КОНВЕРТОР ИНТЕРФЕЙСОВ И СВЯЗИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к устройствам, предназначенным для расширения сигналов обработки и построения структуры устройств оборудования пассажирского вагона, и может быть использована для интеграции других устройств управления в общую вагонную сеть устройств со стандартными интерфейсами связи, ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов для управления и анализа состояния вагонного оборудования.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство «Модуль оконечной системы сети AFDX» (Патент РФ №103641 с приоритетом от 23.11.2010), который содержит ОЗУ, Flash-память, первый и второй приемопередатчики физического уровня, системную шину PCI, EEPROM, выполненное в виде последовательного конфигурационного ППЗУ для хранения конфигурационной информации управляющего контроллера, выполненного в виде программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) со встроенным процессорным ядром, при этом управляющий контроллер осуществляет прием/передачу информации по дуплексной коммутируемой бортовой сети Ethernet в соответствии со стандартом ARINC 664.
Недостатком указанного аналога является низкое быстродействие устройства для обмена данными, что приводит к увеличению времени задержки на обработку запросов.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является контроллер (патент RU 2348966, МПК G06F 9/00, H04N 7/00, опубл. 10.03.2009), выполненный в виде корпуса, в котором размещен микроконтроллер, осуществляющий прием информации с цифровых входов и порта RS-232 и передачу принятой информации по интерфейсу Ethernet, а также энергонезависимая память, например, EEPROM. Корпус снабжен гнездом сетевого кабеля для подключения к коммутатору с поддержкой РоЕ, а также разъемным клеммным блоком контактов, включающим контакты для подключения исполнительных устройств к четырем входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, контакты для подключения последовательного порта подключаемого устройства к контроллеру.
Недостатком известного устройства является ограничение функциональных возможностей, исключающих возможность увеличения подключаемых исполнительных устройств и интеграции дополнительных устройств управления в общую вагонную сеть Ethernet.
Раскрытие сущности полезной модели
При создании полезной модели решалась задача автоматизации управления вагонным оборудованием с целью повышения комфортного пребывания пассажиров и персонала в вагоне.
Технический результат - расширение функциональных возможностей управления оборудованием пассажирского вагона путем обеспечения поддержания текущих режимов работы подключенных исполнительных устройств в зависимости от подключения, а также интеграции устройств управления в общую вагонную сеть Ethernet.
Указанный технический результат достигается тем, что конвертор интерфейсов и связи железнодорожного вагона содержит корпус с установленными портами ввода/вывода для взаимодействия с исполнительными устройствами, в корпусе установлен микроконтроллер, связанный двунаправленной связью с коммутатором и снабженный памятью для хранения настроек текущего режима работы каждого исполнительного устройства, при этом согласно полезной модели, устройство содержит два порта расширения интерфейсов, один из которых предназначен для подключения ведомого устройства, а другой - для подключения ведущего устройства, причем микроконтроллер выполнен с возможностью распознавания подсоединения к порту расширения ведущего устройства и переключения в режим ведомого устройства, при этом устройство содержит два порта связи микроконтроллера с микроконтроллерами других устройств и/или центральным контроллером с образованием сетевого кольца и выполнено с возможностью ретрансляции пакетов данных по сетевому кольцу посредством коммутатора цифровой связи, при этом микроконтроллер устройства выполнен с возможностью распознавания получаемых от центрального контроллера пакетов данных и последующей распаковки пакета предназначенной для него информации.
При этом согласно полезной модели, содержит порты для бесконтактных подключений.
При этом согласно полезной модели, микроконтроллер выполнен с возможностью осуществлять непрерывное или дискретное измерение, регистрацию, передачу и накопление значений пакета аналоговых и дискретных параметров работы оборудования.
Предлагаемое устройство содержит два порта расширения интерфейсов для подключения к ведущему или ведомому устройству для поддержания текущих режимов работы подключенных дополнительных исполнительных устройств.
Кроме того предлагаемое устройство содержит два аппаратных порта цифровой связи микроконтроллера устройства с центральным контроллером и/или микроконтроллерами других купе вагона с образованием единого непрерывного пути для передачи данных, аналогичного кольцу (сетевое кольцо). Взаимодействие микроконтроллера устройства с другими микроконтроллерами и/или центральным контроллером в общей вагонной сети Ethernet и ретрансляцию по сетевому кольцу пакетов данных обеспечивает коммутатор цифровой линии связи.
Микроконтроллер выполнен с возможностью обработки программным образом и распознавания получаемых от центрального контроллера пакетов данных, а также последующей распаковки пакета предназначенной для него информации.
В зависимости от подключения к вышеуказанным портам микроконтроллер устройства обеспечивает поддержание текущих режимов работы подключенных исполнительных устройств:
при подключении к портам цифровой связи микроконтроллер получает информацию с центрального контроллера СВУСВ, обрабатывает ее и передает ее через порты ввода/вывода, которые могут быть как дискретными, так и аналоговыми, на исполнительные устройства и, в случае подключения ведомого устройства через порт расширения на другое интерфейсное устройство;
в случае подключении через другой порт расширения к ведущему устройству микроконтроллер автоматически переключается на режим ведомого устройства и передает, не обрабатывая, полученные от микроконтроллера ведущего устройства управляющие сигналы на исполнительные устройства;
при отсутствии подключений микроконтроллер обеспечивает автономное управление исполнительными устройствами на основании хранящихся в памяти настроек режима работы каждого исполнительного устройства.
Таким образом, с помощью устройства возможно масштабирование системы подключения дополнительных исполнительных устройств пассажирского вагона.
Кроме того, распределение компонентов системы управления во внутреннем пространстве вагона обеспечивает их компактное размещение, поскольку значительно сократилось количество линий связи между устройствами и центральным контроллером, следовательно, возможно наращивание функциональных возможностей в условиях ограниченного вагонного пространства.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется графическими материалами конкретного примера его осуществления, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства.
Осуществление полезной модели
Устройство представляет собой функционально законченный модуль, содержащий корпус 1, в котором установлен микроконтроллер 2, связанный двунаправленной связью с коммутатором 3. Корпус 1 может быть пластиковым или из другого материала, который обеспечит долговечность и защиту устройства от внешних воздействий.
Микроконтроллер 2 выполнен с возможностью управления работой оборудования и снабжен памятью 4 для хранения настроек текущего режима работы каждого исполнительного устройства. В микроконтроллер 2 заложены программы, основанные на алгоритмах интегрирования других устройств управления в общую вагонную сеть Ethernet устройств со стандартными интерфейсами связи (CAN, RS-485, LIN и т.д.), ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов для управления/анализа состояния вагонного оборудования. При этом коммутатор 3 обеспечивает взаимодействие микроконтроллера 2 с другими устройствами сети Ethernet по цифровой линии связи 5.
Устройство содержит порты 6 ввода/вывода, предназначенные для подключения периферийного вагонного оборудования, например, устройства освещения, оповещения, температуры воздуха, то есть исполнительных устройств 7, с которыми необходимо взаимодействие микроконтроллера 2 с целью получения информации, контроля и управления. Количество портов 6 соответствует количеству исполнительных устройств 7.
Устройство может содержать порты 8 для бесконтактных подключений, поддерживающий технологию беспроводной связи (Wi-Fi, Bluetooth и др.). Например, между устройством и мобильным телефоном пользователя может быть установлена связь с помощью беспроводного порта Bluetooth для управления исполнительными устройствами 7 с мобильного телефона.
Устройство содержит по меньшей мере два аппаратных порта 9 и 10 для цифровой связи микроконтроллера 2 с центральным контроллером и микроконтроллерами других устройств, и выполнен с возможностью передачи данных на другой микроконтроллер с образованием единого непрерывного пути для передачи данных, аналогичного кольцу (сетевое кольцо). Сетевое кольцо микроконтроллеров включает центральный контроллер (не показан) системы визуализации и управления систем вагона (далее по тексту СВУСВ), размещенный в служебном купе проводника. При этом в микроконтроллер 2 устройства заложена программа, основанная на алгоритмах изменения параметров исполнительных устройств 7 по команде центрального контроллера СВУСВ. Взаимодействие микроконтроллера 2 по цифровой линии связи 5 с центральным контроллером СВУСВ или микроконтроллерами других исполнительных устройств, а также ретрансляцию полученных пакетов данных обеспечивает коммутатор 3 цифровой линии связи.
Для расширения количества портов 6 ввода/вывода с целью подключения дополнительных исполнительных устройств 7, например, клапана (выход 24 В), заслонки для вентиляционного канала, дополнительного обогревателя, дополнительного электрозамка или электропривода для автоматического складывания диванов, устройство содержит порты 11 и 12. Порт расширения 11 предназначен для подключения ведущего устройства, например, блока комфорта купе (далее по тексту БКК), находящегося в купе пассажирского вагона. При этом микроконтроллер 2 распознает подключение и устройство автоматически становится оконечным устройством, в котором изменение параметров исполнительных устройств 7 осуществляется по команде микроконтроллера ведущего устройства. Иными словами, микроконтроллер 2 передает, не обрабатывая полученные управляющие сигналы на исполнительные устройства 7.
Порт расширения 12 предназначен для подключения ведомого аналогичного устройства. При этом микроконтроллер 2 распознает получаемые от центрального контроллера СВУСВ пакеты информации для исполнительных устройств 7 ведомого устройства.
В случае отсутствия подключений через порты 9 и 10 цифровой связи порты 11 и 12 расширений интерфейсов устройство может работать автономно.
Устройство может получать питание по РОE технологии, позволяющей передавать удаленному устройству электрическую энергию вместе с данными через стандартную витую пару в сети Ethernet, или может получать питание с внешнего источника.
При подключении устройства посредством портов 9 и 10 в сетевое кольцо передача/получение сигналов на микроконтроллер 2 организуется центральным контроллером СВУСВ вагона, находящимся в служебном купе проводника. Обмен информации центрального контроллера с микроконтроллером 2 устройства осуществляется по цифровой линии связи 5. Центральный контроллер посылает пакет данных на микроконтроллер 2 устройства. Каждый пакет данных поступает с заголовком, в котором закодирован получатель. Микроконтроллер 2 программным образом обрабатывает в соответствии с протоколом полученную информацию, распознает получателя и обеспечивает распаковку пакета полученной от центрального контроллера информации, предназначенной для него. Тем самым обеспечивается получение и распаковка данных микроконтроллером 2 только предназначенной ему информации. При этом осуществляется трансляция коммутатором 3 пакета информации далее по кольцу цифровой линии связи 5.
В процессе обработки полученного от центрального контроллера пакета данных микроконтроллер 2 выделяет (разбивает) пакет по типам информации, в соответствии с исполнительными устройствами 7: информация, касающаяся температуры воздуха, освещения и др., после чего микроконтроллер 2 посылает команду на изменение режима работы исполнительному устройству 7.
В случае необходимости подключения дополнительных устройств 7 через порт 12 расширения интерфейсов подключается аналогичное ведомое устройство, причем микроконтроллер 2 автоматически начинает распознавать получаемые от центрального контроллера пакеты данных для ведомого устройства, после чего распаковывает и посылает управляющие сигналы также исполнительные устройства ведомого устройства.
Таким образом, микроконтроллер при подключении портов 9, 10 и/или 11 запускает обработку алгоритмов ведущего устройства, в том числе осуществляет непрерывное или дискретное измерение, регистрацию, передачу и накопление значений о работе исполнительных устройств 7 оборудования железнодорожного вагона.
При подключении устройства через порт 11 расширения к ведущему БКК микроконтроллер 2 автоматически переключается в режим ведомого устройства и без обработки передает полученные от микроконтроллера БКК команды на изменение параметров исполнительных устройств 7. Переключение работы микроконтроллера 2 в режим оконечного устройства обеспечивается наличием управляющих сигналов, поступающих через порт расширения 11 с ведущего устройства.
Таким образом, в одном случае микроконтроллер осуществляет регулировку и управление, а в другом случае микроконтроллер преобразует пакеты информации, полученные от ведущего устройства в другие интерфейсы или дискретные или аналоговые входы/выходы.
Предлагаемое устройство обеспечивает поддержание текущих режимов работы подключенных исполнительных устройств в зависимости от подключения, благодаря чему осуществляется компактная интеграция устройств управления в общую вагонную сеть Ethernet. Использование данного устройства расширяет функциональные возможности управления оборудованием пассажирского вагона.