專利名稱：Wtb-rs485網(wǎng)關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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RS485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)：
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MVB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。MVB總線在鏈路層提供了兩種 傳輸服務(wù)(1)過程數(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。
RS485總線是公認(rèn)的廣泛應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)是它的 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。RS485總線標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈 路層和應(yīng)用層。RS485總線是一種分布式控制和實(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。
目前，由于國(guó)內(nèi)RS485接口軸溫檢測(cè)裝置等設(shè)備的服務(wù)要求，國(guó)內(nèi)外先進(jìn) TCN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)需要通過RS485接口 ，將列車運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送到列車網(wǎng)絡(luò)控制 系統(tǒng)中，方便于列車行車安全。于是WTB-RS485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RS485與WTB網(wǎng)絡(luò)達(dá)到無縫地結(jié)合。雖然可以直接 采購(gòu)國(guó)外WTB-RS485網(wǎng)關(guān)，但是國(guó)內(nèi)還沒有應(yīng)用于機(jī)車車輛行業(yè)的具有自主知 識(shí)產(chǎn)權(quán)的WTB-RS485網(wǎng)關(guān)，所以WTB-RS485網(wǎng)關(guān)的研制成功，標(biāo)志著全部 WTB-RS485轉(zhuǎn)換技術(shù)己經(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
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的WTB-RS485網(wǎng)關(guān)設(shè)備，主要應(yīng)用于在 鐵路列車、地鐵列車和城市軌道行業(yè)的WTB網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，連接RS485網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備。它既具有WTB過程數(shù)據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功能和總線管理功能，也具有 RS485鏈路層和應(yīng)用層功能。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種WTB-RS485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RS485獨(dú)立協(xié)議芯片為核心的RS485協(xié)議控制器和 以電容濾波器為核心的RS485總線濾波器，其中所述的核心處理電路中的電源 管理電路通過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32根數(shù)據(jù)線和20根地址線異步訪問 FLASH,同時(shí)通過32根數(shù)據(jù)線和14根地址線同步訪問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 IS62C1024芯片中；ARM7處理器NET+50芯片通過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IS62C1024芯片，并取得設(shè)備數(shù)據(jù)，再經(jīng)RS485 協(xié)議控制器IL485芯片把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為己電氣隔離的串行數(shù)據(jù)，最后通過 RS485總線濾波器傳送到RS485總線上形成RS485標(biāo)準(zhǔn)差分信號(hào)，反之，從 RS485總線到WTB總線的設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸過程與上述方法相似。
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RS485鏈路層和應(yīng)用層功能。
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)，通過控制信號(hào)來解決訪問沖突問題，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)先后順序來裁決哪 方有使用權(quán)，避免因此而產(chǎn)生的讀寫錯(cuò)誤。
所述的RS485協(xié)議控制器是RS485網(wǎng)絡(luò)的核心部件，完成RS485鏈路層功 能。RS485協(xié)議控制器是以RS485獨(dú)立協(xié)議芯片為物理介質(zhì)的，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 己電氣隔離的差分電平信號(hào)；RS485總線濾波器是以電容濾波器件為核心的， 將差分信號(hào)進(jìn)行濾波，防止總線高頻信號(hào)干擾。核心處理電路通過RS485協(xié)議 控制器轉(zhuǎn)化生成己電氣隔離的差分電平信號(hào)，經(jīng)RS485總線濾波器對(duì)RS485網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)行操作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 本實(shí)用新型符合IEC61375禾B TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在 WTB網(wǎng)絡(luò)與RS485總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換這一技術(shù)領(lǐng)域的空白。
(2) 本實(shí)用新型通過了 RS485網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品例行試驗(yàn)項(xiàng)目，完成與國(guó)外RS485 產(chǎn)品的一致性測(cè)試。
(3) 本實(shí)用新型通過了 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。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型核心處理電路的硬件結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型中央處理器外圍電路接口電路圖4是本實(shí)用新型FPGA編解碼處理器接口電路圖5是本實(shí)用新型RS485議控制器及其外圍電路接口電路圖1是本實(shí)用新型的說明書摘要附圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示的一種WTB-RS485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、RS485協(xié)議控制器和RS485 總線濾波器，其中的核心處理電路通過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)傳送到RS485協(xié)議控制器中轉(zhuǎn)化為鏈路層差分電 平信號(hào)，經(jīng)RS485總線濾波器傳送到RS485總線上去。
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。
所述的WTB協(xié)議控制電路是WTB網(wǎng)絡(luò)的核心部件，選用IS62C1024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Xmnx公司的XC2S30芯片，具有WTB總 線編解碼功能。
所述的RS485協(xié)議控制器是RS485網(wǎng)絡(luò)的核心部件，選用IL485芯片，支 持TIA/EIA-485-A規(guī)范；RS485總線濾波器是以電容濾波器件為核心的，選用 EMIF383芯片，具有差分信號(hào)濾波作用，增強(qiáng)了 RS485總線驅(qū)動(dòng)功能，防止總 線高頻信號(hào)干擾。
權(quán)利要求1、一種WTB-RS485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RS485獨(dú)立協(xié)議芯片為核心的RS485協(xié)議控制器和以電容濾波器為核心的RS485總線濾波器，其中所述的核心處理電路中的電源管理電路通過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32根數(shù)據(jù)線和20根地址線異步訪問FLASH，同時(shí)通過32根數(shù)據(jù)線和14根地址線同步訪問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IS62C1024芯片中；ARM7處理器NET+50芯片通過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IS62C1024芯片，并取得設(shè)備數(shù)據(jù)，再經(jīng)RS485協(xié)議控制器IL485芯片把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為已電氣隔離的串行數(shù)據(jù)，最后通過RS485總線濾波器傳送到RS485總線上形成RS485標(biāo)準(zhǔn)差分信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種WTB-RS485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、RS485協(xié)議控制器和RS485總線濾波器。核心處理電路通過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)傳送到RS485協(xié)議控制器中轉(zhuǎn)化為鏈路差分電平信號(hào)，經(jīng)RS485總線濾波器傳送到RS485總線上去。本實(shí)用新型具有WTB過程數(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RS485鏈路層和應(yīng)用層功能。可廣泛應(yīng)用于鐵路列車、地鐵列車和城市軌道交通車輛等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04L12/28GK201328132SQ20082021845
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者躍 于, 任寶兵, 杜振環(huán), 王曉鵬, 譚雷雨 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