專利名稱：基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)車車輛通信網(wǎng)絡(luò)，特別是一種基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采
集裝置。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)機(jī)車車輛通信網(wǎng)絡(luò)主要采用TCN標(biāo)準(zhǔn)，車輛總線采用MVB，總線速度為I. 5MBit/s, TCN協(xié)議具有非常良好的實(shí)時(shí)性、確定性，但是其帶寬限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用，數(shù)據(jù)的單點(diǎn)高速上載和下載、流媒體的傳輸、故障信息的傳輸、列車信息化等都要求網(wǎng)絡(luò)在具有確定性和實(shí)時(shí)性的同時(shí)，要具有更高的帶寬。以太網(wǎng)作為更高帶寬的網(wǎng)絡(luò)，所以后續(xù)以太網(wǎng)作為機(jī)車車輛通信網(wǎng)絡(luò)是一種發(fā)展趨勢(shì)，目前已經(jīng)有采用以太網(wǎng)作為機(jī)車通信網(wǎng)絡(luò)的成熟產(chǎn)品，作為機(jī)車控制中關(guān)鍵的數(shù)據(jù)采集裝置能夠方便的接入機(jī)車以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中，開發(fā)出具有實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議接口的數(shù)據(jù)采集裝置迫在眉睫。 目前采用MVB/RS485/CAN總線的車載數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用模塊式的結(jié)構(gòu)居多，其結(jié)構(gòu)見圖1，基本上都是CPU板加接口板的形式，板與板之間只是采用連接器進(jìn)行電氣連接，不是采用總線連接，可擴(kuò)展性不高；通信速度不夠快，實(shí)時(shí)性較差，由于RS485總線和CAN總線在速度上不能保證很好的實(shí)時(shí)性，同時(shí)在網(wǎng)關(guān)上轉(zhuǎn)發(fā)還有一定的延時(shí)，這樣很難從根本上保證其實(shí)時(shí)性，特別是對(duì)于實(shí)行性很高的關(guān)鍵信號(hào)實(shí)時(shí)性很難保證，并且此種結(jié)構(gòu)不能直接實(shí)現(xiàn)從-從通訊，必須通過主站中轉(zhuǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，提高數(shù)據(jù)采集裝置的通信速度，滿足機(jī)車控制的實(shí)時(shí)性要求，實(shí)現(xiàn)從-從直接通訊。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，包括中央處理板、數(shù)據(jù)采集板、電源板，中央處理板包括板極電源、處理器、連接器，板極電源為處理器提供電源，中央處理板上的連接器通過總線與數(shù)據(jù)采集板上的連接器連接，電源板與中央處理板、數(shù)據(jù)采集板連接；所述中央處理板還包括CPLD、FPGA芯片、以太網(wǎng)控制芯片、以太網(wǎng)接口、RS232接口，CPLD與處理器雙向連接，F(xiàn)PGA通過緩沖器與CPLD雙向連接，以太網(wǎng)控制芯片通過變壓器與以太網(wǎng)接口雙向連接，RS232接口與處理器雙向連接。數(shù)據(jù)采集板可以為一塊或者多塊，可以視實(shí)際情況選擇其數(shù)量。本實(shí)用新型通訊速度較快，通訊周期可達(dá)到IOmS以內(nèi)；能夠直接接入以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，不需要增加額外的硬件設(shè)備，直線實(shí)現(xiàn)從-從通訊，且實(shí)時(shí)性高。

圖I為現(xiàn)有的車載數(shù)據(jù)采集設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖；[0009]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例中央處理板結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例板極電源電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施例處理器配置電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施例CPLD的JTAG下載電路原理圖；圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施例數(shù)據(jù)采集板結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖2和圖3所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例包括一塊中央處理板、四塊數(shù)據(jù)采集板和一塊電源板，中央處理板包括板極電源、處理器、連接器、CPLD、FPGA芯片、以太網(wǎng)控制芯片、以太網(wǎng)接口、RS232接口，CPLD與處理器雙向連接，F(xiàn)PGA通過緩沖器與CPLD雙向連接，以太網(wǎng)控制芯片通過變壓器與以太網(wǎng)接口雙向連接，RS232接口與處理器雙向連接，板極電源為處理器提供電源，中央處理板上的連接器通過總線與數(shù)據(jù)采集板上的連接器連接，電源板與中央處理板、數(shù)據(jù)采集板連接。板極電源電路原理圖見圖4，3V電源VDD33采用LM2853實(shí)現(xiàn)，其最大輸出電流為3 A，正常使用效率大于90%，本單板實(shí)際采用的型號(hào)是LM2853MH-3. 3。LM2853可以通過配置不同的緩啟動(dòng)電容來調(diào)整輸出啟動(dòng)時(shí)間(即從0到最終電平經(jīng)歷的延時(shí))，這為一些對(duì)上電時(shí)序有特殊要求的器件的電源設(shè)計(jì)提供了方便。圖中的VDDR為MCU內(nèi)部LDO的輸入管腳，輸入電壓范圍為3. 13-5. 5V,這里接單板3. 3V電源VDD33 ；VDD為MC9S12XEP100CAG的內(nèi)核電源，可由芯片外部提供也可由芯片內(nèi)部電源模塊的LDO提供，本實(shí)施例是由芯片內(nèi)部的LDO提供，工作的電壓典型值為I. 84V，VDD外部接220nF的X7R陶瓷電容提高電源的穩(wěn)定性；VDDPLL (典型值為2. 82V)和VDDF (典型值為I. 84V)分別為MCU的鎖相環(huán)電源和內(nèi)部FLASH模塊電源，他們和VDD —樣即可由芯片外部提供也可由芯片內(nèi)部電源模塊的LD0，這里都是由芯片內(nèi)部的LDO提供，外部接的220nF電容也是為提高內(nèi)部電源的穩(wěn)定性；VDDAl為芯片模擬輸入的電源，采用5V供電，為提高電源的精度同時(shí)減小模擬電源對(duì)VCC的干擾在VCC和VDDAl之間使用了一個(gè)小的型濾波電路，其中IOuH電感的通流量為0. 2A。另外模擬輸入的參考電平VRH通過一個(gè)磁珠接VDDAl，VRL通過0歐姆電阻接地；VDDX1-VDDX4為MCU的IO電源，這里接VDD33 (由芯片外部的板級(jí)電源LM2853提供)并且在每個(gè)電源管腳接一個(gè)0. IuF和一個(gè)InF的去藕電容，另外為提高M(jìn)CU的ESD防護(hù)性能，在VDDAl和VDDX之間加了二極管D10，保證在上電/下電期間VDDX的電壓在任何時(shí)候都不會(huì)比VDDAl高出超過D6的正向?qū)妷?。?duì)于單板上的模擬地和數(shù)字信號(hào)地采用共地的模式，統(tǒng)一接信號(hào)地。處理器(CPU)采用FreeScale公司的MC9S12XEP100CAG，CPU的片上外設(shè)資源包括8個(gè)SCI通信接口、4個(gè)CAN2. 0通信接口、2個(gè)I2C接口、24路模擬輸入、lMflash、64K SRAM等等。在本單板的應(yīng)用中除了片上FLASH和SRAM，其它主要使用到I個(gè)SCI接口，用于RS232通信。為保證CPU在上電復(fù)位后能工作在需要的模式下，所以設(shè)置如圖5所示配置電路。CPLD 采用 ALTERA 的 EPM1270T144I5N，其 JTAG 下載電路見圖 6。實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的控制芯片(MAC+PHY)采用KSZ8842-16MVL.該芯片支持6/16位的處理器接口，內(nèi)部集成了兩路以太網(wǎng)控制MAC和10/100BASE-T/TX PHY接口。[0020]變壓器采用I3ULSE的HX1188NLT，該變壓器為10/100BASE-T的單端口表面貼型器件，其共模隔離電壓達(dá)1500V，發(fā)送和接收端的變壓器比為I :1，100KHZ-100MHZ頻率下工作時(shí)插入損耗為-I. O。連接器采用pheonix公司的工業(yè)級(jí)的4芯M12插座，其額定電壓為250V，40°C時(shí)的額定電流為4A，絕緣電阻大于100M。數(shù)據(jù)采集板結(jié)構(gòu)示意圖見圖7，采集板上包括數(shù)據(jù)采集調(diào)理通道，背板總線接口，CPLD電路，CPLD主要實(shí)現(xiàn)總線信號(hào)的譯解碼和數(shù)據(jù)的采集和輸出，同時(shí)需要實(shí)現(xiàn)總線的訪問的沖突控制，背板總線接口主要實(shí)現(xiàn)AMS總線從的物理通道，板選地址主要是確定板所在槽位的硬線地址，CPLD邏輯進(jìn)行譯碼判斷。電源板采用模塊電源，其輸出5V，±15V，±24V，其中電源板上的+5V，+15V具有冗余功能，這樣提高裝置的電源可靠性，電源可靠性高是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性的有力保證。所述FPGA為EP3C40F484芯片；為所述處理器設(shè)置了配置電路，配置電路采用74LVC244APW芯片；所述數(shù)據(jù)采集板包括CPLD、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，CPLD與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片雙向連接。
權(quán)利要求1.一種基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，包括中央處理板、數(shù)據(jù)采集板、電源板，中央處理板包括板極電源、處理器、連接器，板極電源為處理器提供電源，其特征在于，中央處理板上的連接器通過總線與數(shù)據(jù)采集板上的連接器連接，電源板與中央處理板、數(shù)據(jù)采集板連接；所述中央處理板還包括CPLD、FPGA芯片、以太網(wǎng)控制芯片、以太網(wǎng)接口、RS232接口，CPLD與處理器雙向連接，F(xiàn)PGA通過緩沖器與CPLD雙向連接，以太網(wǎng)控制芯片通過變壓器與以太網(wǎng)接口雙向連接，RS232接口與處理器雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述板極電源采用LM2853芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述處理器采用MC9S12XEP100芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述 FPGA 為 EP3C40F484 芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述以太網(wǎng)控制芯片為KSZ8842芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，為所述處理器設(shè)置了配置電路，配置電路采用74LVC244APW芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集板包括CPLD、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，CPLD與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片雙向連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或7所述的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述CPLD 為 EPMl270 芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集板數(shù)量為一塊以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述變壓器為HX1188NLT變壓器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的車載數(shù)據(jù)采集裝置，包括中央處理板、數(shù)據(jù)采集板、電源板，中央處理板包括板極電源、處理器、連接器、CPLD、FPGA芯片、以太網(wǎng)控制芯片、以太網(wǎng)接口、RS232接口，CPLD與處理器雙向連接，F(xiàn)PGA通過緩沖器與CPLD雙向連接，以太網(wǎng)控制芯片通過變壓器與以太網(wǎng)接口雙向連接，RS232接口與處理器雙向連接，本實(shí)用新型通訊速度較快，通訊周期可達(dá)到10ms以內(nèi)；能夠直接接入以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，不需要增加額外的硬件設(shè)備，直線實(shí)現(xiàn)從-從通訊，且實(shí)時(shí)性高。
文檔編號(hào)G05B19/418GK202502402SQ201220124659
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者付如愿, 易偉民, 楊衛(wèi)峰, 江守亮, 汪文心, 王強(qiáng), 羅林, 袁智巧, 賀盛文 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司