一种兼容LKJ2000的新一代列车运行监控扩展单元的制作方法

一种兼容lkj2000的新一代列车运行监控扩展单元
技术领域
1.本发明涉及列车自动控制领域，具体涉及一种同时兼容lkj-15型和lkj2000型列车运行监控装置的扩展单元。


背景技术：

2.随着科技的进步和铁路运输业的发展，对机车安全运行的要求不断提高，列车运行监控装置作为列车运行过程中的重要监控设备，也在不断的更新换代，目前普遍使用的有lkj2000型列车运行监控装置和最新升级的lkj-15型列车运行监控装置。
3.lkj2000型列车运行监控装置吸取了jk-2h型和lkj-9三型监控装置的成熟技术经验，在技术等级、功能、性能和可靠性等方面都有了很大程度的提高。而lkj-15型列车运行监控装置，在lkj2000型列车运行监控装置的基础上引入安全计算机平台，采用二乘二取二双机热备的架构，保证列车运行监控系统更加安全可靠和高效。
4.为了更好的监控列车的运行状态，列车运行监控系统需要增加很多扩展应用。lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置在功能扩展和与外部设备的接口配合方面也做了适应设计。由于需要适应不同的应用环境，列车运行监控装置需要配置多种相关的接线盒。常用的接线盒包括功能扩展盒、调车灯显盒、gps接收盒等。功能扩展盒主要功能是将双端鸣笛情况发送给列车运行监控装置；调车灯显盒通过线缆与列车运行监控装置连接主要功能是实现平面调车灯显信号与机车信号的切换；gps接收盒的主要功能是将准确的机车定位信息和时间信息发送列车运行监控装置，用于辅助测速。随着列车运行监控系统扩展功能的不断增加，连接的外部设备的种类和数量也不断增多，接线盒占用的机车空间变大，列车运行监控装置与外部设备线缆连接也越来越复杂，安装、维护和更换列车运行监控装置的难度增加，无形之中会带来一系列安全相关的问题。
5.因此，亟需一种兼容性好、集成度高、又安全可靠的扩展单元，集成各种接线盒的功能，辅助列车运行监控装置完成其扩展应用，保证行车安全。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提出了一种安全可靠且兼容lkj15型和lkj2000型列车运行监控装置的扩展单元。
7.本发明提供了一种兼容lkj2000的新一代列车运行监控扩展单元，包括冗余的平调模块、冗余的通信模块、数模转换模块、功能扩展模块、无线通信模块、数据换装模块和以太网交换模块；
8.其中，所述数据换装模块用于实现lkj2000型列车运行监控装置的数据换装功能，具备冗余的内部以太网接口分别与所述冗余的通信模块进行数据通信；
9.所述扩展单元具备冗余的can总线和冗余的以太网总线以实现内部的各模块之间的数据通信和所述扩展单元与外部的列车运行监控装置的通信；
10.所述扩展单元具备对列车运行监控装置进行数据换装的功能，以及通过列车运行
监控装置对扩展单元自身各模块进行程序升级的功能；
11.所述扩展单元能上电后自适应识别lkj2000型列车运行监控装置或lkj-15型列车运行监控装置。
12.本发明的技术优势：本扩展单元将多种接线盒的功能集成到一个扩展单元中，且兼容lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置，集成度高、兼容性好，不仅节省了机车空间，降低了设备安装和维护难度，同时避免了设备拆装过程中造成的安全、可靠性问题。此外，扩展单元内部各功能模块之间采用冗余的以太网总线和can总线进行通信，提高了数据通信的安全性、可靠性和高效性。
附图说明
13.[1]图1为本发明扩展单元的组成模块及接口示意图。
[0014]
[2]图2为lkj2000型列车运行监控装置的数据换装示意图。
[0015]
[3]图3为lkj-15型列车运行监控装置的数据换装示意图。
[0016]
[4]图4为本发明扩展单元自身程序升级步骤示意图。
具体实施方式
[0017]
以下结合具体实施例对本发明的特点及优点进行详细说明。其内容将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
[0018]
本发明的扩展单元是列车运行监控装置(lkj)的一个外部扩展单元，可应用于lkj2000型列车运行监控装置和lkj-15型列车运行监控装置，具备上电自适应识别lkj2000型列车运行监控装置或lkj-15型列车运行监控装置的功能。
[0019]
本技术的扩展单元具备冗余的平调模块a和平调模块b、冗余的通信模块a和通信模块b、数模转换模块、功能扩展模块、无线通信模块、数据换装模块、以太网交换模块等，应用于lkj2000型列车运行监控装置时，其主要是替代lkj2000配套接口盒的功能(包括功能扩展盒、gps接收主机、数模转换盒、调车灯显盒等)，应用于lkj-15型列车运行监控装置时，其主要实现开关量信号采集(相当于lkj2000配套接口盒的功能扩展盒和调车灯显盒)、gps信息接收(相当于lkj2000配套接口盒的gps接收主机)、双针指示功能(相当于lkj2000的数模转换盒)等。
[0020]
本技术的扩展单元具备冗余的can总线和冗余的以太网总线以实现内部各模块之间的数据通信和扩展单元与外部列车运行监控装置的通信。本技术的扩展单元具备对lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置进行数据换装的功能，具备通过lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置对扩展单元自身各模块进行程序自动升级的功能。
[0021]
所述lkj2000型列车运行监控装置，采用二乘二取双机热备的架构，通过can总线与扩展单元通信，同时具备数据换装专用的rs232接口和数据配置与无线换装复用的usb接口。
[0022]
所述lkj-15型列车运行监控装置，引入安全计算机平台采用二乘二取二双机热备的安全架构，通过以太网总线与扩展单元通信。
[0023]
本发明的扩展单元能自适应识别lkj2000型列车运行监控装置或lkj-15型列车运行监控装置，参见图1，扩展单元上电后，同时向外部can总线接口(对应外部cana和外部canb总线)和外部以太网总线接口(对应外部etha和外部ethb总线)发送请求连接的数据包。如果此时与外部can总线建立连接，则默认连接的是lkj2000型列车运行监控装置，如果与外部以太网总线建立连接，则默认连接的是lkj-15型列车运行监控装置。
[0024]
具体自适应识别过程如下：扩展单元上电后，同时向外部can总线接口和外部以太网总线接口发送请求连接的数据包。如果从外部can总线接口获取应答信号后，继续发送两个请求连接的数据，连续三次应答通过后，则默认通过外部can总线与lkj2000型列车运行监控装置建立连接。如果从外部以太网接口获取应答信号后，继续发送两个请求连接的数据短包，连续三次应答通过后，则默认通过外部以太网总线与lkj-15型列车运行监控装置建立连接。
[0025]
所述冗余的通信模块包括通信模块a和通信模块b。其作为扩展单元的通信枢纽，同时具备与lkj2000型列车运行监控装置通信的外部can接口(即can总线接口)和与lkj-15型列车运行监控装置通信的外部以太网接口。该冗余的通信模块具备与扩展单元其他模块通信的内部can总线接口和内部以太网总线接口。通信模块(通信记录板)将通过内部can总线和内部以太网总线获得的其他模块的数据，通过外部can接口发送给lkj2000型列车运行监控装置或通过外部以太网接口发送给lkj-15型列车运行监控装置。
[0026]
见图1中，通信模块a通过cpu扩展2路can接口(外部cana接口、内部cana接口)和1路以太网接口(内部eth3a)，通过以太网交换机外扩3路以太网(内部eth1a、内部eth2a和外部etha)。外部cana接口与lkj2000型列车运行监控装置的a系进行数据通信，内部cana接口与功能扩展模块、数据换装模块、平调模块、无线通信模块、数据换装模块和以太网交换模块的内部cana接口进行数据通信；内部eth3a接口与以太网交换模块进行数据通信，而内部eth1a接口与无线通信模块进行数据通信，内部eth2a接口与数据换装模块进行数据通信；外部etha接口与lkj-15型列车运行监控装置的a系进行数据通信。对于通信模块b，同样通过cpu扩展2路can接口(外部canb接口、内部canb接口)和1路以太网接口(内部eth3b)，通过以太网交换机外扩3路以太网(内部eth1b、内部eth2b和外部ethb)。其外部canb接口与lkj2000型列车运行监控装置的b系进行数据通信；内部canb接口与功能扩展模块、数据换装模块、平调模块的内部canb接口进行数据通信；内部eth3b接口与以太网交换模块进行数据通信；内部eth1b接口与无线通信模块进行数据通信；内部eth2b接口与数据换装模块进行数据通信；外部ethb接口与lkj-15型列车运行监控装置的b系进行数据通信。
[0027]
所述冗余的平调模块，包括平调模块a和平调模块b，具备内部can通信接口，参见图1，平调模块a具备内部cana接口与通信模块a进行数据通信。平调模块b具备内部canb接口与通信模块b进行数据通信。
[0028]
所述数模转换模块，具备冗余的内部cana接口和内部canb接口，分别与通信模块a和通信模块b进行数据通信。
[0029]
所述功能扩展模块，具备冗余的内部cana接口和内部canb接口，分别与通信模块a和通信模块b进行数据通信。
[0030]
所述以太网交换模块，具备冗余的内部以太网接口，见图1，以太网交换模块的eth3a接口和eth3b接口分别与通信模块a和通信模块b进行数据通信。具备内部cana接口，
用于程序升级获取数据。
[0031]
所述无线通信模块，通过无线网络获取地面设备信息。具备冗余的内部以太网接口。参见图1，无线通信模块的eth1a接口和eth1b接口分别与通信模块a和通信模块b进行数据通信。具备内部cana接口，用于程序升级获取数据。
[0032]
所述数据换装模块，用于实现lkj2000型列车运行监控装置的数据换装功能。具备冗余的内部以太网接口，其eth2a接口和eth2b接口分别与通信模块a和通信模块b进行数据通信。其具备内部cana接口，用于程序升级获取数据。其具备usb接口和rs232接口，用于与lkj2000型列车运行监控装置数据换装通信功能。
[0033]
本发明的扩展单元通过功能扩展模块代替原lkj2000的功能扩展盒，获取鸣笛、过分相信号；通过无线通信模块代替gps接收主机获取地面准确的定位信号和时间信号，除此之外无线通信模块还可以通过无线网络从地面服务器获取列车运行监控装置的换装数据；通过数模转换模块代替数模转换盒获取外设速传、双针速度表信号；通过平调模块代替调车灯显盒获取平面无线调车灯显信号。此外，扩展单元还可以通过以太网交换模块获取外设emu、lais、cmd信号，通过冗余的通信模块获取外设tax和stp信号等。
[0034]
关于所述冗余的can总线和冗余的以太网总线，参见图1，本扩展单元共有一对外部can总线接口，一对外部以太网总线接口，三对内部以太网总线和一对内部can总线。
[0035]
一对外部can总线接口：外部cana总线接口和外部canb总线接口，用于扩展单元与lkj2000型列车运行监控装置通信。扩展单元的通信模块a通过外部cana总线与lkj2000型列车运行监控装置的a系通信，通信模块b通过外部canb总线与lkj2000型列车运行监控装置b系通信。
[0036]
一对外部以太网总线接口：外部etha总线接口和外部ethb总线接口，用于扩展单元与lkj-15型列车运行监控装置通信。扩展单元的通信模块a通过外部etha总线与lkj-15型列车运行监控装置的a系通信，通信模块b通过外部ethb总线与lkj-15型列车运行监控装置b系通信。
[0037]
三对内部以太网总线：内部eth1a和内部eth1b总线、内部eth2a和内部eth2b总线、内部eth3a和内部eth3b总线。分别用于扩展单元内部无线通信模块、数据换装模块、以太网交换模块与通信模块的数据通信。无线通信模块通过内部eth1a总线与通信模块a通信，通过内部eth1b总线与通信模块b通信；数据换装模块通过内部eth2a总线与通信模块a通信，通过内部eth2b总线与通信模块b通信；以太网交换模块通过内部eth3a总线与通信模块a通信，通过内部eth3b总线与通信模块b通信。
[0038]
一对内部can总线：内部cana总线和内部canb总线，用于扩展单元内部各模块的数据传输。扩展单元的平调模块a、数模转换模块、功能扩展模块、无线通信模块、数据换装模块、以太网交换模块与通信模块a同过内部cana总线通信。平调模块b、数模转换、功能扩展模块、与通信模块b通过内部canb总线通信。
[0039]
本扩展单元为了兼容lkj2000型列车运行监控装置，在lkj-15型扩展单元技术规范的基础模块上增加了数据换装模块，该模块专用于lkj2000型列车运行监控装置的数据换装，其具备与扩展单元的通信模块进行通信的冗余的以太网总线，保证换装数据可靠、高效地通信。本扩展单元同时具备rs232接口和高速通信的usb接口，rs232接口用于数据换装命令的通信，接口协议简单，通信速率能满足使用要求；usb接口则用于换装数据的通信，可
复用lkj2000型列车运行监控装置所配置的usb接口(原lkj2000通常都是通过usb接口实现数据换装)，通信速率远比can总线通信快，能快速完成数据换装功能。
[0040]
本扩展单元为了兼容lkj2000型列车运行监控装置，在lkj-15型扩展单元技术规范要求的以太网总线的基础上增加了冗余的外部can通信接口，以实现与lkj2000型列车运行监控装置通信。
[0041]
本扩展单元在lkj-15型扩展单元技术规范要求的以太网总线的基础上，采用冗余的以太网总线与lkj-15型列车运行监控装置通信，且扩展单元内部各模块之间通过冗余的can总线和以太网总线进行通信，这种冗余的以太网总线和冗余的can总线配置，提高了数据通信的安全性、可靠性和高效性。
[0042]
本扩展单元在lkj-15型扩展单元技术规范的要求的模块基础上，将平调模块和通信模块采用冗余设计更加符合安全设备的安全要求，保证了数据通信的安全性和可靠性。
[0043]
本发明本扩展单元具备对lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置进行数据换装功能和通过lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置对扩展单元自身进行程序升级功能，以下结合具体的实例进行说明。
[0044]
实施例一通过本扩展单元实现lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置的数据换装功能。
[0045]
1)通过扩展单元实现lkj2000型列车运行监控装置的数据换装功能过程如下：
[0046]
参见图2，lkj2000型的列车运行监控装置的数据换装通过扩展单元的通信模块a、通信模块b、无线通信模块和数据换装模块共同完成。
[0047]
扩展单元上电后，通信模块a和通信模块b主动向外部can总线(外部cana和外部canb)接口和外部以太网(外部etha和外部ethb)总线接口发送请求连接的数据短包。当从外部can总线接口获取应答信号后，继续发送两个请求连接的数据短包，连续三次应答通过后，扩展单元与lkj2000型列车运行监控装置通过外部can总线建立连接。
[0048]
无线通信模块通过移动公网从地面服务器获取lkj2000型列车运行监控装置的换装数据。然后，分别通过内部eth1a总线和内部eth1b总线发送给通信模块a和通信模块b。通信模块a和通信模块b将接收的数据通过内部eth2a和eth2b总线发送给数据换装模块。数据换装模块将获取的两路换装数据通过2取2比较，通过后进行存储。lkj2000型列车运行监控装置具备数据换装专用的rs232接口和usb接口，通过rs232接口与扩展单元的数据换装模块进行换装命令的交互，通过usb接口与扩展单元的数据换装模块进行换装数据的通信。lkj2000型列车运行监控装置获取换装数据和命令后实施数据换装操作。
[0049]
2)通过扩展单元实现lkj-15型列车运行监控装置的数据换装功能过程如下：
[0050]
参见图3，lkj15型的列车运行监控装置的数据换装通过扩展单元的通信模块a、通信模块b和无线通信模块共同完成。
[0051]
扩展单元上电后，通信模块a和通信模块b主动向外部can(外部cana和外部canb)总线接口和外部以太网总线(外部etha和外部ethb)接口发送请求连接的数据短包。当从外部以太网总线接口获取应答信号后，继续发送两个请求连接的数据短包，连续三次应答通过后，扩展单元与lkj-15型列车运行监控装置通过外部总线建立连接。
[0052]
无线通信模块通过移动公网从地面服务器获取lkj-15型列车运行监控装置的换装数据。然后，分别通过内部eth1a总线和内部eth1b总线发送给通信模块a和通信模块b。通
信模块a和通信模块b将接收的数据通过外部etha和外部ethb总线发送给lkj-15列车运行监控装置。lkj-15型列车运行监控装置通过外部etha和外部ethb总线与扩展单元的通信模块进行换装命令和换装数据的交互。lkj-15型列车运行监控装置获取换装数据和命令后实施数据换装操作。
[0053]
本发明扩展单元通过无线通信方式从地面服务器获取列车运行监控装置的换装数据，为lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置进行数据换装安全可靠、操作方便提高了数据换装的效率避免了由于更换设备导致的可靠性问题。
[0054]
实施例二lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置对本扩展单元实现程序升级功能。
[0055]
扩展单元从lkj2000和lkj-15型列车运行监控装置获取程序升级的命令和数据，通过内部can总线对扩展单元的各模块进行程序升级，参见图4的步骤
①
～
⑩
。
[0056]
图4中的列车运行监控装置包括lkj2000型和lkj-15型，扩展单元的通信模块包括通信模块a和通信模块b，其他模块包括平调模块a、平调模块b、数模转换模块、功能扩展模块、无线通信模块、数据换装模块、以太网交换模块。lkj2000型列车运行监控装置通过外部cana和外部canb总线分别与扩展单元的通信模块a和通信模块b通信进行步骤
①
～
⑨
数据和命令的交互。lkj-15型列车运行监控装置通过外部etha和外部ethb以太网总线分别与扩展单元的通信模块a和通信模块b通信进行步骤
①
～
⑨
数据和命令的交互。
[0057]
①
列车运行监控装置向扩展单元的通信模块发送“程序升级”命令。
[0058]
②
接收命令后，扩展单元的通信模块向列车运行监控装置回复“可升级”。
[0059]
③
收到回复后，列车运行监控装置将程序数据发送给扩展单元的通信模块。
[0060]
④
扩展单元的通信模块接收列车运行监控装置发送的程序升级数据。
[0061]
⑤
扩展单元的通信模块将接收的各模块的升级数据分别存放到指定的存储区域，各模块的程序升级数据通过id号识别。
[0062]
⑥
列车运行监控装置完成程序发送后，发送“发送完成”指令。
[0063]
⑦
扩展单元的通信模块接收指令且程序升级数据接收完成后，回复“接收完成”。
[0064]
⑧
列车运行监控装置收到回复后，发送“开始升级”命令。
[0065]
⑨
扩展单元的通信模块向列车运行监控装置回复“程序升级”。
[0066]
⑩
同时将“启动程序升级”命令通过扩展单元的内部can总线发送给扩展单元的其他模块。
[0067]
扩展单元的通信模块通过内部can总线发送“启动程序升级”命令后，扩展单元的各模块进入程序升级模式。
[0068]
冗余的通信模块依次将各模块的程序升级数据发送到内部can总线上，各模块通过id号识别自身程序升级的数据包。
[0069]
以平调模块a为例，当平调模块a识别到内部cana总线上发送的程序升级数据包的id号符合自身的id号时，平调模块a在内部cana总线上发送“进入程序升级”指令。扩展单元的其他模块进入静默模式(停止发送数据)。平调板a开始进行程序升级，程序升级完成后，平调板a在内部cana总线发送“升级完成”指令。扩展单元的其他模块接收指令后解除静默模式。通信模块通过内部can总线发送另一模块的程序升级数据包，扩展单元的其他模块的程序升级可参考平调模块a。
[0070]
扩展单元的平调模块a、数模转换模块、功能扩展模块、通信模块a、无线通信模块、数据换装模块和以太网通信模块通过内部cana总线进行程序升级。而平调模块b和通信模块b通过内部canb总线进行程序升级。
[0071]
扩展单元的通信模块a和通信模块b在最后进行程序升级。当通信模块a和通信模块b程序升级完成后，向列车运行监控装置发送“升级完成”指令，列车运行监控装置发送“退出升级”命令。扩展单元的所有模块恢复正常运行模式。
[0072]
列车运行监控装置为扩展单元进行程序升级期间进行多次应答，保证程序升级过程的安全可靠；采用列车运行监控装置为扩展单元自动进行程序升级的方法安全可靠，操作简单，避免了各模块手动进行程序升级的造成的错升、漏升问题。
[0073]
本发明的技术优势：本扩展单元将多种接口盒的功能集成到一个扩展单元中，且同时兼容lkj2000型和lkj-15型列车运行监控装置，集成度高、兼容性好，不仅节省了机车空间，降低了设备安装和维护难度，同时避免了设备拆装过程中造成的安全、可靠性问题。扩展单元内部各模块之间和扩展单元与外部列车运行监控装置之间采用冗余的以太网总线和can总线通信，提高了数据通信的安全性、可靠性和高效性。本扩展单元可通过列车运行监控装置自动进行程序升级，操作简单且安全可靠。本扩展单元具备为列车运行监控装置进行数据换装的功能，操作简便，换装效率高。
[0074]
本文中采用的术语和表达方式只是用于描述，本发明并不局限于这些术语和表述，使用这些术语和表达也不意味着排除任何示意和描述的等效特征，可能存在的各种修改、变换和替换也应该包含在权利要求范围内，权利要求应视为覆盖这些等效物。
[0075]
同样需要指出的是，虽然本发明的扩展单元只明确列举了几个可代替的接线盒的功能，但不仅限于列举的接线盒功能，可在此基础上进行扩展，该形式的设计均属于本专利的保护范围，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书的范围内。