機(jī)車牽引控制單元硬件平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)車牽引控制單元硬件平臺(tái)，其特征在于：包括中央處理單元、數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、復(fù)雜可編程邏輯器件；中央處理單元用于實(shí)現(xiàn)牽引控制單元調(diào)試任務(wù)的控制調(diào)試過程；數(shù)字信號(hào)處理器用于實(shí)現(xiàn)牽引控制單元的上電復(fù)位過程和接口選通等組合邏輯控制；所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列用于實(shí)現(xiàn)將外部總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為板級(jí)內(nèi)部PCI總線，同時(shí)完成對(duì)牽引控制單元各個(gè)信號(hào)的時(shí)序控制調(diào)試過程；復(fù)雜可編程邏輯器件通用于實(shí)現(xiàn)牽引控制單元各個(gè)組合邏輯控制過程，完成IO接口的信號(hào)采集以及現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的調(diào)試配置過程。該平臺(tái)能夠使得硬件電路設(shè)計(jì)模板化，降低總體設(shè)計(jì)成本以及提高后期開發(fā)效率，一定程度上滿足牽引控制單元的功能擴(kuò)展需求。
【專利說明】機(jī)車牽引控制單元硬件平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于硬件電路原理設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)車牽引控制單元板級(jí)硬件電路結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于電力機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車等領(lǐng)域牽弓I控制單元開發(fā)調(diào)試過程。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)車電控設(shè)備中，牽引控制單元是實(shí)現(xiàn)機(jī)車牽引、制動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)力控制裝置，其正常運(yùn)行與否關(guān)系到整車運(yùn)營(yíng)的成敗，屬于機(jī)車核心部件。牽引控制單元和其它電控設(shè)備的設(shè)計(jì)過程一樣，分硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
[0003]硬件設(shè)計(jì)是單元整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而電路原理總體設(shè)計(jì)又是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。在電路原理總體設(shè)計(jì)的過程中，由于設(shè)計(jì)人員理念和設(shè)計(jì)習(xí)慣的不同，為了實(shí)現(xiàn)同樣的功能不同的設(shè)計(jì)人員往往會(huì)設(shè)計(jì)出不同的電路，這就給調(diào)試人員以及后期硬軟件開發(fā)人員提出了更高的要求。如果在電路設(shè)計(jì)初期，采用一種通用的總體設(shè)計(jì)方案，那無(wú)論是從節(jié)約成本還是從提高后期開發(fā)效率等方面考慮，都將會(huì)起到事半功倍的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明旨在給出一種機(jī)車牽引控制單元板級(jí)硬件電路平臺(tái)結(jié)構(gòu)，該平臺(tái)能夠使得硬件電路設(shè)計(jì)模板化，降低總體設(shè)計(jì)成本以及提高后期開發(fā)效率，一定程度上滿足牽引控制單元的功能擴(kuò)展需求。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0006]機(jī)車牽引控制單元硬件平臺(tái)，其特征在于:包括中央處理單元、數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、復(fù)雜可編程邏輯器件；所述的中央處理單元通過PCI總線實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列通信連接，用于實(shí)現(xiàn)適應(yīng)不同機(jī)車類型多個(gè)牽引控制單元調(diào)試任務(wù)的控制調(diào)試過程；所述的數(shù)字信號(hào)處理器通過IO接口實(shí)現(xiàn)與復(fù)雜可編程邏輯器件通信連接，用于實(shí)現(xiàn)牽引控制單元的上電復(fù)位過程和接口選通等組合邏輯控制；所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列通過IO接口實(shí)現(xiàn)與復(fù)雜可編程邏輯器件通信連接并通過并行總線實(shí)現(xiàn)與數(shù)字信號(hào)處理器通信連接，用于實(shí)現(xiàn)將外部總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為板級(jí)內(nèi)部PCI總線，與CPU進(jìn)行通信用以控制外部模擬信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理，同時(shí)完成對(duì)牽引控制單元各個(gè)信號(hào)的時(shí)序控制調(diào)試過程；所述的復(fù)雜可編程邏輯器件通過IO接口實(shí)現(xiàn)與外部接口的連接，用于實(shí)現(xiàn)牽引控制單元各個(gè)組合邏輯控制過程，完成IO接口的信號(hào)采集以及現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的調(diào)試配置過程。
[0007]所述的中央處理單元裝載有VxWorks操作系統(tǒng)且內(nèi)部集成有多個(gè)PCI接口，用于直接實(shí)現(xiàn)將PCI設(shè)備掛接在PCI總線上。
[0008]所述的數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)部集成有增強(qiáng)型脈沖寬度調(diào)制EPWM模塊，可以很方便地對(duì)機(jī)車牽引功率模塊如IGBT等進(jìn)行控制，可編程程度高，靈活性高，易于理解和使用。
[0009]所述的數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)部集成有串行通信RS232接口和CAN接口，并將所述RS232和CAN接口擴(kuò)展到硬件平臺(tái)的電路板的DB9接口上，從而方便后期上位機(jī)開發(fā)調(diào)試。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:[0011]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了機(jī)車牽引控制單元硬件電路設(shè)計(jì)模板化設(shè)計(jì)，有效降低了總體設(shè)計(jì)成本；本發(fā)明硬件電路平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)清晰，功能完善，針對(duì)不同機(jī)車型號(hào)，只需修改DSP內(nèi)部牽引控制程序、機(jī)車總線轉(zhuǎn)內(nèi)部PCI總線協(xié)議、板卡內(nèi)部相關(guān)設(shè)備接口及通信數(shù)據(jù)即可完成，從而方便后續(xù)軟硬件開發(fā)以及后期調(diào)試，提高了后期開發(fā)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為機(jī)車牽引控制單元板級(jí)硬件電路平臺(tái)結(jié)構(gòu)原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014]如圖1所示，該牽引控制單元板級(jí)硬件電路平臺(tái)，主要包括裝有VxWorks操作系統(tǒng)的中央處理單元(CPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)以及復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。
[0015]所述的中央處理單元(CPU)其工作于PCI主設(shè)備模式，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)適應(yīng)不同機(jī)車類型多個(gè)牽引控制單元調(diào)試任務(wù)的控制調(diào)試過程，根據(jù)需要擴(kuò)展相應(yīng)的外設(shè)接口，并從可靠性、實(shí)時(shí)性、可裁剪性、易用性等方面考慮選擇預(yù)裝VxWorks操作系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)不同機(jī)車類型多個(gè)牽引控制單元諸如粘著控制、數(shù)據(jù)通信、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)等控制調(diào)試過程。
[0016]所述的中央處理單元(CPU)內(nèi)部集成有多個(gè)PCI接口，可直接將PCI設(shè)備掛接在總線上。
[0017]所述的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)內(nèi)部集成有串行通信RS232接口和CAN接口，并將所述RS232和CAN接口擴(kuò)展到硬件平臺(tái)的電路板的DB9接口上，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車牽引控制算法調(diào)試過程，上位機(jī)可通過RS232或者CAN對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器DSP進(jìn)行調(diào)試。所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP是專門面向機(jī)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)添加的，其內(nèi)部具有EPWM等模塊，可以很方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)車牽引核心控制算法調(diào)試；且05?內(nèi)部集成有外部總線接口，可以直接與FPGA進(jìn)行并行總線通信?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)需要頻繁更新DSP內(nèi)部機(jī)車牽引核心控制程序，故將DSP內(nèi)部CAN外設(shè)擴(kuò)展到電路板前端DB9接口，從而方便后期開發(fā)調(diào)試。所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)具有豐富的資源和全面的IO類型支持，可以將機(jī)車上諸如VME、MVB等外部總線轉(zhuǎn)換為板級(jí)內(nèi)部PCI總線，同時(shí)負(fù)責(zé)接口管理并完成對(duì)外脈沖、故障、I/0、AD采樣等信號(hào)的時(shí)序控制。
[0018]所述的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)用于實(shí)現(xiàn)牽引控制單元各個(gè)組合邏輯控制過程，完成IO接口的信號(hào)采集以及現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的調(diào)試配置過程，控制上電過程中總線的狀態(tài)，避免電路板對(duì)總線造成不可預(yù)期的影響。例如所述的CPLD可以管理CPU、FPGA的復(fù)位狀態(tài)及CPU、FPGA之間的啟動(dòng)順序或者采集外部現(xiàn)場(chǎng)IO數(shù)字量，送與FPGA和DSP進(jìn)行相應(yīng)處理。
[0019]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.機(jī)車牽引控制單元硬件平臺(tái)，其特征在于:包括中央處理單元、數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、復(fù)雜可編程邏輯器件；所述的中央處理單元通過PCI總線實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列通信連接，用于實(shí)現(xiàn)適應(yīng)不同機(jī)車類型多個(gè)牽引控制單元調(diào)試任務(wù)的控制調(diào)試過程；所述的數(shù)字信號(hào)處理器通過IO接口實(shí)現(xiàn)與復(fù)雜可編程邏輯器件通信連接，用于實(shí)現(xiàn)牽引控制單元的上電復(fù)位過程和接口選通等組合邏輯控制；所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列通過IO接口實(shí)現(xiàn)與復(fù)雜可編程邏輯器件通信連接并通過并行總線實(shí)現(xiàn)與數(shù)字信號(hào)處理器通信連接，用于實(shí)現(xiàn)將外部總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為板級(jí)內(nèi)部PCI總線，與CPU進(jìn)行通信用以控制外部模擬信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理，同時(shí)完成對(duì)牽引控制單元各個(gè)信號(hào)的時(shí)序控制調(diào)試過程；所述的復(fù)雜可編程邏輯器件通過IO接口實(shí)現(xiàn)與外部接口的連接，用于實(shí)現(xiàn)牽引控制單元各個(gè)組合邏輯控制過程，完成IO接口的信號(hào)采集以及現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的調(diào)試配置過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車牽引控制單元硬件平臺(tái)，其特征在于:所述的中央處理單元裝載有VxWorks操作系統(tǒng)且內(nèi)部集成有多個(gè)PCI接口，用于直接實(shí)現(xiàn)將PCI設(shè)備掛接在PCI總線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車牽引控制單元硬件平臺(tái)，其特征在于:所述的數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)部集成有增強(qiáng)型脈沖寬度調(diào)制EPWM模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車牽引控制單元硬件平臺(tái)，其特征在于:所述的數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)部集成有串行通信RS232接口和CAN接口，并將所述RS232和CAN接口擴(kuò)展到硬件平臺(tái)的電路板的DB9接口上。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103645723SQ201310723396
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】王瑞, 從巍, 尹亮, 宋慧峰 申請(qǐng)人:中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車研究所有限公司