紧凑型扩展IO设备制造技术

本发明专利技术涉及一种紧凑型扩展IO设备，该扩展IO设备包括外壳、设置在外壳内部的电路板、以及电源模块，电路板由一块带处理器的底板和一块带通讯接口的小板构成，底板和小板之间通过双排连接器连接。本发明专利技术硬件资源丰富，接口多样，使用范围广阔，结构采用紧凑式设计，体积小，内部电路板采用模块化设计，电路板由一块带处理器的底板和一块带通讯接口的小板构成，底板上含有高速FPGA微处理器芯片，可以实现多线程同时控制，使本发明专利技术可以作为主设备使用；同时通过小板上的通讯接口可以配置成MVB总线接口和HDLC总线接口，通过一根网络硬线与主设备连接，作为从设备使用，主设备可以通过网络协议对其进行管理和控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于高速动车组列车和城市轨道列车控制系统的扩展设备，具体的说，涉及ー种管理数字量输入输出、模拟量输入输出的扩展IO设备。
技术介绍
目前，单轨列车的网络系统只是负责接收各子系统信息，因此，整车控制模式不能通过网络发送控制命令，而只能采用硬线控制，这些指令以及单轨列车的牵引系统本身的模拟量、数字量输入输出数量已经远超出了牵引控制器本身的硬件资源，因此需要在牵引系统中增加设备对10(输入输出)进行扩展，以满足控制需求。CRH5动车组列车网络系统中采用了一种可扩展模块可解决以上问题，但其在推广应用方面也存在如下缺点(I)该模块必须和主控制器拼凑使用，不利于远距离控制；(2) 该模块只能作为从设备使用，不能对输入输出进行管理；(3)该模块接ロ只能为CAN Bus；该模块采用塑料外壳，电磁兼容性差。
技术实现思路
本专利技术针对现有列车网络系统在控制模拟量、数字量输入输出过程中存在的上述不足，提供了一种体积小、使用范围广、可独立使用、便于远距离控制的紧凑式扩展IO设备，该扩展IO设备可根据输入输出数量需要进行灵活扩展和配置，既可作为从设备接收主系统指令，又可作为主系统独立管理输入输出。本专利技术的技术方案是一种紧凑型扩展IO设备，该扩展IO设备包括外壳、设置在外壳内部的电路板、以及电源模块，电路板由一块带处理器的底板和一块带通讯接ロ的小板构成，底板和小板之间通过双排连接器连接，底板上含有电源转化电路、数字量输入电路、数字量输出电路、模拟量输入电路、模拟量输出电路、PT100/PT1000采样电路、CAN Bus总线接口和ー个高速FPGA微处理器芯片，数字量输入电路、数字量输出电路、模拟量输入电路、模拟量输出电路、PT100/PT1000采样电路和CAN Bus总线接ロ分别与高速FPGA微处理器芯片连接，通讯接ロ小板通过连接器与FPGA芯片连接。优选的是，数字量输入电路含有28路隔离数字量输入，采用固态继电器隔离形式，且输入为可控输入，输入电压为DCllOV或DC24V ;数字量输出电路含有6路干式继电器输出，其输出与线圈完全隔离，输出电压为DClIOV或DC24V。优选的是，模拟量输入电路含有4路模拟量输入，其中，2路模拟量输入为隔离输入；模拟量输出电路含有4路模拟量输出，其中，2路模拟量输出为电流输出，2路模拟量输出为电压输出，输出为电流信号时，输出端ロ采用运算放大器组成恒流源电路，输出为电压信号时，输出端ロ采用运算放大器组成恒压源电路。优选的是，PT100/PT1000采样电路含有2路PT100/PT1000采样，采用标准IC芯片，控制接ロ为SPI接ロ，可用高速FPGA微处理器芯片进行配置管理。优选的是，底板上还含有设备地址编码接ロ、设备维护及软件下载接ロ、系统温度采集电路和看门狗电路，设备地址编码接ロ、设备维护及软件下载接ロ、系统温度采集电路和看门狗电路分别与高速FPGA微处理器芯片连接，设备地址编码接口和设备维护及软件下载接ロ采用DSUB型双层连接器，看门狗电路采用插拔式双层连接器。优选的是，系统温度采集电路包括电路板温度采集和温度传感器采样，用于实时读取当前电路板表面温度，并将此温度通过网络接ロ发送至高速FPGA微处理器芯片。优选的是，带有通讯接ロ小板可配置对外通讯接ロ，其可配置的通讯接ロ包括MVB总线接口和HDLC总线接ロ。优选的是，底板上还含有总线接ロ电路，该总线接ロ电路与CAN Bus总线接ロ、MVB总线接口和HDLC总线接ロ构成总线接ロ模块。优选的是，电源转化电路的输入端与电源模块连接，该电源转化电路包括电源转换模块和用于保护电路的EMC电磁兼容保护模块，电源转换模块为DCllOV转DC24V、或 DC24V转DC15V，模块功率为100W，EMC电磁兼容保护模块包含过流保护电路、过压保护电路、短路保护电路、EMI滤波电路、浪涌脉冲抑制电路、滤波电路和输出滤波电路。优选的是，外壳为采用铝合金开模一次性成型的壳体，外壳的左右两侧安装有具有散热孔的堵头；电源模块的散热面通过ー个铝散热块与外壳连接。本专利技术的有益效果是本专利技术硬件资源丰富，接ロ多祥，使用范围广阔，结构采用紧凑式设计，体积小，内部电路板采用模块化设计，电路板由一块带处理器的底板和ー块带通讯接ロ的小板构成，底板上含有高速FPGA微处理器芯片，可以实现多线程同时控制，使本专利技术可以作为主设备使用；同时通过小板上的通讯接ロ可以配置成MVB总线接口和HDLC总线接ロ，通过ー根网络硬线与主设备连接，该网络硬线的网络协议可以是MVB总线协议、CAN Bus总线协议以及HDLC总线协议，使本专利技术作为从设备使用，主设备可以通过网络协议对其进行管理和控制。本专利技术外壳采用铝合金开模一次性成型，体积小，安装方便，电磁屏蔽性能高，且外壳左右安装了具有散热孔的堵头，在散热处理上采用铝散热块，将电源模块的散热面与整个铝合金外壳连接，散热面积増大，増加了散热效果。附图说明附图I为本专利技术具体实施例的结构框图。附图2为本专利技术具体实施例电源转换电路的结构框图。附图3为本专利技术具体实施例数字量输入电路的结构框图。附图4为本专利技术具体实施例数字量输出电路的电路图。附图5为本专利技术具体实施例模拟量输入电路的结构框图。附图6为本专利技术具体实施例模拟量输出电路的结构框图。附图7为本专利技术具体实施例PT100/PT1000采样电路的结构框图。附图8为本专利技术具体实施例总线接ロ电路的结构框图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术做进ー步说明。一种紧凑型扩展IO设备，该扩展IO设备包括外壳、设置在外壳内部的电路板、以及电源模块，电路板由一块带处理器的底板和一块带通讯接ロ的小板构成，底板和小板之间通过双排连接器连接，外壳为采用铝合金开模一次性成型的壳体，外壳的左右两侧安装有具有散热孔的堵头；电源模块的散热面通过ー个铝散热块与外壳连接。底板上含有电源转化电路、数字量输入电路、数字量输出电路、模拟量输入电路、模拟量输出电路、PT100/PT1000采样电路、CAN Bus总线接口和ー个高速FPGA微处理器芯片，数字量输入电路、数字量输出电路、模拟量输入电路、模拟量输出电路、PT100/PT1000采样电路和CAN Bus总线接ロ分别与高速FPGA微处理器芯片连接；带有通讯接ロ的小板通过双排连接器与FPGA芯片连接，该小板可配置对外通讯接ロ，其可配置的通讯接ロ包括MVB总线接口和HDLC总线接ロ。底板上还含有设备地址编码接ロ、设备维护及软件下载接ロ、系统温度采集电路和看门狗电路，设备地址编码接ロ、设备维护及软件下载接ロ、系统温度采集电路和看门狗电路分别与高速FPGA微处理器芯片连接，设备地址编码接口和设备维护及软件下载接ロ采用DSUB型双层连接器，看门狗电路采用插拔式双层连接器；系统温度采集电路包括电路板温度采集和温度传感器采样，用于实时读取当前电路板表面温度，并将此温度通过网络 接ロ发送至高速FPGA微处理器芯片。底板上还含有总线接ロ电路，该总线接ロ电路与CANBus总线接ロ、MVB总线接口和HDLC总线接ロ构成总线接ロ模块。电源转化电路的输入端与电源模块连接，该电源转化电路包括电源转换模块和用于保护电路的EMC电磁兼容保护模块，电源转换模块为DCl IOV转DC24V、或DC24V转DC15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型扩展IO设备，其特征在于该扩展IO设备包括外壳、设置在外壳内部的电路板、以及电源模块，电路板由一块带处理器的底板和一块带通讯接口的小板构成，底板和小板之间通过双排连接器连接，底板上含有电源转化电路、数字量输入电路、数字量输出电路、模拟量输入电路、模拟量输出电路、PT100/PT1000采样电路、CAN Bus总线接口和一个高速FPGA微处理器芯片，数字量输入电路、数字量输出电路、模拟量输入电路、模拟量输出电路、PT100/PT1000采样电路和CAN Bus总线接口分别与高速FPGA微处理器芯片连接，通讯接口小板通过连接器与FPGA芯片连接。2.根据权利要求I所述的紧凑型扩展IO设备，其特征在于数字量输入电路含有28路隔离数字量输入，采用固态继电器隔离形式，且输入为可控输入，输入电压为DCllOV或DC24V ;数字量输出电路含有6路干式继电器输出，其输出与线圈完全隔离，输出电压为DCllOV 或 DC24V。3.根据权利要求I所述的紧凑型扩展IO设备，其特征在于模拟量输入电路含有4路模拟量输入，其中，2路模拟量输入为隔离输入；模拟量输出电路含有4路模拟量输出，其中，2路模拟量输出为电流输出，2路模拟量输出为电压输出，输出为电流信号时，输出端口采用运算放大器组成恒流源电路，输出为电压信号时，输出端口采用运算放大器组成恒压源电路。4.根据权利要求I所述的紧凑型扩展IO设备，其特征在于PT100/PT1000采样电路含有2路PT100/PT1000采样，采用标准IC芯片，控制接口为SPI接口，可用高速FPGA微处理器芯片进行配置管理。5.根据权利要求I所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔凤钊，张亚伟，王乾，宋晓钟，宋春丽，吴晶，孙国斌，周扬，王善芬，夏猛，
申请(专利权)人：青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：