轻轨列车接口控制器论文和设计-王复阳

全文摘要

本实用新型公开了一种轻轨列车接口控制器，该控制器由外壳和安装在外壳中的电路板构成，各功能电路及外部接口集成在所述电路板上，所述外部接口采用符合EN50155标准的外部接口，该控制器可辅助视频监控主机获取列车进站、离站、重联等状态信号，并可根据视频监控主机的控制指令，在两列车重联运行时，控制头车车尾的AP模块开启，车头的AP模块关闭，尾车车头的AP模块开启，车尾的AP模块关闭，从而实现两列车的无线网桥连接，最终实现列车视频跨车的实时监控，而且其还具有体积小集成度高的特点。

主设计要求

1.一种轻轨列车接口控制器，其特征在于，包括外壳、电路板，所述电路板上集成有：符合EN50155标准的外部接口、电源转化模块、POE电源控制电路、信号拾取及隔离电路、串口通信电路、MCU控制电路；所述电路板安装在所述外壳内，所述外部接口的插接口通过所述外壳外露，所述外部接口包括：电源输入接口，至少两个网络输入接口，至少两个含POE网络输出接口，用于输入列车进站、重联、尾车信号的干接点信号输入接口，至少两个RS232通信接口；所述电源转化模块将经所述电源输入接口输入的电源信号转换后为所述控制器内各电路供电，所述信号拾取及隔离电路将通过所述干接点信号输入接口输入的干接点信号进行光耦隔离并转换成MCU可识别的信号输出到所述MCU控制电路，所述RS232通信接口通过所述串口通信电路与所述MCU控制电路连接，所述MCU控制电路采集所述干接点信号获知列车状态，通过所述RS232通信接口、串口通信电路接收查询、控制命令并反馈，并根据所述控制命令控制所述POE电源控制电路电源注入使能，所述网络输入接口与所述含POE网络输出接口一一对应连接，所述POE电源控制电路根据使能信号控制所述含POE网络输出接口与所述电源输入接口或电源转化模块连通或断开以决定电源注入与否。

设计方案

2.根据权利要求1所述的轻轨列车接口控制器，其特征在于，所述电源输入接口为DC24电源输入接口，所述电源转化模块将输入的24V分别转换成12V、5V输出。

3.根据权利要求1所述的轻轨列车接口控制器，其特征在于，所述外部接口统一部署在所述外壳的同一侧面，称该侧面为外壳的面板。

4.根据权利要求1所述的轻轨列车接口控制器，其特征在于，所述电源输入接口采用PHOENIX-2P 5.08电源插座；

所述干接点信号输入接口采用PHOENIX-12P 3.81信号接入插座；

所述RS232通信接口采用M12 D-coding串口插座；

所述含POE网络输出接口采用DB9\/F网络输出接口；

所述网络输入接口采用M12 D-coding网口输入接口。

5.根据权利要求3所述的轻轨列车接口控制器，其特征在于，所述外壳的面板上设有螺孔，以便通过螺丝可靠接地。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有轻轨列车信号检测功能和网线电源注入和控制输出功能的轻轨列车接口控制器，应用于轻轨列车视频监控领域。

背景技术

公共交通安全关系重大，运营车辆都要求安装视频监控系统，便于车厢内外情况实时监测和事故发生后的调查取证。轻轨列车视频监控系统，在车厢内安装有多个摄像机用于拍摄车厢内情况，在司机室外安装有一个车外摄像机，用于观察车外情况，例如乘客上下车时的情况，全车摄像机视频经过编码后存储在车载视频录像机中。早期视频监控系统多采用模拟相机+编码板+DVR方式实现。现在网络相机已经普遍流行，视频监控系统转换为数字网络相机+NVR的方式实现。视频监控系统已经由模拟转为数字，并且由标清转为高清甚至全高清，视频分辨率由CIF、D1升级为720P、1080P。

轻轨列车视频监控系统在司机室配置有车内监控屏和车外监控屏，分别显示车内和车外摄像机实时图像，为减少对司机的干扰，要求在列车行驶过程中，关闭显示屏显示，在列车进站后，才开启显示，所以要求系统能检测列车的进站离站信号。在检测到离站时关闭显示，在检测到进站时开启显示。

轻轨列车在运力紧张时会两列车联挂起来一起运行以增大运力，重联运行后，司机工作在头车司机室，需要能观看两列车的视频，所以两列车的视频监控系统，需要网络能连接在一起，实现头车能调看两列车所有摄像头视频。列车联挂通过联挂挂钩实线。对于联挂挂钩有过线端子的列车，可分配所需数量的过线端子用于网线连接，从而实现两列车之间的网络连接。而对于联挂挂钩没有过线端子的，则需要采用无线网桥的方式将两列车连通。由于列车联挂没有限定前后次序，一列车可作头车也可作尾车，所以一般在列车的车头和车尾都部署有无线AP模块，头车车尾端配置为接入点工作模式，尾车车头端配置为客户端工作模式，为防止列车自身车头、车尾形成无线信号环路，在列车重联时，需要控制开启重联地两列车连接端的无线AP，并关闭另一端的无线AP。

列车进站、离站、重联信号都是干接点通断信号。早期轻轨列车视频监控系统为实现上述信号采集(采集列车进站、离站、重联信号)和电源控制功能(控制无线AP模块的电源)，采用通用IO采集器和POE注电模块加PLC编程控制实现，由于总体模块种类多，模块对电源的要求不一样，所以还必须配置电源转换模块。就导致了此种实现方式存在外置模块多，接线复杂，故障率高的缺陷，而且还存在模块接口不符合电子设备用于机车车辆的EN50155标准的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种用于轻轨列车视频监控系统实现列车进站、离站、重联等信号采集和无线AP模块电源控制等功能的轻轨列车接口控制器，从而协助实现以无线网桥的方式连通联挂地两列车的网络，该控制器体积较小，集成度较高，而且采用符合EN50155标准的外部接口。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轻轨列车接口控制器，包括外壳、电路板，所述电路板上集成有：符合EN50155标准的外部接口、电源转化模块、POE电源控制电路、信号拾取及隔离电路、串口通信电路、MCU控制电路；所述电路板安装在所述外壳内，所述外部接口的插接口通过所述外壳外露，所述外部接口包括：电源输入接口，至少两个网络输入接口，至少两个含POE网络输出接口，用于输入列车进站、重联、尾车信号的干接点信号输入接口，至少两个RS232通信接口；所述电源转化模块将经所述电源输入接口输入的电源信号转换后为所述控制器内各电路供电，所述信号拾取及隔离电路将通过所述干接点信号输入接口输入的干接点信号进行光耦隔离并转换成MCU可识别的信号输出到所述MCU控制电路，所述RS232通信接口通过所述串口通信电路与所述MCU控制电路连接，所述MCU控制电路采集所述干接点信号获知列车状态，通过所述RS232通信接口、串口通信电路接收查询、控制命令并反馈，并根据所述控制命令控制所述POE电源控制电路电源注入使能，所述网络输入接口与所述含POE网络输出接口一一对应连接，所述POE电源控制电路根据使能信号控制所述含POE网络输出接口与所述电源输入接口或电源转化模块连通或断开以决定电源注入与否。

所述电源输入接口为DC24电源输入接口，所述电源转化模块将输入的24V分别转换成12V、5V输出。

所述外部接口统一部署在所述外壳的同一侧面，称该侧面为外壳的面板。

所述电源输入接口采用PHOENIX-2P 5.08电源插座；

所述干接点信号输入接口采用PHOENIX-12P 3.81信号接入插座；

所述RS232通信接口采用M12 D-coding串口插座；

所述含POE网络输出接口采用DB9\/F网络输出接口；

所述网络输入接口采用M12 D-coding网口输入接口。

所述外壳的面板上设有螺孔，以便通过螺丝可靠接地。

本实用新型通过干接点信号输入接口接收列车进站、重联、尾车等干接点信号，从而获知列车的状态，网络输入接口作为输入网口用于外接交换机，在控制器内部通过POE电源控制电路将普通网络输入接口转化为含POE功能的网络接口输出以便连接AP模块，室内、外视频监控主机分别通过RS232通信接口与所述控制器连接，以便查询列车状态，发送控制指令控制含POE网络输出接口POE电源注入与否，列车车头、车尾AP模块分别连接一含POE网络输出接口，从而实现室内、外视频监控主机对列车车头、车尾AP模块电源的控制。本实用新型应用于轻轨列车视频监控领域，单车运行时，视频监控主机通过RS232通信接口实时查询MCU列车干接点信号，重联信号为空，则发命令MCU关闭列车车头、车尾合计两个AP模块的POE电源注入，此时AP模块电源断开，该列车网络与外界隔离，如果接收到进站信号，则视频监控主机开启视频显示，方便司机观察列车周围，如果接收到离站信号，则视频监控主机关闭视频显示，避免干扰司机驾驶；两列车重联运行时，视频监控主机检测到重联信号和尾车信号，两列车判断自身是头车还是尾车，如果是头车，则开启车尾的AP模块，如果是尾车，则开启车头的AP模块，由此，重联的两列车即可通过无线网桥连接起来，形成一个网络，尾车视频监控主机将尾车安装的摄像机IP地址广播到网上，头车收到后，即可通过网络调取尾车视频。

本实用新型的有益效果：

1)本实用新型可辅助视频监控主机获取列车进站、离站、重联等状态信号，并可根据视频监控主机的控制指令，在两列车重联运行时，控制头车车尾的AP模块开启，车头的AP模块关闭，尾车车头的AP模块开启，车尾的AP模块关闭，从而实现两列车的无线网桥连接，最终实现列车视频跨车的实时监控。

2)本实用新型提供2个独立的串口通信线路、2个可独立控制的含POE网络输出接口，方便列车室内、外两个视频监控主机同时进行列车状态查询和AP模块电源控制，相比于现有技术车头、车尾通过各自的系统进行列车状态采集、查询和AP模块电源控制，可减少一半信号采集电路；

3)本实用新型将多个功能模块集成到一块电路板上，以电路板上的铜箔替代了连接电缆，设备可靠性高，体积小，减少了安装空间，而且外部接口规范化，满足EN50155标准要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的轻轨列车接口控制器的电路原理框图；

图2是应用实施例一的轻轨列车接口控制器的轻轨列车视频监控系统的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明：

实施例一

图1是本实用新型实施例一的轻轨列车接口控制器的电路原理框图。如图1所示，外部DC24电压通过DC电源输入接口输入，经过电源转化模块转化后，分别转换成DC12V和DC5V。DC12V输出给DC12电源输出接口，以便给外接地12V设备供电。该接口属于预留接口。DC5V给MCU控制电路和POE电源控制电路供电。

外部干接点信号，即列车进站、离站、重联、尾车等信号通过干接点信号输入接口输入，通过信号拾取及隔离电路转化为MCU可识别的信号输出到MCU控制电路。

网络输入接口，作为普通输入网口，用于外接交换机，在LRV(Light Rail Vehicle的简称，中文译文：轻轨列车)接口控制器内部通过POE电源控制电路，将普通网络输入接口转化为含POE功能的网络接口输出以便连接AP模块，POE电源控制电路受MCU控制使能。

视频监控主机连接到RS232通信接口，RS232信号经过串口通信电路处理后输出到MCU控制电路。视频监控主机发送状态查询命令给MCU控制电路，MCU控制电路采集干接点信号并返回给视频监控主机。视频监控主机发送POE电源使能命令给MCU控制电路，MCU控制电路控制POE电源控制电路开启和关闭POE电源的注入。

实施例一外部接口定义如表1：

表1

图2是应用实施例一的轻轨列车接口控制器的轻轨列车视频监控系统的连接示意图。如图2所示，TV1是室内视频监控主机，主要用于显示室内摄像机实时视频，其串口连接LRV接口控制器的RS232通信接口1。TV2是室外视频监控主机，主要用于显示室外摄像机实时视频，其串口连接LRV接口控制器的RS232通信接口2。本实施例控制器安装于轻轨列车机柜，DC电源输入接口接列车DC24V输入，干接点信号输入接口接列车干接点信号(列车提供进站、重联、尾车等干接点信号输出)，含POE网络输出接口1外接列车车头的AP模块，下文称AP1，含POE网络输出接口2外接列车车尾的AP模块，下文称AP2。网络输入接口1和网络输入接口2接交换机。

轻轨列车视频监控系统的NVR自带4个POE网口，外接室外1个网络摄像机(IPC)和室内3个摄像机。

单车运行时，TV1和TV2通过RS232通信接口1和RS232通信接口2实时查询MCU列车干接点信号，重联信号为空，则发命令MCU关闭列车车头、车尾合计两个AP模块的POE电源注入，此时AP模块电源断开，该列车网络与外界隔离。如果接收到进站信号，则TV1和TV2开启视频显示，方便司机观察列车周围，如果接收到离站信号，则TV1和TV2关闭视频显示，避免干扰司机驾驶。

两列车重联运行时，TV1和TV2检测到重联信号和尾车信号，两列车判断自身是头车还是尾车，如果是头车，则开启车尾的AP2，如果是尾车，则开启车头的AP1。由此，重联的两列车即可通过无线网桥连接起来，形成一个网络。尾车TV1将尾车安装的摄像机IP地址广播到网上，头车收到后，即可通过网络调取尾车视频。

设计图

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设计说明书

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