專利名稱：一種列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以太網(wǎng)交換裝置，具體是一種列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置。
背景技術(shù)：
各種軌道交通列車車載設(shè)備的正常運(yùn)行直接關(guān)系到鐵路和城市軌道交通的安全性、穩(wěn)定性、可靠性、舒適性以及列車運(yùn)行速度等。列車通信網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代軌道交通列車設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)的基礎(chǔ)。一套高可靠、實(shí)時(shí)、大容量的列車通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于提高軌道交通列車的運(yùn)營效率，改善列車的可靠性，保障行車安全，降低維護(hù)成本等具有重要的意義?，F(xiàn)有軌道交通列車車載機(jī)械、電氣和輔助設(shè)備眾多，且車內(nèi)安裝有大量的分布式傳感器和復(fù)雜耦合的智能節(jié)點(diǎn)，聯(lián)網(wǎng)控制越來越復(fù)雜，以及各種安全檢測(cè)和信息系統(tǒng)對(duì)列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能要求的提高，迫切需要列車通信網(wǎng)絡(luò)具有更高的實(shí)時(shí)性和可靠性、較好的可維護(hù)性和擴(kuò)展性、高的帶寬和良好的互操作性等，且能進(jìn)行分布式任務(wù)處理和數(shù)據(jù)融合，而現(xiàn)有各機(jī)車、高速動(dòng)車組和城軌列車上應(yīng)用的列車通信網(wǎng)絡(luò)由于傳輸速率較低，致使列車牽引、制動(dòng)、輔助等設(shè)備的很多關(guān)聯(lián)狀態(tài)信息和故障隱患不能有效傳輸，也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)全列車可能的故障，致使大量的事故難以追溯根源。以太網(wǎng)基于IEEE802. 3標(biāo)準(zhǔn)，作為具備大容量數(shù)據(jù)傳輸能力的現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，如Ethernet/IP、PROFINET,Ethernet PowerLink、EtherCAT、MODBUS_IDA 和 EPA 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)等。但列車車載環(huán)境惡劣，車輛之間經(jīng)常需要解編和重聯(lián)，常用的IOOMbps和IOOOMbps民用和工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)，在可靠性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性等方面與列車通信網(wǎng)絡(luò)需求并不相適應(yīng)，需要改良。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有軌道交通列車通信網(wǎng)絡(luò)裝置帶寬的不足，提供一種專門針對(duì)列車惡劣運(yùn)行條件和環(huán)境的列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置，集列車通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換、廣播風(fēng)暴保護(hù)、自動(dòng)地址學(xué)習(xí)、高速無阻塞交換、網(wǎng)絡(luò)拓展等多功能裝置，即可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以以模塊的形式插入機(jī)箱。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置。該裝置由交換模塊、EEPROM模塊、SPI模塊、PLL時(shí)鐘模塊、晶振模塊、MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊、省電模式模塊、網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊、5個(gè)10/100MBASE-TX自適應(yīng)M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊、以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊、LED燈指示模塊、復(fù)位模塊和工作電源模塊構(gòu)成。該裝置內(nèi)設(shè)置有交換模塊，它包括交換芯片和與交換芯片連接的PLL時(shí)鐘模塊、晶振模塊、復(fù)位模塊，在交換模塊上嵌有MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊和省電模式模塊；該裝置對(duì)外通信的網(wǎng)絡(luò)接口由網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊、以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊、基于IEC 61076-2-101標(biāo)準(zhǔn)的M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊、LED燈指示模塊組成；該裝置還包括工作電源模塊、EEPROM模塊、SPI模塊。各模塊的連接關(guān)系交換模塊設(shè)置有PLL時(shí)鐘模塊、晶振模塊、復(fù)位模塊、MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊和省電模式模塊；交換模塊分別與LED燈指示模塊、網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊、EEPROM模塊和工作電源模塊連接；SPI模塊和三態(tài)門模塊連接；網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊與M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊連接；以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊與M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊連接。上述各模塊的功能如下交換模塊用作數(shù)據(jù)交換的核心模塊；EEPROM模塊用于配置交換芯片內(nèi)寄存器設(shè)置；SPI模塊用于外接設(shè)備通過串行方式配置交換芯片內(nèi)寄存器；PLL時(shí)鐘模塊和晶振模塊向交換模塊提供基本時(shí)鐘信號(hào)；MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊用于提供網(wǎng)線端口自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能；省電模式模塊用于讓整個(gè)裝置進(jìn)入低功耗省電模式；網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊用于信號(hào)電平耦合和電氣隔離功能;M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊用于列車車載數(shù)據(jù)傳輸；以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊用于對(duì)來自外界引起的電壓沖擊起保護(hù)作用；LED燈指示模塊用于指示交換裝置的鏈路連接狀態(tài)、全雙工狀態(tài)、傳輸速率狀態(tài)；復(fù)位模塊用于讓整個(gè)裝置重新復(fù)位啟動(dòng)；工作電源模塊主要實(shí)現(xiàn)將IlOV直流電源轉(zhuǎn)換成整個(gè)裝置各個(gè)模塊所需要的電源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明所述裝置主要應(yīng)用于軌道交通列車通信控制系統(tǒng)、列車故障診斷系統(tǒng)、列車乘客信息系統(tǒng)等列車網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換。專門針對(duì)軌道交通列車高溫、強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)震動(dòng)等惡劣的運(yùn)行條件和環(huán)境而設(shè)計(jì)的車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置。同時(shí)具有通信速率高、低延時(shí)、全雙工通信、支持QoS和VPN、安全可靠性高。工作溫度是-40°C至+85°C。即可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以采用模塊的形式插入機(jī)箱。且符合軌道交通車載列車通信網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展需求。


圖I是本發(fā)明單獨(dú)應(yīng)用示意圖。圖2是本發(fā)明作為模塊插入機(jī)箱應(yīng)用示意圖。圖3是本發(fā)明的模塊連接圖。圖中交換模塊I、LED燈指示模塊2、復(fù)位模塊3、省電模式模塊4、MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊5、工作電源模塊6、SPI模塊7、EEPR0M模塊8、晶振模塊9、PLL時(shí)鐘模塊10、網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊11、以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊12、M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊13。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。本發(fā)明結(jié)構(gòu)如圖I、圖2、圖3所示。圖I所示，該列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置作為獨(dú)立的交換裝置應(yīng)用時(shí)，前面板設(shè)置有電源LED指示燈I、2針獨(dú)立電源輸入接口 2、5個(gè)交換端口 LED指示燈3、5個(gè)D型編碼4針M12網(wǎng)絡(luò)接口 Portl至Port5分別對(duì)應(yīng)于4至8、復(fù)位按鈕9。裝置的四周有4個(gè)緊固螺栓孔10、接地連接11。圖2所示，該列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置作為交換裝置模塊插入機(jī)箱德應(yīng)用時(shí)，前面板設(shè)置有電源LED指示燈1、5個(gè)交換端口 LED指示燈分別對(duì)應(yīng)于2至6、5個(gè)D型編碼4針Ml2網(wǎng)絡(luò)接口分別對(duì)應(yīng)于7至11，前面板的四周有4個(gè)緊固螺栓孔12。圖3所示，一種列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置，由交換模塊I、LED燈指示模塊2、復(fù)位模塊3、省電模式模塊4、MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊5、工作電源模塊6、SPI模塊7、EEPR0M模塊8、晶振模塊9、PLL時(shí)鐘模塊10、網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊11、以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊12、M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊13構(gòu)成。各模塊的連接關(guān)系交換模塊I設(shè)置有PLL時(shí)鐘模塊10、晶振模塊9、復(fù)位模塊3、MDI/MDI-X自動(dòng) 轉(zhuǎn)換模塊5和省電模式模塊4 ;交換模塊I分別與LED燈指示模塊2、網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊IUEEPR0M模塊8和工作電源模塊6連接；網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊11與以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊12連接；以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊12與M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊13連接。各模塊的功能如下交換模塊I用作數(shù)據(jù)交換的核心模塊；EEPR0M模塊8用于配置交換芯片內(nèi)寄存器設(shè)置；SPI模塊7用于外接設(shè)備通過串行方式配置交換芯片內(nèi)寄存器；PLL時(shí)鐘模塊10和晶振模塊9向交換模塊提供基本時(shí)鐘信號(hào)；MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊5用于提供網(wǎng)線端口自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能；省電模式模塊4用于讓整個(gè)裝置進(jìn)入低功耗省電模式；網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊11用于信號(hào)電平耦合和電氣隔離功能；M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊13用于列車車載數(shù)據(jù)傳輸；以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊12用于對(duì)來自外界引起的電壓沖擊起保護(hù)作用；LED燈指示模塊2用于指示交換裝置的鏈路連接狀態(tài)、全雙工狀態(tài)、傳輸速率狀態(tài)；復(fù)位模塊3用于讓整個(gè)裝置重新復(fù)位啟動(dòng)；工作電源模塊6主要實(shí)現(xiàn)將IlOV直流電源轉(zhuǎn)換成整個(gè)裝置各個(gè)模塊所需要的電源。實(shí)施例I如圖3所示，交換模塊I的交換芯片采用MICREL公司的KSZ8995MAI工業(yè)級(jí)芯片，作為交換裝置的核心芯片，協(xié)調(diào)控制與其連接的各個(gè)模塊的工作。LED燈指示模塊2包含5個(gè)發(fā)光LED燈，用于指示每個(gè)端口的數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。復(fù)位模塊3由高速開關(guān)二極管1N4148、復(fù)位開關(guān)，以及公知復(fù)位電路組成，用于整個(gè)裝置重新復(fù)位啟動(dòng)。省電模式模塊4由KSZ895MAI芯片的外圍電路組成，用于讓整個(gè)裝置進(jìn)入低功耗省電模式。MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊5由KSZ895MAI芯片的外圍電路組成，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)線端口自動(dòng)翻轉(zhuǎn)功能。工作電源模塊6由北京星原豐泰公司的XZR05/110S05和MICREL公司的MIC39100-3. 3BS、MIC39150-1. 8BT、整流二極管1N4004以及公知外圍電路組成，分別為裝置提供3. 3V、1. 8V、2. 5V電源。SPI模塊7由FAIRCHILD公司的74F125芯片及公知外圍電路組成，用于外接設(shè)備以串行方式配置交換芯片內(nèi)寄存器。EEPROM模塊8由ATMEL公司的AT24C02芯片和公知外圍電路組成，用于配置交換芯片內(nèi)寄存器設(shè)置。晶振模塊9和PLL時(shí)鐘模塊10由25MHZ晶體振蕩器及公知外圍電路組成，用于提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊12由10個(gè)SEMTECH公司的SR2. 8芯片構(gòu)成，用于對(duì)來自雷電、負(fù)載開關(guān)等人為操作錯(cuò)誤而引起的電壓沖擊起保護(hù)作用。M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊13由Phoenix公司5個(gè)D型編碼4針M12接口組成，用于列車通信系統(tǒng)10/100MBASE-TX自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口。網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊11由Pulse公司的H1102、H1164芯片及公知外圍電路組成。其中H1164和Protl Port4連接，H1102和Port5連接,用于信號(hào)電平稱合和電氣隔離功能。
權(quán)利要求
1.一種列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置，以下簡(jiǎn)稱裝置，其特征在于，裝置由交換模塊、EEPROM模塊、SPI模塊、PLL時(shí)鐘模塊、晶振模塊、MDI/MDI-X自動(dòng)翻轉(zhuǎn)功能模塊、省電模式模塊、網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊、5個(gè)10/100MBASE-TX自適應(yīng)M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊、以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊、LED燈指示模塊、復(fù)位模塊和工作電源模塊構(gòu)成； 該裝置內(nèi)設(shè)置有交換模塊，它包括交換芯片和與交換芯片連接的PLL時(shí)鐘模塊、晶振模塊、復(fù)位模塊，在交換模塊上嵌有MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊和省電模式模塊；該裝置對(duì)外通信的網(wǎng)絡(luò)接口由網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊、以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊、基于IEC 61076-2-101標(biāo)準(zhǔn)的M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊、LED燈指示模塊組成；該裝置還包括工作電源模塊、EEPROM模塊、SPI模塊； 各模塊的連接關(guān)系交換模塊設(shè)置有PLL時(shí)鐘模塊、晶振模塊、復(fù)位模塊、MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊和省電模式模塊；交換模塊分別與LED燈指示模塊、網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊、EEPROM模塊和工作電源模塊連接；SPI模塊和三態(tài)門模塊連接；網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊與M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊連接；以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊與M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊連接。
上述各模塊的功能作用如下交換模塊用作數(shù)據(jù)交換的核心模塊；EEPR0M模塊用于配置交換芯片內(nèi)寄存器設(shè)置；SPI模塊用于外接設(shè)備通過串行方式配置交換芯片內(nèi)寄存器；PLL時(shí)鐘模塊和晶振模塊向交換模塊提供基本時(shí)鐘信號(hào)；MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊用于提供網(wǎng)線端口自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能；省電模式模塊用于讓整個(gè)裝置進(jìn)入低功耗省電模式；網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊用于信號(hào)電平耦合和電氣隔離功能;M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊用于列車車載數(shù)據(jù)傳輸；以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊用于對(duì)來自外界引起的電壓沖擊起保護(hù)作用；LED燈指示模塊用于指示交換裝置的鏈路連接狀態(tài)、全雙工狀態(tài)、傳輸速率狀態(tài)；復(fù)位模塊用于讓整個(gè)裝置重新復(fù)位啟動(dòng)；工作電源模塊主要實(shí)現(xiàn)將IlOV直流電源轉(zhuǎn)換成整個(gè)裝置各個(gè)模塊所需要的電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置，其特征在于，該交換裝置既可以在列車上單獨(dú)使用，又可以作為列車上某一系統(tǒng)的交換插件置于機(jī)箱應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種列車車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置。該裝置由交換模塊、EEPROM模塊、SPI模塊、PLL時(shí)鐘模塊、晶振模塊、MDI/MDI-X自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊、省電模式模塊、網(wǎng)絡(luò)變壓器模塊、10/100MBASE-TX自適應(yīng)M12網(wǎng)絡(luò)接口模塊、以太網(wǎng)接口保護(hù)模塊、LED燈指示模塊、復(fù)位模塊和工作電源模塊構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明所述裝置主要應(yīng)用于軌道交通列車通信控制系統(tǒng)、列車故障診斷系統(tǒng)、列車乘客信息系統(tǒng)等列車網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換。專門針對(duì)軌道交通列車高溫、強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)震動(dòng)等惡劣的運(yùn)行條件和環(huán)境而設(shè)計(jì)的車輛級(jí)以太網(wǎng)交換裝置。
文檔編號(hào)H04L12/28GK102624533SQ201210131620
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者劉旗揚(yáng), 苗劍, 賀德強(qiáng), 邱福, 雷昊 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)