畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于can總線的地鐵屏蔽門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-09-10 11:24 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 供故障檢測(cè)的方法。 介質(zhì)相關(guān)接口(MDI)定義了物理介質(zhì)與媒體訪問(wèn)單元(MAU)之間的機(jī)械和電氣接口。數(shù)據(jù)鏈路層主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的封裝與拆裝。即對(duì)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)添加附加信息發(fā)送到總線上，在收到信息后，去除附加信息得到數(shù)據(jù)信息等。在通信過(guò)程中對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行流量控制以及差錯(cuò)控制，保證傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)鏈路層可分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和媒體訪問(wèn)控制子層(MAC)。 邏輯鏈路控制子層(LLC)的主要功能是通過(guò)接收濾波實(shí)現(xiàn)報(bào)文有選擇性的接收以及提供過(guò)載信息。媒體訪問(wèn)控制子層(MAC)是CAN協(xié)議規(guī)范的核心，執(zhí)行的主要功能可以分為兩部分。一是發(fā)送功能，包括：(1)數(shù)據(jù)的封裝：向發(fā)送的數(shù)據(jù)幀添加附加信息。(2)幀編碼：進(jìn)行CRC計(jì)算、添加SOF、RTR、CRC、ACK位等。(3)媒體的訪問(wèn)管理：當(dāng)總線出現(xiàn)連續(xù)7個(gè)以上的“隱性”位便可以確定總線為空閑，開(kāi)始發(fā)送報(bào)文。(4)執(zhí)行仲裁：總線訪問(wèn)沖突時(shí)，執(zhí)行仲裁。(5)錯(cuò)誤檢測(cè)：執(zhí)行監(jiān)視，報(bào)文格式檢查。(6)出錯(cuò)標(biāo)定以及故障界定。另一是接收功能，包括：(1)數(shù)據(jù)的拆裝：將收到的數(shù)據(jù)幀去除附加信息，獲取數(shù)據(jù)信息。(2)錯(cuò)誤檢測(cè)：執(zhí)行CRC校驗(yàn)、格式校驗(yàn)、位填充等。(3)發(fā)送應(yīng)答：在接收到信息后，如果正確接收，發(fā)送應(yīng)答標(biāo)志。(4)出錯(cuò)標(biāo)定以及故障界定。 CAN總線幀類(lèi)型CAN總線傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，把傳輸?shù)膱?bào)文按照一定要求分成不同的代碼塊，在傳輸這些代碼塊時(shí)，在代碼塊的頭尾加上固定的信息格式，把代碼塊夾在中間，這樣就構(gòu)成了“幀”。CAN總線的報(bào)文傳輸共有四種類(lèi)型的幀，分別為數(shù)據(jù)幀(Date Frame)、遠(yuǎn)程幀(Remote Frame)、錯(cuò)誤幀(Error Frame)以及過(guò)載幀(Overload Frame)。(1)數(shù)據(jù)幀(Date Frame)數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌?。它由七個(gè)場(chǎng)(場(chǎng)是幀的基本組成部分，它是一段定義好的邏輯數(shù)據(jù)，可以為數(shù)據(jù)、指針或者鏈接)組成：幀起始(Start of Frame)、仲裁場(chǎng)(Arbitration Field)、控制場(chǎng)(Control Field)、數(shù)據(jù)場(chǎng)(Date Field)、CRC場(chǎng)(CRC Field)、應(yīng)答場(chǎng)(ACK Field)以及幀結(jié)束(End of Frame)。(2)遠(yuǎn)程幀(Remote Frame)總線上的某一節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀來(lái)請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。遠(yuǎn)程幀由幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束組成。遠(yuǎn)程幀與數(shù)據(jù)幀相比，沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng)，而且遠(yuǎn)程幀的RTR位為隱性位(邏輯1)，與數(shù)據(jù)幀相反。由于遠(yuǎn)程幀沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng)，則數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼(DLC)沒(méi)有任何意義，可以是0~ 8之間的任意數(shù)字。遠(yuǎn)程幀也分為標(biāo)準(zhǔn)格式與擴(kuò)展格式，遠(yuǎn)程幀標(biāo)準(zhǔn)格式的仲裁場(chǎng)有11位標(biāo)識(shí)符， 而擴(kuò)展格式的仲裁場(chǎng)有29位標(biāo)識(shí)符。(3)錯(cuò)誤幀(Error Frame)當(dāng)總線上的節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送錯(cuò)誤幀。錯(cuò)誤幀由不同節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加以及錯(cuò)誤界定符組成。 (4)過(guò)載幀(Overload Frame)過(guò)載幀為相鄰的數(shù)據(jù)幀或者遠(yuǎn)程幀之間提供附加延時(shí)。CAN報(bào)文傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每次只可傳輸O至8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。由于采用了短幀傳輸，減小了出錯(cuò)率，并提高了抗干擾性能。CAN報(bào)文中不含有目的地址，它的路由信息由標(biāo)識(shí)符來(lái)體現(xiàn)。，一種是標(biāo)準(zhǔn)的n位標(biāo)識(shí)符， 另一種是擴(kuò)展的29位標(biāo)識(shí)符。網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須明確知道該標(biāo)識(shí)符的具體含義，并由各自的報(bào)文驗(yàn)收濾波器來(lái)判斷是否接收該標(biāo)識(shí)符所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。(1)數(shù)據(jù)幀(2)遠(yuǎn)程幀(3)錯(cuò)誤幀(4)過(guò)載幀圖2－2 CAN總線的四種類(lèi)型幀 CAN總線通信原理與通信流程CAN總線的通信流程大致可以分為以下幾個(gè)過(guò)程：發(fā)送請(qǐng)求、總線仲裁、報(bào)文發(fā)送、錯(cuò)誤檢測(cè)、接收應(yīng)答。圖2－3 CAN總線通信流程本課題設(shè)計(jì)的地鐵屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)主要包括門(mén)控單元(DCU)、中央接口盤(pán)(PSC)、就地接口盤(pán)(PSL)以及與其他系統(tǒng)的接口。 系統(tǒng)內(nèi)部采用現(xiàn)場(chǎng)總線和硬線連接兩種連接方式，PSL與PSC、PSL與DCU之間采取硬線連接，DCU與PSC之間通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信，如下圖所示。DCU是屏蔽門(mén)的控制裝置， 每扇門(mén)有一個(gè)門(mén)控制單元（DCU），它根據(jù)接收到的指令控制馬達(dá)。這些單元確保門(mén)的力量和速度在安全范圍內(nèi)保持最佳。它們也監(jiān)視門(mén)上傳感器和執(zhí)行器的狀態(tài)，并連續(xù)地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄偷亟涌诒P(pán)（PSC）上。站臺(tái)上每一列門(mén)都是由PSC控制和監(jiān)視的。DCU通過(guò)CAN總線聯(lián)網(wǎng)，傳輸速度為100kBit/s， 這對(duì)于定時(shí)要求是足夠了，而且CAN總線也能在最長(zhǎng)180米的站臺(tái)范圍內(nèi)以相同的速率傳輸。同時(shí)本級(jí)站點(diǎn)還需要完成與上級(jí)站臺(tái)監(jiān)控站之間的動(dòng)作指令接收，完成情況反饋及門(mén)狀態(tài)信息上傳等現(xiàn)場(chǎng)總線通信任務(wù)。就地接口盤(pán)(PSL)是控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)， 一般安裝在控制設(shè)備室內(nèi)。中央接口盤(pán)是由信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)列車(chē)控制ATC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)屏蔽門(mén)自動(dòng)開(kāi)/關(guān)的重要接口設(shè)備。 它的功能是監(jiān)控本站所有的屏蔽門(mén)，進(jìn)行統(tǒng)籌管理控制，同時(shí)與總監(jiān)控站進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。站臺(tái)每側(cè)設(shè)置了一個(gè)PSL，與列車(chē)正常停車(chē)時(shí)駕駛室的門(mén)相對(duì)應(yīng)。PSL與DCU、PSC通過(guò)線路連接，主要是保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。它?yīng)用于緊急情況，在無(wú)法實(shí)現(xiàn)由ATC系統(tǒng)控制開(kāi)/關(guān)門(mén)時(shí)，由列車(chē)司機(jī)手動(dòng)操作就地控制盤(pán)的按鈕,從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)。地鐵每隔幾分鐘就有一個(gè)班次到達(dá)地鐵站臺(tái)，所以地鐵屏蔽門(mén)每隔幾分鐘就要開(kāi)關(guān)一次，正常情況下控制系統(tǒng)分為四個(gè)工作狀態(tài)，分別是開(kāi)門(mén)狀態(tài)、開(kāi)門(mén)結(jié)束狀態(tài)、關(guān)門(mén)狀態(tài)、關(guān)門(mén)結(jié)束狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)完成自檢后就會(huì)等待來(lái)自列車(chē)系統(tǒng)或者站臺(tái)的就地控制盤(pán)發(fā)出的開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)，進(jìn)行一次開(kāi)關(guān)門(mén)操作并將事件記錄下來(lái)存入外部存儲(chǔ)器。列車(chē)行進(jìn)方向列車(chē)行進(jìn)方向DCU1DCU2DCU3DCU78DCU8DCU930PSLDCU1DCU2DCU3DCU78DCU8DCU90PSLPSC接口圖2－4 屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)CAN總線構(gòu)成圖圖2－5 通訊傳輸模擬節(jié)點(diǎn)設(shè)置實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖24，各環(huán)節(jié)之間采用CAN通訊傳輸，此實(shí)驗(yàn)?zāi)M的是PSC中央接口盤(pán)和DCU門(mén)控單元的部分。實(shí)驗(yàn)?zāi)M采用的是基于51單片機(jī)的拓展學(xué)習(xí)板和CAN MINI的傳輸來(lái)對(duì)屏蔽門(mén)系統(tǒng)的通訊進(jìn)行仿真模擬。實(shí)驗(yàn)所需器件為個(gè)人筆記本電腦一臺(tái)，YH51Ⅲ學(xué)習(xí)板，CAN MINI芯片，以及兩條串口線和USB線一條。軟件方面則運(yùn)用硬件相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)和DEBUG TOOLS等，在后面的部分會(huì)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行
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