基于CAN-bus現場總線智能門控器的動態ID配置

徐華

摘要：目前應用于地鐵站臺門的門控器（DCU）多采用CAN-bus現場總線進行通訊。現在國內外市場中，各品牌DCU產品多采用手動方式逐個設置ID，這種設置方式調試效率低下、人工成本高。本文提出了一種可動態配置CAN總線節點ID的技術：只需要整側DCU全部上電即可實現所有DCU的ID自動配置。該技術摒棄了以往DCU逐個設置ID的缺點，可有效提高調試人員的調試效率。

Abstract： At present， The door controllers （DCU） used in subway platform doors mostly use CAN-bus field bus for communication.At present in domestic and foreign markets， each brand of DCU products uses manual methods to set the ID one by one，which results in low debugging efficiency and high labor costs. This paper proposes a technology that can dynamically configure the CAN bus node ID： all the DCU need to be powered on to realize the automatic ID configuration of all DCU.This technology abandons the shortcomings of setting ID one by one in the DCU in the past， which can effectively improve the debugging efficiency of the debugger.

關鍵詞：DCU;CAN-bus;動態ID

Key words： DCU;CAN-bus;Dynamic ID

0 ?引言

目前，越來越多的城市正在嘗試構建智能城市軌道交通系統，大力推廣無人駕駛等新型智能技術。而地鐵車輛門與站臺門系統作為城市軌道交通的重要組成部分，探尋一種更為安全有效可靠的智能門控器具有重要意義。本文針對目前市場中大部分基于CAN現場總線進行通訊的DCU在安裝調試時需要調試人員逐個進行節點ID配置這一現狀，提出一種可動態智能配置ID的技術。該技術采用基于CAN總線的硬線時間片時序控制技術來實現ID動態分配。

1 ?門控器ID配置現狀

1.1 應用環境

目前，國內外應用于地鐵車輛門和站臺門的DCU基本采用CAN總線進行通訊。國內地鐵車輛多為6節車輛編組，共48扇車輛門，對應的地鐵站上下行站臺門各24扇，即每一側需24個DCU進行控制，該24個DCU使用一條CAN總線進行通訊。

1.2 CAN特性

根據CAN總線協議可知，CAN總線有以下幾個特點：多主工作方式、節點分優先級、非破壞性位仲裁總線結構機制、廣播方式傳送數據等等。單一CAN總線可以接入多個節點。當CAN總線空閑時，所有節點都可以發送消息，當多個節點同時發送消息時，根據節點ID值進行判斷，ID值最小的節點獲得優先權。另外，CAN總線上的消息時是以廣播的形式進行傳送的，所有的節點都可以監聽到發送方發送到總線上的數據。

正是CAN的這些特性，使用兩根線就能組網眾多節點，布線簡單，很適用于節點多、對實時性要求高、數據量又不大的場合。同時，可以看到，CAN節點的ID非常重要，它是系統正常通信的前提。不僅表明節點的身份，更是影響仲裁優先級。

1.3 ID配置方式

1.3.1 撥碼開關方式

CAN節點（本文為DCU）在進行硬件設計時，加入撥碼開關。后期使用時，人工通過設置撥碼開關來逐個配置CAN的ID。

優點：設計簡單，操作門檻低。

缺點：人工配置，容易配錯ID，導致節點ID重復;撥碼開關對外開放，無私密性，任何人都可以操作，容易被誤改。

成本：需要撥碼開關和多路輸入電路。

1.3.2 硬線配置方式

CAN節點在進行硬件設計時，預留多路硬線輸入接口。后期使用時，通過硬線高低電平來配置CAN的ID。

優點：設計簡單，且具有一定的私密性。

缺點：線纜較多，施工復雜，人工接線容易出錯。

成本：需要多路硬線輸入接口和多路電纜線，成本高。

1.3.3 地面軟件維護

在調試階段，使用串口或其他通信方式，連接電腦，人工通過專用維護軟件來逐個配置CAN的ID。

優點：配置接口相對隱蔽，不容易被無關人員誤改。

缺點：操作需要帶電腦，并且逐一手工設置，操作不便，效率低。

成本：需要配套的通訊接口和配套的地面維護軟件，設計成本高。

1.3.4 手機軟件維護

可以看成是“地面軟件維護”的一種優化，用手機替代筆記本電腦。

優點：一定程度上方便了調試人員。

缺點：還是無法避免開屏蔽門的蓋板、需要手工逐個設置等問題。

成本：需要配套的通訊接口和配套的地面維護軟件，設計成本高。

1.4 小結

國內外市場中，各品牌DCU產品多采用手動方式逐個設置ID，安裝好的DCU需由調試人員手動逐個進行ID配置。而一條地鐵線往往有著數十個站點，也就是說有著成百上千個DCU需要調試人員逐個去配置，這一工作量是十分巨大和繁瑣的，人工設置方式造成施工或調試效率低下、人工成本高。

隨著城市軌道交通建設愈來愈趨向于智能化，探尋一款更為智能的DCU，由此具有了重要意義。

2 ?方案設計

基于上述現狀，本文提出一種基于CAN總線通訊DCU的動態ID配置設計方案：基于現有DCU連接方式，引入輔助硬線進行控制的方式以實現動態ID配置。連接示意圖如圖1所示。

該方案原理如下：在整側DCU使用硬線串聯起來后，將初始節點端DCU1的輸入硬線0接入輸入電源;如圖2所示，當整側DCU同時上電后，硬線0會在t0（t0根據實際情況設置，如2s）內被置高，DCU1檢測到硬線信號0后寫入ID1，隨后DCU1通過CAN總線廣播ID2，并在t0后發出硬線信號1（高電平），DCU2同時接收到廣播信號ID2和硬線信號1后，寫入ID2;與DCU1相同，DCU2在配置完ID2后通過CAN總線廣播ID3，并在t0后發出硬線信號2（高電平），DCU3同時接收到廣播信號ID3和硬線信號2后，寫入ID3;后續DCU依次類推進行ID配置，直至整側DCU全部配置完成。

該方案中，第一個DCU和后面其它的DCU的ID信號來源不同，為了使第一個DCU的軟件與其他DCU軟件一致，增加了t0時間。DCU在上電的t0時間內識別到硬線信號，則認為是DCU1，可以只憑硬線信號更改ID。其他時間內，需要硬線信號和ID信號共同決定。

如圖3所示為本文設計方案的流程圖。

3 ?應用驗證

3.1 實驗室測試

根據設計方案，現對其進行應用驗證，如圖4所示，測試使用四個CAN節點，現將該4個CAN節點連接至同一CAN總線中，并根據上述方案引入硬線，同時使用CAN轉以太網設備將CAN總線與計算機連接，通過調試軟件進行測試。DCU設置ID后會發出“11 22 33 44 55 66 77 88”的數據幀，上位機軟件將其轉換為“88+ID幀+數據幀”。

根據方案，對DCU進行上電，如圖5所示，四個CAN節點分別寫入了“00 00 00 01”、“00 00 00 02”、“00 00 00 03”、“00 00 00 04”ID值。

3.2 現場驗證及效果比較

上電幾秒后，全部DCU自動配置ID完畢，PSA上顯示所有DCU在線（綠色），如圖6所示。

效率分析：本方案整個過程花費幾十秒時間。如果采用以往傳統方式，按照一個門單元10分鐘計算，需要8個小時。顯然，本方案效率大大提高。

成本分析：本方案DCU需要增加一路輸入和一路輸出，通常DCU都有多余的輸入輸出接口，相比其他方案，也有一定優勢。

可靠性分析：本方案ID由軟件自動配置，無需人工介入，不會出現因配錯ID導致ID重復、遺漏等問題。

4 ?結論

本文在分析現有地鐵站臺門等DCU其基于CAN總線上節點ID配置方案的基礎上，主要研究了一種更為簡便的動態ID配置方案。并通過搭建實驗平臺和現場調試進行驗證。最終結果達到預期效果，為以后地鐵站臺門或車輛門DCU在CAN總線ID配置時提供了一種可行方案，也為其他領域類似應用提供了參考。

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