基于數字化傳輸研究在編組站測速雷達的應用

吳文杰

（上海電氣泰雷茲交通自動化系統有限公司武漢分公司，湖北武漢，430000）

1 多普勒雷達測速

多普勒雷達的測速原理，如下圖1所示。

圖1 多普勒雷達測速原理框圖

f0是耿氏振蕩器產生的簡諧振蕩信號，信號通過傳輸介質透鏡天線輻射到前方的列車，當發送信號遇到移動的列車，經雷達反射的頻率為f=f0±fd，其中fd稱為多普勒測速頻率，它與車輛速度有如下關系：

2 網絡節點拓撲結構

雙CAN總線型的拓撲結構有著較高的容錯性與可靠性，相比于普通的總線型結構，雙CAN總線型的優點是更加容易的擴充與后期升級，且它擁有四路CAN通路，比普通的CAN總線能多分擔一倍的數據量。為了保證編組站雷達測速系統有著較高的可靠性與容錯性，可選用雙總線型的拓撲結構。測速主機的核心選用STM32F105微控制器內部集成2路獨立的CAN控制器，避免了總線節點擴張而帶來的電磁干擾。如下圖2所示的網絡拓撲結構。多個測速主機可以分別掛載在雙CAN總線拓撲結構上。

圖2 雙CAN總線網絡

網絡系統采用了雙CAN總線的控制器及總線的收發器，從底層的物理層、數據鏈路層再到上層的應用層，都能夠實現冗余功能，作為整個測速主機的核心，雙CAN網絡結構，分為主從結構，其中一路為主CAN，另外一路為從CAN，在系統正常工作時，系統只有一路CAN控制器工作，另外一路處于備用狀態。當主CAN故障失效時，備用的從CAN將接管主CAN的工作。整個系統的冗余性能得到較大的提升，當主CAN的負載較大且傳輸數據量較大時，兩路CAN可以一起工作，這樣也提高了整個系統的負載能力，可靠性大大提高。

3 通信模式

該協議的網絡為主/從式網絡，通信并不能隨即發起，建立連接后，主控設備必須按周期與從設備進行通信，以維持建立的通信連接。在該網絡結構中由主CAN節點發起，并向從站CAN設備發送命令幀，從站設備收到該數據幀后，要在規定的時間內返回應答幀，當主站收到返回的應答幀后，將會判斷返回的報文是否有錯誤出現，則從CAN設備的應答幀會有一個異常功能碼用于提醒主站CAN控制器，并且將該CAN節點從網絡刪除，且遠程自動復位，并啟動從CAN節點的連接。

3.1 協議基本功能測試

因為該協議的網絡為主/從式網絡，主控設備需和從控設備先建立一個連接，連接反應正常后，主控設備再給從控設備發送相關的優先級編碼、源節點編碼、目標節點地址編碼和功能碼，來控制相關的從控設備的相關工作。在CANPro分析平臺中，制定相關的CAN應用層協議，測試網絡連接無誤后，給priority發送0x02的編碼（進行數字量的采集傳輸）、SrcMACID發送0x08的編碼，DestMACID發送0x08的地址編碼（對應相關的從控設備），功能碼為0x01（用于節點主CAN建立通信）。在CANPro協議軟件的接收數據如3所示。

圖3 協議基本功能測試

3.2 dual can bus功能驗證

雙CAN網絡的功能驗證是符合故障導向安全EN50159規范的，導向原則就是在硬件或軟件故障時，能讓系統從不穩定不安全的狀態轉換到相對穩定的情況。當系統傳輸的信息出現丟包、協議不穩、報文重復或丟失，系統網絡能夠識別出此類危險，并采取強制的措施讓其他故障節點盡快恢復到正常的工作狀態。

在本網絡測試中，以CAN1節點故障為例，當給測速主機的發送相關報文時，CAN1節點因為出現故障，不能完成相應的數據報文通信，因此按照此前的協議，首先要刪除該主機的主CAN連接，然后進行設備復位，如圖4所示。

在圖4中，可以看到當建立主CAN節點通信的時候，狀態信息為Failed,說明該測速主機的主CAN節點出現故障，不能正常的工作。因此在目標節點、源節點發送不變的情況下，更改相應的優先級，改變要發送相應的功能碼，將優先級改為0，優先級最高（此時出現設備故障）來操作主機從故障向安全轉換。首先要刪除該主CAN故障節點，因此發送功能碼0x02，從圖7中可以看到狀態標志位是Success,說明主CAN刪除成功。然后需要重新復位該主機，發送功能碼0x03,狀態標識位是Success，故該測速主機復位成功。然后再CANPro軟件中將CAN節點切換到CAN2中，發送相應的優先級、源節點、目標節點和功能碼。相應的功能碼為0x04（建立從CAN的連接）。從CAN節點能夠完成主機測速信息的報文傳輸，將主CAN故障轉向安全側，利用從CAN節點進行正常的工作。

圖4 主CAN故障轉向安全

圖5 從CAN節點建立連接并正常工作

4 結論

結合編組站的模擬信號傳輸容易受到干擾的研究背景，本文作者提出了數字化信息傳輸的研究，利用雙CAN網絡機構，測速主機選用STM32F105為控制器的核心，本文主要針對CAN總線應用層做出了相應的設計，該協議的特點如下：針對應用層設計了相應的功能碼、標識碼，使得信息的傳輸更加靈活。雙CAN的網絡結構能夠讓系統更加穩定，故障導向安全的功能也讓系統的冗余性、可靠性、安全性更高利用CAN總線作為數字信息傳輸的載體，相比于模擬量，受電磁干擾的能力會更好