一种列车牵引控制系统的制作方法

1.本说明书属于集成电路设计领域，尤其涉及一种列车牵引控制系统。


背景技术：

2.列车的牵引控制系统是地铁车辆和动车组电力牵引系统的“大脑”，是交流传动技术的核心器件。现有技术中，列车牵引控制系统大多采用的是单一的芯片结构，往往存在对列车牵引控制系统的控制精度较低，开发难度较大等技术问题。
3.针对上述技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本说明书提供了一种列车牵引控制系统，能够解决现有技术中存在的对列车牵引控制系统的控制精度较低，开发难度较大等技术问题。
5.本说明书实施例的目的是提供一种列车牵引控制系统，所述列车牵引控制系统至少包括主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元；其中，所述主控制单元与所述辅助控制单元相连；所述辅助控制单元与所述数据采集控制单元相连；所述辅助控制单元包括可编程器件、第一非易失性存储器；其中，所述可编程器件可以包括双口随机存取存储器；所述数据采集控制单元用于将所采集到的第一数字量数据、第二数字量数据发送至辅助控制单元；可编程器件用于处理第一数字量数据、第二数字量数据，得到第一目标数字量数据、第二目标数字量数据；并将所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据发送至双口随机存取存储器进行存储；所述第一非易失性存储器用于存储可编程器件的程序；所述主控制单元包括主控制处理器；其中，所述主控制处理器可以包括数字信号处理器；所述主控制单元用于从双口随机存取存储器中获取所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据，并根据所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据对列车进行牵引控制。
6.进一步地，所述系统的另一个实施例中，所述列车牵引控制系统通过外设组件互联总线与第一牵引系统、第二牵引系统分别相连；其中，所述外设组件互联总线用于与第一牵引系统、第二牵引系统进行数据交互。
7.进一步地，所述系统的另一个实施例中，所述列车牵引控制系统还包括供电单元，其中，所述供电单元与列车牵引控制系统中的主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元分别相连，用于为列车牵引控制系统中的主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元供电。
8.进一步地，所述系统的另一个实施例中，所述列车牵引控制系统还包括存储单元，用于存储列车运行数据。
9.进一步地，所述系统的另一个实施例中，所述存储单元与列车牵引控制系统中的主控制单元通过外部存储器接口相连。
10.进一步地，所述系统的另一个实施例中，所述存储单元包括第二非易失性存储器、
静态随机存取存储器；其中，所述第二非易失性存储器可以为nor flash型的非易失性存储器和/或nand flash型的非易失性存储器。
11.进一步地，所述系统的另一个实施例中，所述列车牵引控制系统还包括通信单元，所述通信单元与列车牵引控制系统中的主控制单元相连，用于列车牵引系统与第一牵引系统、第二牵引系统的通信。
12.进一步地，所述系统的另一个实施例中，所述通信单元包括串行通信模块、以太网通信模块。
13.进一步地，所述系统的另一个实施例中，所述主控制单元和所述辅助控制单元通过外部存储器接口以及i/o接口相连。
14.进一步地，所述系统的另一个实施例中，所述数据采集控制单元包括模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块、数字输出模块；所述模拟输入模块用于采集模拟量，并将采集到的模拟量进行模数转换，得到第一数字量数据；所述模拟输出模块用于将上述模拟量输出至第一牵引系统和/或第二牵引系统，以进行系统监控；所述数字输入模块用于采集数字量，并对采集到的数字量进行预处理，得到第二数字量数据；所述数字输出模块用于将上述第二数字量数据输出至第一牵引系统和/或第二牵引系统，以进行系统测试。
15.本说明书提供的一种列车牵引控制系统，至少包括主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元；其中，所述主控制单元与所述辅助控制单元相连；所述辅助控制单元与所述数据采集控制单元相连；所述辅助控制单元包括可编程器件、第一非易失性存储器；其中，所述可编程器件可以包括双口随机存取存储器；所述数据采集控制单元用于将所采集到的第一数字量数据、第二数字量数据发送至辅助控制单元；可编程器件用于处理第一数字量数据、第二数字量数据，得到第一目标数字量数据、第二目标数字量数据；并将所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据发送至双口随机存取存储器进行存储；所述第一非易失性存储器用于存储可编程器件的程序；所述主控制单元包括主控制处理器；其中，所述主控制处理器可以包括数字信号处理器；所述主控制单元用于从双口随机存取存储器中获取所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据，并根据所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据对列车进行牵引控制。
16.并且，所述列车牵引控制系统还可以包括供电单元、通信单元、存储单元；所述供电单元与列车牵引控制系统中的主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元分别相连，用于为列车牵引控制系统中的主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元供电；所述存储单元包括第二非易失性存储器、静态随机存取存储器，并且与列车牵引控制系统中的主控制单元通过外部存储器接口相连；所述通信单元与列车牵引控制系统中的主控制单元相连，用于列车牵引系统与第一牵引系统、第二牵引系统的通信。
附图说明
17.为了更清楚地说明本说明书实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本说明书提供的一种列车牵引控制系统一个实施例的结构示意图；
19.图2是本说明书提供的一种外部存储器接口连接示意图；
20.图3是本说明书提供的一种列车牵引控制系统另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
22.考虑到现有技术中列车牵引控制系统大多采用的是的单一的芯片结构，例如数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)。数字信号处理器开发难度低，但其性能较差。现场可编程门阵列具有强大的并行数据处理能力，但开发难度高，不利于实际推广应用。
23.针对现有列车牵引控制系统存在的上述问题以及产生上述问题的具体原因，本技术考虑提出一种采用两种芯片结构的列车牵引控制系统。
24.基于上述思路，本说明书提出一种列车牵引控制系统的实施例，参阅图1所示，所述列车牵引控制系统至少包括主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元；其中，所述主控制单元与所述辅助控制单元相连；所述辅助控制单元与所述数据采集控制单元相连；所述辅助控制单元包括可编程器件、第一非易失性存储器；其中，所述可编程器件可以包括双口随机存取存储器；所述数据采集控制单元用于将所采集到的第一数字量数据、第二数字量数据发送至辅助控制单元；可编程器件用于处理第一数字量数据、第二数字量数据，得到第一目标数字量数据、第二目标数字量数据；并将所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据发送至双口随机存取存储器进行存储；所述第一非易失性存储器用于存储可编程器件的程序；所述主控制单元包括主控制处理器，其中，所述主控制处理器可以包括数字信号处理器；所述主控制单元用于从双口随机存取存储器中获取所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据，并根据所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据对列车进行牵引控制。
25.在一些实施例中，可选的，上述主控制处理器还可以包括arm处理器；上述可编程器件还可以包括复杂可编程逻辑器件(cpld)和/或现场可编辑门阵列(fpga)。
26.在一些实施例中，上述可编程器件用于处理第一数字量数据、第二数字量数据，得到第一目标数字量数据、第二目标数字量数据，具体实施时，包括：可编程器件对第一数字量数据、第二数字量数据进行数字滤波，得到第一目标数字量数据、第二目标数字量数据。
27.在一些实施例中，上述第一非易失性存储器可以为具备串行外设接口(spi)的非易失性存储器；所述第一非易失性存储器用于存储可编程器件的程序，以在上电后实现可编程器件程序的自加载功能。
28.在一些实施例中，所述列车牵引控制系统通过外设组件互联总线(pci总线)与第一牵引系统、第二牵引系统分别相连；其中，所述外设组件互联总线用于与第一牵引系统、第二牵引系统进行数据交互；第一牵引系统、第二牵引系统具体是指除本列车牵引控制系统之外的牵引系统。需要说明的是，上述所举例的第一牵引系统、第二牵引系统只是一种示意性说明，具体实施时，根据列车的不同，还可以引入第三牵引系统等，本说明书对此不做限定。
29.在一些实施例中，基于上述外设组件互联总线，可以获得较快的数据传输速度以及适用性更广的数据宽度。
30.在一些实施例中，所述主控制单元和所述辅助控制单元通过外部存储器接口(emif)以及i/o接口相连。
31.通过上述实施例，采用外部存储器接口以及i/o接口作为主控制单元和辅助控制单元间的连接方式，提升了数据交互的效率。
32.在一些实施例中，上述主控制单元，还用于基于脉冲宽度调制(pwm)技术产生开关频率，并将开关频率传输至辅助控制单元。
33.在一些实施例中，上述辅助控制单元，还用于接收主控制单元传输的开关频率，以对电机进行相应的控制。
34.在一些实施例中，所述数据采集控制单元包括模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块、数字输出模块；
35.所述模拟输入模块用于采集模拟量，并将采集到的模拟量进行模数转换，得到第一数字量数据；
36.所述模拟输出模块用于将上述模拟量输出至第一牵引系统和/或第二牵引系统，以进行系统监控；还用于将上述第一数字量数据输出至辅助控制单元，以进行数字滤波；
37.所述数字输入模块用于采集数字量，并对采集到的数字量进行预处理，得到第二数字量数据；其中，所述预处理可以包括数据降噪；
38.所述数字输出模块用于将上述第二数字量数据输出至第一牵引系统和/或第二牵引系统，以进行系统测试；还用于将上述第二数字量数据输出至辅助控制单元，以进行数字滤波。
39.在一些实施例中，所述主控制单元和所述辅助控制单元还可以用于与第一牵引系统、第二牵引系统对应的中央处理器进行数据交互；其中，所述数据交互可以包括第一数据交互和第二数据交互；所述第一数据交互具体是指列车牵引控制系统从中央处理器获取信息的过程；所述第二数据交互具体是指中央处理器从列车牵引控制系统获取信息的过程。
40.在一些实施例中，上述第一数据交互，具体可以包括：
41.可编程器件接收第一牵引系统、第二牵引系统对应的中央处理器发送的初始指令；其中，所述初始指令通过外设组件互联总线传输；所述初始指令具体是指可以被外设组件互联总线识别的指令；
42.可编程器件对初始指令进行译码，得到第一指令；并将第一指令存储于双口随机存取存储器；其中，所述第一指令具体是指可以被主控制处理器识别的指令；
43.主控制处理器通过外部存储器接口读取并执行第一指令。
44.在一些实施例中，上述主控制处理器通过外部存储器接口执行第一指令之前，主控制处理器还可以通过外部存储器接口访问第一指令的地址，以执行第一指令。
45.在一些实施例中，上述第二数据交互，具体可以包括：
46.主控制处理器获取列车运行数据，并将当前列车状态数据通过外设组件互联总线发送给可编程器件；
47.可编程器件接收列车运行数据，对当前列车状态数据进行译码，得到第一数据；并将第一数据存储于双口随机存取存储器；其中，所述第一数据具体是指可以被外设组件互
联总线识别的数据；
48.第一牵引系统、第二牵引系统对应的中央处理器通过外设组件互联总线读取第一数据，以对列车进行牵引控制。
49.通过上述实施例，本方案所提出的列车牵引控制系统既可以具备可编程器件计算性能优越、控制精度高的特点，也可以具备数字信号处理器易于开发、数字信号处理能力强的特点；同时，辅助控制单元中的可编程器件承担了数据预处理、模数转换的计算任务，减轻了数字信号处理器的数据处理量，有效提升了整体的运算速度。
50.在一些实施例中，参阅图2所示，图2为外部存储器接口连接示意图，主控制单元向辅助控制单元发送第一信号以对辅助控制单元进行控制和数据读取；所述第一信号包括：片选信号(cs)、写使能信号(we)、读使能信号(rd)、地址总线信号(xa[18..0])、数据总线信号(xd[15...0])；辅助控制单元向主控制单元发送第二控制信号以表明当前工作状态；所述第二信号包括：数据总线信号(xd[15...0])、中断硬线信号(xint2)。需要说明的是，上述所举例的外部存储器接口连接方式仅为一种示意性说明，根据芯片种类不同，也可以采用其他的外部存储器接口连接方式，本说明书对此不做限定。
[0051]
本说明书还提出一种列车牵引控制系统的另一个实施例，参阅图3所示，所述列车牵引控制系统还包括供电单元，所述供电单元与列车牵引控制系统中的主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元分别相连，用于为列车牵引控制系统中的主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元供电；可选的，所述供电单元使用到的电平可以为1v、1.9v、2.5v、3.3v；可选的，所述供电单元还可以用于为存储单元、通信单元供电；相应的，供电单元与存储单元、通信单元分别相连。
[0052]
在一些实施例中，参阅图3所示，所述列车牵引控制系统还包括存储单元，用于存储列车运行数据；其中，所述列车运行数据包括：列车运行过程数据、列车监控数据、列车故障数据。
[0053]
在一些实施例中，所述存储单元与列车牵引控制系统中的主控制单元通过外部存储器接口(emif)相连。
[0054]
在一些实施例中，所述存储单元包括第二非易失性存储器、静态随机存取存储器(sram)；其中，所述第二非易失性存储器可以为nor flash型的非易失性存储器和/或nand flash型的非易失性存储器。
[0055]
基于上述实施例，静态随机存取存储器可以具有较快的数据读取速度，第二非易失性存储器可以具有较大的存储容量，因此存储单元可以实现对大量列车运行数据的快速存储。
[0056]
在一些实施例中，参阅图3所示，所述列车牵引控制系统还包括通信单元，所述通信单元与列车牵引控制系统中的主控制单元相连；所述通信单元包括串行通信(sci)模块、以太网通信(eth)模块。
[0057]
在一些实施例中，所述串行通信模块用于列车牵引系统与外部设备的通信以及为列车牵引系统的相关程序升级提供通信线路。
[0058]
在一些实施例中，所述串行通信模块使用的通信协议具体可以为rs232。
[0059]
在一些实施例中，所述以太网通信模块用于列车牵引系统与第一牵引系统、第二牵引系统的通信，并通过本地计算机进行列车运行状态实时监控，实现列车运行数据的传
输。
[0060]
在一些实施例中，所述主控制单元中的主控制处理器还可以用于对通信单元进行控制。
[0061]
在一个具体的场景示例中，可以应用本实用新型的方案对列车进行牵引控制。其中，辅助控制单元中的可编程器件具体可以采用bq5vsx50t型芯片；辅助控制单元中的第一非易失性存储器具体可以采用b25lv128型存储器；主控制单元中的主控制处理器具体可以采用jdspf28335型芯片；存储单元中的静态随机存取存储器具体可以采用sm7c型存储器；存储单元中的第二非易失性存储器具体可以采用gd25q系列的nor flash型存储器；通信单元中的串行通信模块具体可以采用cbm3232as16型芯片；通信单元中的以太网通信模块具体可以采用ch395型芯片；供电单元具体可以采用sgm6010和/或sgm6011和/或me1117等型号的芯片。
[0062]
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0063]
虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。

技术特征：
1.一种列车牵引控制系统，其特征在于，至少包括主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元；其中，所述主控制单元与所述辅助控制单元相连；所述辅助控制单元与所述数据采集控制单元相连；所述辅助控制单元包括可编程器件、第一非易失性存储器；其中，所述可编程器件可以包括双口随机存取存储器；所述数据采集控制单元用于将所采集到的第一数字量数据、第二数字量数据发送至辅助控制单元；可编程器件用于处理第一数字量数据、第二数字量数据，得到第一目标数字量数据、第二目标数字量数据；并将所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据发送至双口随机存取存储器进行存储；所述第一非易失性存储器用于存储可编程器件的程序；所述主控制单元包括主控制处理器；其中，所述主控制处理器可以包括数字信号处理器；所述主控制单元用于从双口随机存取存储器中获取所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据，并根据所述第一目标数字量数据、所述第二目标数字量数据对列车进行牵引控制。2.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，该列车牵引控制系统通过外设组件互联总线与第一牵引系统、第二牵引系统分别相连；其中，所述外设组件互联总线用于与第一牵引系统、第二牵引系统进行数据交互。3.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述列车牵引控制系统还包括供电单元，其中，所述供电单元与列车牵引控制系统中的主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元分别相连，用于为列车牵引控制系统中的主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元供电。4.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述列车牵引控制系统还包括存储单元，用于存储列车运行数据。5.根据权利要求4所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述存储单元与列车牵引控制系统中的主控制单元通过外部存储器接口相连。6.根据权利要求4所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述存储单元包括第二非易失性存储器、静态随机存取存储器；其中，所述第二非易失性存储器可以为nor flash型的非易失性存储器和/或nand flash型的非易失性存储器。7.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述列车牵引控制系统还包括通信单元，所述通信单元与列车牵引控制系统中的主控制单元相连，用于列车牵引系统与第一牵引系统、第二牵引系统的通信。8.根据权利要求7所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述通信单元包括串行通信模块、以太网通信模块。9.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述主控制单元和所述辅助控制单元通过外部存储器接口以及i/o接口相连。10.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述数据采集控制单元包括模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块、数字输出模块；所述模拟输入模块用于采集模拟量，并将采集到的模拟量进行模数转换，得到第一数字量数据；
所述模拟输出模块用于将上述模拟量输出至第一牵引系统和/或第二牵引系统，以进行系统监控；所述数字输入模块用于采集数字量，并对采集到的数字量进行预处理，得到第二数字量数据；所述数字输出模块用于将上述第二数字量数据输出至第一牵引系统和/或第二牵引系统，以进行系统测试。

技术总结
本说明书提供了一种列车牵引控制系统，该系统至少包括：主控制单元、辅助控制单元、数据采集控制单元；其中，辅助控制单元与数据采集控制单元相连；主控制单元与辅助控制单元通过外部存储器接口和I/O接口相连；辅助控制单元和第一牵引系统、第二牵引系统通过外设组件互联总线相连；主控制单元包括主控制处理器；辅助控制单元包括可编程器件、第一非易失性存储器；可编程器件包括双口随机存取存储器；数据采集控制单元包括模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块、数字输出模块。本方案提供的列车牵引控制系统能够解决现有技术中存在的控制精度较低、开发难度较大的问题，能够提高数据处理的速度，提升列车牵引控制的精度。提升列车牵引控制的精度。提升列车牵引控制的精度。


技术研发人员：高旭东 宋欣武 王晓宇 赵震 黄志平 张波 杨伟君 曹宏发 赵红卫 康晶辉
受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司
技术研发日：2022.10.18
技术公布日：2023/4/25