專利名稱：Wtb-rs232網(wǎng)關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
WTB-RS232網(wǎng)關(guān)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及符合TCN標(biāo)準(zhǔn)的WTB網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，是具有1^232總線通信 能力的WTB網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備。廣泛應(yīng)用于鐵路列車、地鐵列車和城市軌道交通車輛等實(shí)時(shí) 性要求較高、能夠自動(dòng)編組的工業(yè)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]IEC61375-1《列車通信網(wǎng)絡(luò)》簡(jiǎn)稱TCN標(biāo)準(zhǔn)，是一項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也是我國(guó)鐵 路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。TCN標(biāo)準(zhǔn)是為鐵路機(jī)車車輛這一特殊應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它制 定了一個(gè)開放的通信系統(tǒng)，從而使得各種鐵道機(jī)車車輛能夠相互聯(lián)掛、不同廠商的設(shè)備 能夠互聯(lián)。TCN標(biāo)準(zhǔn)一共定義了多功能車輛總線MVB和絞線式列車總線WTB兩種形 式，其中WTB總線連接一個(gè)車輛內(nèi)的設(shè)備，總線工作頻率為1.5Mbit/s，介質(zhì)為雙絞線或 光纖。WTB總線在鏈路層提供了兩種傳輸服務(wù)(1)過(guò)程數(shù)據(jù)周期性的，源尋址廣播 數(shù)據(jù)；(2)消息數(shù)據(jù)按需傳送的，目標(biāo)尋址的數(shù)據(jù)報(bào)文。[0003]RS232總線是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)普遍應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)是它的國(guó)際標(biāo) 準(zhǔn)。RS232總線標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO/C^I模型，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 RS232總線是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有突出的可 靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。[0004]目前，由于國(guó)內(nèi)RS232接口列車安全監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)要求，需要通過(guò)RS232接 口，將列車運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送到列車安全監(jiān)控系統(tǒng)中，方便于列車行車安全及維護(hù)。于是 WTB-RS232網(wǎng)關(guān)便成為TCN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)必需的關(guān)鍵設(shè)備，使得RS232與WTB網(wǎng)絡(luò)達(dá) 到無(wú)縫地結(jié)合。WTB-RS232網(wǎng)關(guān)的研制成功，標(biāo)志著全部WTB-RS232轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)攻 克，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的空白，使我國(guó)的TCN網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階，對(duì)于國(guó) 內(nèi)鐵路機(jī)車車輛行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新具有現(xiàn)實(shí)意義。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的WTB-RS232網(wǎng)關(guān)設(shè)備，主要應(yīng)用于鐵路列 車、地鐵列車和城市軌道交通行業(yè)的WTB網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，連接R^232網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。使 它既具有了 WTB過(guò)程數(shù)據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功能和總線管理功能，也具有R^232鏈路層和 應(yīng)用層功能。[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的[0007]一種WTB-RS232網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括以32位ARM7處理器為核心的， 外圍配置FLASH、SDRAM、電源管理電路、復(fù)位電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的核心處理電路、以8 位處理器和ESCC控制器為核心的WTB協(xié)議控制電路、以FPGA器件為核心的FPGA編 解碼處理器、以RS485協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的WTB總線驅(qū)動(dòng)器、以光耦 器件為核心的RS232隔離光耦和以R^232協(xié)議芯片為核心的RS232協(xié)議控制器；所述核 心處理電路中的電源管理電路通過(guò)5伏電源線、3.3伏電源線和地線為上述電路中的所有芯片提供供電電源；ARM7處理器NET+50芯片通過(guò)32根數(shù)據(jù)線和20根地址線異步訪 問(wèn)FLASPi，同時(shí)通過(guò)32根數(shù)據(jù)線和14根地址線同步訪問(wèn)SDRAM，完成程序的執(zhí)行； WTB總線上的冗余差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)兩組信號(hào)線分別傳送到WTB總線驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)FPGA 編解碼處理器轉(zhuǎn)化處理后，再存放于WTB協(xié)議控制電路IS62C10M芯片中；ARM7處理 器NET+50芯片通過(guò)16根數(shù)據(jù)線、19根地址線和控制線互鎖機(jī)制，優(yōu)先訪問(wèn)IS62C10M 芯片，并取得設(shè)備數(shù)據(jù)，再經(jīng)RS232隔離光耦HCPL0661進(jìn)行電氣隔離，傳送到RS232 協(xié)議控制器MAX232芯片把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，傳送到R^232總線。反之，從 RS232總線到WTB總線的設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程與上述方法相似。[0008]所述的核心處理電路包括中央處理器、FLASH、SDRAM、電源管理電路、復(fù)位電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘。其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。核心處理電路作為網(wǎng)關(guān)核心處理單 元，不僅完成WTB過(guò)程數(shù)據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功能和總線管理功能，也完成RS232應(yīng)用層 功能。[0009]所述的WTB協(xié)議控制電路是WTB網(wǎng)絡(luò)的核心部件，完成WTB總線鏈路層功 能；WTB總線驅(qū)動(dòng)器是以RS485協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的，完成WTB總線 物理層功能；FPGA編解碼處理器是總線信號(hào)編碼和解碼器件，完成WTB總線信號(hào)編解 碼功能。核心處理電路和WTB協(xié)議控制電路在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，通過(guò)控制信號(hào)來(lái)解決 訪問(wèn)沖突問(wèn)題，在雙方爭(zhēng)用同一地址單元時(shí)，其片內(nèi)硬件電路可根據(jù)兩邊的地址、片選 以及讀寫信號(hào)到達(dá)先后順序來(lái)裁決哪方有使用權(quán)，避免因此而產(chǎn)生的讀寫錯(cuò)誤。而WTB 協(xié)議控制電路生成HDLC報(bào)文，傳送到FPGA處理器轉(zhuǎn)化生成曼徹斯特信號(hào)，經(jīng)WTB總 線驅(qū)動(dòng)器完成對(duì)WTB總線的操作。[0010]所述的RS232協(xié)議控制器是RS232網(wǎng)絡(luò)的核心部件，完成RS232鏈路層功能； RS232隔離光耦是以光耦器件為核心的，將電平信號(hào)進(jìn)行電氣隔離。核心處理電路通過(guò) RS232隔離光耦進(jìn)行電氣信號(hào)隔離調(diào)整，再經(jīng)RS232協(xié)議控制器轉(zhuǎn)化電平信號(hào)，對(duì)1^232 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作。[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于[0012](1)本實(shí)用新型符合IEC61375和RS-232-C，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在WTB總線與RS232 總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換這一技術(shù)領(lǐng)域的空白。[0013](2)本實(shí)用新型通過(guò)了 RS232網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品例行試驗(yàn)項(xiàng)目，完成與國(guó)外RS232產(chǎn)品的 一致性測(cè)試。[0014](3)本實(shí)用新型通過(guò)了 TCN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品例行試驗(yàn)項(xiàng)目，完成與國(guó)外WTB產(chǎn)品的一 致性測(cè)試。


[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0016]圖2是本實(shí)用新型核心處理電路的硬件結(jié)構(gòu)圖。[0017]圖3是本實(shí)用新型中央處理器及其外圍電路接口電路圖；[0018]圖4是本實(shí)用新型WTB協(xié)議控制電路接口電路圖；[0019]圖5是本實(shí)用新型RS232協(xié)議控制器電路圖；[0020]圖1是本實(shí)用新型的說(shuō)明書摘要附圖。
具體實(shí)施方式
[0021]如圖1所示的一種WTB-RS232網(wǎng)關(guān)設(shè)備，包括核心處理電路、WTB協(xié)議控制 電路、FPGA編解碼處理器、WTB總線驅(qū)動(dòng)器、FPGA邏輯處理器、RS232隔離光耦和 1^232協(xié)議控制器，其中的核心處理電路通過(guò)WTB協(xié)議控制電路生成HDLC報(bào)文，傳 送到FPGA編解碼處理器轉(zhuǎn)化生成曼徹斯特信號(hào)，經(jīng)WTB總線驅(qū)動(dòng)器傳送到WTB總線 上；同時(shí)它也將數(shù)據(jù)通過(guò)R^232隔離光耦進(jìn)行電氣信號(hào)隔離，并經(jīng)RS232協(xié)議控制器中 轉(zhuǎn)化為鏈路層報(bào)文，傳送到R^232總線上去。[0022]所述的核心處理電路是以32位中央處理器為核心的，外圍配置FLASH、 SDRAM、電源管理電路、復(fù)位電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘。其中所述的中央處理器選用NetSilicon 公司的32位處理器NET+50，它內(nèi)嵌ARM7TDMI核，支持32位內(nèi)部總線，有40個(gè)可編 程I/O接口引腳，16個(gè)輸入接口引腳，36個(gè)可編程中斷。本系統(tǒng)中，處理器的晶振頻率 為18.432M，異步訪問(wèn)SDRAM的周期為60ns。由于WTB協(xié)議控制電路插入的等待時(shí) 間可達(dá)10us，因而處理器的訪問(wèn)速度保證了 WTB協(xié)議控制電路對(duì)WTB總線數(shù)據(jù)的可靠 接收和發(fā)送。[0023]所述的WTB協(xié)議控制電路是WTB網(wǎng)絡(luò)的核心部件，選用IS62C10M芯片、 Zilog公司的Z8S180芯片和Z85230芯片，具有WTB高級(jí)設(shè)備功能；WTB總線驅(qū)動(dòng)器是 以RS485協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的，選用Ltcl485和ZVN2106GTA芯片，具 有RS485差分信號(hào)收發(fā)及電平驅(qū)動(dòng)功能；FPGA邏輯處理器是WTB網(wǎng)絡(luò)的編解碼器，選 用Xilinx公司的XC2S30芯片，具有WTB總線編解碼功能。[0024]所述的RS232協(xié)議控制器是RS232網(wǎng)絡(luò)的核心部件，選用MAX232芯片，支持 RS-232-C規(guī)范；1^232隔離光耦是對(duì)信號(hào)進(jìn)行電氣隔離，選用HCPL0661器件。
權(quán)利要求1. 一種WTB-RS232網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括以32位ARM7處理器為核心的，外 圍配置FLASH、SDRAM、電源管理電路、復(fù)位電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的核心處理電路、以8位 處理器和ESCC控制器為核心的WTB協(xié)議控制電路、以FPGA器件為核心的FPGA編解 碼處理器、以RS485協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的WTB總線驅(qū)動(dòng)器、以光耦器 件為核心的RS232隔離光耦和以R^232協(xié)議芯片為核心的RS232協(xié)議控制器；所述核心 處理電路中的電源管理電路通過(guò)5伏電源線、3.3伏電源線和地線為上述電路中的所有芯 片提供供電電源；ARM7處理器NET+50芯片通過(guò)32根數(shù)據(jù)線和20根地址線異步訪問(wèn) FLASH,同時(shí)通過(guò)32根數(shù)據(jù)線和14根地址線同步訪問(wèn)SDRAM，完成程序的執(zhí)行；WTB 總線上的冗余差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)兩組信號(hào)線分別傳送到WTB總線驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)FPGA編解 碼處理器轉(zhuǎn)化處理后，再存放于WTB協(xié)議控制電路IS62C10M芯片中；ARM7處理器 NET+50芯片通過(guò)16根數(shù)據(jù)線、19根地址線和控制線互鎖機(jī)制，優(yōu)先訪問(wèn)IS62C10M芯 片，并取得設(shè)備數(shù)據(jù)，再經(jīng)RS232隔離光耦HCPL0661進(jìn)行電氣隔離，傳送到R^232協(xié) 議控制器MAX232芯片把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，傳送到RS232總線。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種WTB-RS232網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括核心處理電路、WTB協(xié)議控制電路、FPGA編解碼處理器、WTB總線驅(qū)動(dòng)器、RS232隔離光耦和RS232協(xié)議控制器。核心處理電路通過(guò)WTB協(xié)議控制電路生成HDLC報(bào)文，傳送到FPGA編解碼處理器轉(zhuǎn)化成曼徹斯特信號(hào)，經(jīng)WTB總線驅(qū)動(dòng)器傳送到WTB總線上；同時(shí)它也將數(shù)據(jù)經(jīng)RS232隔離光耦傳送到RS232協(xié)議控制器中轉(zhuǎn)化為鏈路層報(bào)文并形成電平信號(hào)，傳送到RS232總線上去。本實(shí)用新型具有WTB過(guò)程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)管理功能，也具有RS232總線鏈路層和應(yīng)用層功能?？蓮V泛應(yīng)用于鐵路列車、地鐵列車和城市軌道交通車輛等和自動(dòng)編組的工業(yè)控制領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04L12/66GK201813384SQ20102027024
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者于躍, 夏福坤, 姜悅禮, 張小鈴, 牟巖 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心