一个实施例的结构示意图。如图1所示，该数字量输出板卡包括：背板接口单元11、第一通信单元12、第二通信单元13、控制单元14、至少一个信号输出单元15以及对外接口单元16，其中：

背板接口单元11，用于接收网关输出的第一数字量信号，并将第一数字量信号输入至第一通信单元12或第二通信单元13；还用于为第一通信单元12、第二通信单元13控制单元14和信号输出单元15输入第一电源信号；

具体的，背板接口单元11可以为现有的F型连接器。列车通信网络中的MVB网络通过网关将第一数字量信号通过背板接口单元11输入至第一通信单元12或第二通信单元13中。其中，第一通信单元12为主通信单元，第二通信单元13为备用通信单元。当第一通信单元12正常工作时，则第二通信单元13不启动接收第一数字量信号；当第一通信单元12出现故障时，第二通信单元13启动接收第一数字量信号。数字量输出板卡外部的电源通过网关将第一电源信号通过背板接口单元11输入至第一通信单元12、第二通信单元13控制单元14和信号输出单元15中，作为其工作电源。

第一通信单元12，用于对背板接口单元11输入的第一数字量信号进行协议转换得到第二数字量信号，并将第二数字量信号输入至控制单元14；

具体的，第一通信单元12可以作为主通信单元，接收网关通过背板接口单元11输入的第一数字量信号，并对第一数字量信号进行协议转换，即转换为相应协议格式的第二数字量信号，将第二数字量信号输入至控制单元14中。其中，第一通信单元12可以为控制器局域网络CANopen总线通信单元，即可以通过基于CANopen协议的控制器局域网络CAN总线进行通信。

第二通信单元13，用于在第一通信单元12出现故障时，接收背板接口单元11输入的第一数字量信号，对第一数字量信号进行转换得到第三数字量信号，并将第三数字量信号输入至控制单元14；

具体的，第二通信单元13可以作为备用通信单元，在主通信单元即第一通信单元12出现故障时，接收网关通过背板接口单元11输入的第一数字量信号，并对第一数字量信号进行协议转换，即转换为相应协议格式的第三数字量信号，将第三数字量信号输入至控制单元14中。其中，第二通信单元13可以为RS485总线通信单元，即可以通过基于RS485协议的总线进行通信。

控制单元14，用于根据接收到的第一通信单元12输入的第二数字量信号或第二通信单元13输入的第三数字量信号生成控制信号，并将控制信号输入至信号输出单元15；

具体的，控制单元14接收第一通信单元12输入的第二数字量信号或第二通信单元13输入的第三数字量信号，并对第二数字量信号或第三数字量信号进行处理，例如计算、移位等，生成控制信号，并将控制信号输入至信号输出单元15。

信号输出单元15，用于接收控制单元14输入的控制信号，根据控制信号将对外接口单元16输入的第二电源信号输入至对外接口单元16；

对外接口单元16，用于为信号输出单元15输入第二电源信号，接收信号输出单元15输入的第二电源信号，并将第二电源信号输入至受控设备以启动受控设备。

具体的，对外接口单元16可以为现有的F型插头。列车110V直流总线通过对外接口单元16和信号输出单元15的输入端电连接，列车110V直流总线产生第二电源信号，信号输出单元15的输出端通过对外接口单元16和受控设备电连接，信号输出单元15的控制端接收控制单元14输入的控制信号，并在控制信号的控制下，接通或断开信号输出单元15的输入端和输出端之间的电连接，以启动或停止受控设备，实现对受控设备的控制。

进一步的，控制单元14，还用于接收到第一通信单元12输入的第二数字量信号后，向第一通信单元12返回响应信号；

第一通信单元12，还用于将响应信号通过背板接口单元11发送至网关；

第二通信单元13，具体用于当网关在设定时间内未接收到响应信号时，接收网关通过背板接口单元11输入的第一数字量信号。

具体的，控制单元14在接收到第一通信单元12输入的第二数字量信号后，向第一通信单元12返回响应信号，第一通信单元12接收控制单元14返回的响应信号，并将响应信号通过背板接口单元11发送至网关，如果网关接收到响应信号，则不改变通信方式，如果网关在设定时间内未接收到响应信号，则通过背板接口单元11将第一数字量信号输入至第二通信单元13。

本实施例提供的数字量输出板卡，在第一通信单元出现故障时，通过第二通信单元实现网卡和受控设备之间的通信，使得数字量输出板卡的通信更稳定，提高安全性。

图2为本发明提供的数字量输出板卡又一个实施例的结构示意图。如图2所示，在图1所示实施例的基础上，第一通信单元12具体可以包括：第一保护电路21、滤波电路22和第一信号转换电路23，其中：

第一保护电路21，用于将接收到的第一数字量信号的电压保持在第一设定电压范围内；

滤波电路22，用于对第一保护电路21输出的电信号进行滤波处理；

第一信号转换电路23，用于对滤波电路22输出的电信号进行协议转换得到第二数字量信号并输入至控制单元14。

在图1所示实施例的基础上，第二通信单元13具体可以包括：第二保护电路24和第二信号转换电路25，其中：

第二保护电路24，用于将接收到的第一数字量信号的电压保持在第二设定电压范围内；

第二信号转换电路25，用于对第二保护电路24输出的电信号进行协议转换得到第三数字量信号并输入至控制单元14。

在图1所示实施例的基础上，控制单元14具体可以包括：程序下载电路26、电源转换电路27、晶振电路28和处理模块29，其中：

程序下载电路26，用于接收用户输入的程序，并将程序转换成处理信号输入至处理模块29；

电源转换电路27，用于对背板接口单元11输入的电源信号进行转换得到工作电源信号，并将工作电源信号输入给处理模块29和程序下载电路26；

晶振电路28，用于产生时钟信号，并将时钟信号输入给处理模块29；

处理模块29，用于在处理信号和时钟信号的控制下，根据接收到的第二数字量信号或第三数字量信号生成控制信号，并将控制信号输入至信号输出单元15。

进一步的，控制单元14还可以包括：代码接收端口；

背板接口单元11，还用于接收网关发送的第一代码信息，并将第一代码信息发送至代码接收端口；

第二数字量信号或第三数字量信号中还携带第二代码信息；

处理模块29，还用于比较第一代码信息和第二代码信息，若第一代码信息和第二代码信息不相同，则停止接收第二数字量信号或第三数字量信号。

在图1所示实施例的基础上，信号输出单元15具体可以包括：反相电路30和控制电路31，其中：

反相电路30，用于接收控制单元14输入的控制信号，对控制信号进行反相处理；

控制电路31，用于根据反相处理后得到的信号，向对外接口单元16输入第二电源信号。

图3-图8为图2所示实施例的数字量输出板卡一种实现方法的电路图，其中：

图3为图2所示实施例的数字量输出板卡的背板接口单元一种实现方法的电路图。如图3所示，背板接口单元11具体可以为现有的F型连接器（例如型号为CNVME48的连接器）。数字量输出板卡外部5V的直流电源通过网关将第一电源信号通过背板接口单元11的引脚（和+5v连接的引脚）输入至第一通信单元12、第二通信单元13、控制单元14和信号输出单元15中，作为其工作电源。网关发送的第一代码信息通过背板接口单元11的引脚（和BM0-BM3连接的引脚）输入至控制单元14中。列车通信网络中的MVB网络通过网关将携带有第二代码信息的第一数字量信号，通过背板接口单元11的引脚（和CAN1H、CAN1L连接的引脚）输入至第一通信单元12，或通过背板接口单元11的引脚（和A485、B485连接的引脚）输入至第二通信单元13中。

图4为图2所示实施例的数字量输出板卡的第一通信单元一种实现方法的电路图。如图4所示，第一通信单元12，采用基于CANopen协议的CAN总线进行通信，通过CAN1H、CAN1L端口接收网关通过背板接口单元11的引脚（和CAN1H、CAN1L连接的引脚）输入的第一数字量信号。由瞬态电压抑制器TVS1组成的第一保护电路21，将第一数字量信号的电压保持在5V左右，由共模电感TRANS1组成的滤波电路22，对信号进行滤波处理，由信号转换芯片TJA1050组成的第一信号转换电路23，对信号进行协议转换，即转换为CANopen协议格式的第二数字量信号，并通过CAN1RX、CAN1TX端口将第二数字量信号输入至控制单元14中。+5V为第一电源信号输入端口。

图5为图2所示实施例的数字量输出板卡的第二通信单元一种实现方法的电路图。如图5所示，第二通信单元13，采用基于RS485协议的总线进行通信，在第一通信单元12出现故障时，通过A485、B485端口接收网关通过背板接口单元11的引脚（和A485、B485连接的引脚）输入的第一数字量信号。由瞬态电压抑制器TVS2组成的第二保护电路24，将第一数字量信号的电压保持在5V左右，由信号转换芯片MAX485组成的第二信号转换电路25，对信号进行协议转换，即转换为RS485协议格式的第三数字量信号，并通过USART RTS、USART TX、USART RX端口将第三数字量信号输入至控制单元14中。+5V为第一电源信号输入端口。

图6为图2所示实施例的数字量输出板卡的控制单元一种实现方法的电路图。如图6所示，控制单元14通过由控制芯片C8051f040组成的处理模块29的引脚（和CAN1 RX、CAN1 TX连接的引脚），接收第一通信单元12通过CAN1 RX、CAN1 TX端口输入的第二数字量信号。控制单元14通过处理模块29的引脚（和USART RTS、USART TX、USART RX连接的引脚），接收第二通信单元13通过USART RTS、USART TX、USART RX端口输入的第三数字量信号。控制单元14通过处理模块29的引脚（和+3V3连接的引脚），接收由芯片AS1117M3组成的电源转换电路27输入的+3.3V的直流电信号，作为工作电源，+5V为第一电源信号输入端口。控制单元14通过处理模块29的引脚（和XTAL1、XTAL2连接的引脚），接收由电容C1、C2等组成的晶振电路28输入的时钟信号。控制单元14通过处理模块29的引脚（和TMS、TCK、TDI、TDO连接的引脚），接收由芯片IDC10组成的程序下载电路26输入的处理信号。程序下载电路26接收用户输入的程序，并将程序转换为处理信号输入至处理模块29。处理模块29，在处理信号和时钟信号的控制下，对接收到的第二数字量信号或第三数字量信号，进行计算、移位等处理，生成16路控制信号，并将16路控制信号通过引脚（和D1-D16连接的引脚）输入至信号输出单元15，16路控制信号的电压为0V或3.3V。控制单元14通过处理模块29的引脚（和BM0-BM3连接的引脚）接收网关通过背板接口单元11的引脚（和BM0-BM3连接的引脚）输入的第一代码信息，并和第二数字量信号或第三数字量信号中携带的第二代码信息作比较，如果一致，则接收第二数字量信号或第三数字量信号，如果不一致，则拒绝接收第二数字量信号或第三数字量信号。

图7为图2所示实施例的数字量输出板卡的信号输出单元一种实现方法的电路图。图2所示实施例的数字量输出板卡包括四个如图7所示的信号输出单元，下面以一个信号输出单元为例进行描述。图7为一个信号输出单元15的结构示意图，如图7所示，信号输出单元15通过D1、D2、D3和D4端口接收控制单元14通过引脚（和D1-D4连接的引脚）输入的4路控制信号，以第一路控制信号为例，由反相器SN74HC14D组成的反相电路30对D1端口输入的第一路控制信号进行反相处理，具体的，如果第一路控制信号的电压为0V，则经过反相处理后变换为3.3V；如果第一路控制信号的电压为3.3V，则经过反相处理后变换为0V。控制电路31可以由型号为MC1413BDG的金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor，简称MOS）场效应晶体管以及型号为RY612005的继电器组成，继电器的动触点K11通过COM1端口和对外接口单元16相连，并通过对外接口单元16和列车110V直流总线相连，继电器的静触点K12可以通过OFF1端口和第一受控设备电连接，继电器的静触点K13可以通过OUT1端口和第二受控设备电连接，当反相处理后的信号的电压为3.3V时，MOS管导通，继电器得电：继电器的动合触点K11、K12断开，切断第一受控设备和列车110V直流总线之间的电连接，从而停止第一受控设备运行；继电器的动断触点K11、K13闭合，接通第二受控设备和列车110V直流总线之间的电连接，从而启动第二受控设备运行。当反相处理后的信号的电压为0V时，MOS管不导通，继电器失电：继电器的动合触点K11、K12闭合，接通第一受控设备和列车110V直流总线之间的电连接，从而启动第一受控设备运行；继电器的动断触点K11、K13断开，切断第二受控设备和列车110V直流总线之间的电连接，从而停止第二受控设备运行。对于第二路、第三路和第四路控制信号，继电器的动触点通过VOUT+端口和对外接口单元16相连，并通过对外接口单元16和列车110V直流总线相连，继电器的静触点可以分别通过OUT2、OUT3和OUT4端口和受控设备电连接。+5V为第一电源信号输入端口。

图8为图2所示实施例的数字量输出板卡的对外接口单元一种实现方法的电路图。如图8所示，对外接口单元16具体可以为现有的F型连接器（例如型号为CNVME48的连接器）。受控设备通过对外接口单元16的引脚（和OFF1、OFF2、OUT2-OUT15连接的引脚），和信号输出单元15的继电器的静触点电连接。列车110V直流总线通过对外接口单元16的引脚（和COM1、COM2、VOUT+连接的引脚），和信号输出单元15的继电器的动触点电连接。

本实施例提供的数字量输出板卡，在第一通信单元出现故障时，通过第二通信单元实现网卡和受控设备之间的通信，使得数字量输出板卡的通信更稳定，提高安全性。

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。

Claims (8)

1.一种数字量输出板卡，其特征在于，包括：背板接口单元、第一通信单元、第二通信单元、控制单元、至少一个信号输出单元以及对外接口单元，其中：

所述背板接口单元，用于接收网关输出的第一数字量信号，并将所述第一数字量信号输入至所述第一通信单元或所述第二通信单元；还用于为所述第一通信单元、所述第二通信单元、所述控制单元和所述信号输出单元输入第一电源信号；

所述第一通信单元，用于对所述背板接口单元输入的所述第一数字量信号进行协议转换得到第二数字量信号，并将所述第二数字量信号输入至所述控制单元；

所述第二通信单元，用于在所述第一通信单元出现故障时，接收所述背板接口单元输入的所述第一数字量信号，对所述第一数字量信号进行转换得到第三数字量信号，并将所述第三数字量信号输入至所述控制单元；

所述控制单元，用于根据接收到的所述第一通信单元输入的所述第二数字量信号或所述第二通信单元输入的所述第三数字量信号生成控制信号，并将所述控制信号输入至所述信号输出单元；

所述信号输出单元，用于接收所述控制单元输入的所述控制信号，根据所述控制信号将所述对外接口单元输入的第二电源信号输入至所述对外接口单元；

所述对外接口单元，用于为所述信号输出单元输入所述第二电源信号，接收所述信号输出单元输入的所述第二电源信号，并将所述第二电源信号输入至受控设备以启动所述受控设备。

2.根据权利要求1所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述控制单元，还用于接收到所述第一通信单元输入的所述第二数字量信号后，向所述第一通信单元返回响应信号；

所述第一通信单元，还用于将所述响应信号通过所述背板接口单元发送至所述网关；

所述第二通信单元，具体用于当所述网关在设定时间内未接收到所述响应信号时，接收所述网关通过所述背板接口单元输入的所述第一数字量信号。

3.根据权利要求1所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述第一通信单元包括：第一保护电路、滤波电路和第一信号转换电路，其中：

所述第一保护电路，用于将接收到的所述第一数字量信号的电压保持在第一设定电压范围内；

所述滤波电路，用于对所述第一保护电路输出的电信号进行滤波处理；

所述第一信号转换电路，用于对所述滤波电路输出的电信号进行协议转换得到第二数字量信号并输入至所述控制单元。

4.根据权利要求3所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述第二通信单元包括：第二保护电路和第二信号转换电路，其中：

所述第二保护电路，用于将接收到的所述第一数字量信号的电压保持在第二设定电压范围内；

所述第二信号转换电路，用于对所述第二保护电路输出的电信号进行协议转换得到第三数字量信号并输入至所述控制单元。

5.根据权利要求4所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述控制单元包括：程序下载电路、电源转换电路、晶振电路和处理模块，其中：

所述程序下载电路，用于接收用户输入的程序，并将所述程序转换成处理信号输入至所述处理模块；

所述电源转换电路，用于对所述背板接口单元输入的所述电源信号进行转换得到工作电源信号，并将所述工作电源信号输入给所述处理模块和所述程序下载电路；

所述晶振电路，用于产生时钟信号，并将所述时钟信号输入给所述处理模块；

所述处理模块，用于在所述处理信号和所述时钟信号的控制下，根据接收到的所述第二数字量信号或所述第三数字量信号生成所述控制信号，并将所述控制信号输入至所述信号输出单元。

6.根据权利要求5所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述控制单元还包括：代码接收端口；

所述背板接口单元，还用于接收所述网关发送的第一代码信息，并将所述第一代码信息发送至所述代码接收端口；

所述第二数字量信号或所述第三数字量信号中还携带第二代码信息；

所述处理模块，还用于比较所述第一代码信息和所述第二代码信息，若所述第一代码信息和所述第二代码信息不相同，则停止接收所述第二数字量信号或所述第三数字量信号。

7.根据权利要求6所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述信号输出单元包括：反相电路和控制电路，其中：

所述反相电路，用于接收所述控制单元输入的所述控制信号，对所述控制信号进行反相处理；

所述控制电路，用于根据反相处理后得到的信号，向所述对外接口单元输入所述第二电源信号。

8.根据权利要求7所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述第一通信单元为控制器局域网络CANopen总线通信单元，所述第二通信单元为RS485总线通信单元。

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