畢業(yè)設(shè)計-基于can總線的地鐵屏蔽門系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-09-10 11:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 供故障檢測的方法。 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現(xiàn)數(shù)據(jù)的封裝與拆裝。即對需要發(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。在通信過程中對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行流量控制以及差錯控制，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)和媒體訪問控制子層(MAC)。 邏輯鏈路控制子層(LLC)的主要功能是通過接收濾波實現(xiàn)報文有選擇性的接收以及提供過載信息。媒體訪問控制子層(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計算、添加SOF、RTR、CRC、ACK位等。(3)媒體的訪問管理：當(dāng)總線出現(xiàn)連續(xù)7個以上的“隱性”位便可以確定總線為空閑，開始發(fā)送報文。(4)執(zhí)行仲裁：總線訪問沖突時，執(zhí)行仲裁。(5)錯誤檢測：執(zhí)行監(jiān)視，報文格式檢查。(6)出錯標(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)錯誤檢測：執(zhí)行CRC校驗、格式校驗、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)出錯標(biāo)定以及故障界定。 CAN總線幀類型CAN總線傳輸數(shù)據(jù)時，把傳輸?shù)膱笪陌凑找欢ㄒ蠓殖刹煌拇a塊，在傳輸這些代碼塊時，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總線的報文傳輸共有四種類型的幀，分別為數(shù)據(jù)幀(Date Frame)、遠(yuǎn)程幀(Remote Frame)、錯誤幀(Error Frame)以及過載幀(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?。它由七個場(場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(Arbitration Field)、控制場(Control Field)、數(shù)據(jù)場(Date Field)、CRC場(CRC Field)、應(yīng)答場(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)點可以通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀來請求另一節(jié)點發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀。遠(yuǎn)程幀由幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束組成。遠(yuǎn)程幀與數(shù)據(jù)幀相比，沒有數(shù)據(jù)場，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)程幀沒有數(shù)據(jù)場，則數(shù)據(jù)長度代碼(DLC)沒有任何意義，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)格式的仲裁場有11位標(biāo)識符， 而擴(kuò)展格式的仲裁場有29位標(biāo)識符。(3)錯誤幀(Error Frame)當(dāng)總線上的節(jié)點檢測到錯誤時，節(jié)點向總線發(fā)送錯誤幀。錯誤幀由不同節(jié)點的錯誤標(biāo)志疊加以及錯誤界定符組成。 (4)過載幀(Overload Frame)過載幀為相鄰的數(shù)據(jù)幀或者遠(yuǎn)程幀之間提供附加延時。CAN報文傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每次只可傳輸O至8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。由于采用了短幀傳輸，減小了出錯率，并提高了抗干擾性能。CAN報文中不含有目的地址，它的路由信息由標(biāo)識符來體現(xiàn)。，一種是標(biāo)準(zhǔn)的n位標(biāo)識符， 另一種是擴(kuò)展的29位標(biāo)識符。網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點都必須明確知道該標(biāo)識符的具體含義，并由各自的報文驗收濾波器來判斷是否接收該標(biāo)識符所對應(yīng)的數(shù)據(jù)。(1)數(shù)據(jù)幀(2)遠(yuǎn)程幀(3)錯誤幀(4)過載幀圖2－2 CAN總線的四種類型幀 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過程：發(fā)送請求、總線仲裁、報文發(fā)送、錯誤檢測、接收應(yīng)答。圖2－3 CAN總線通信流程本課題設(shè)計的地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)主要包括門控單元(DCU)、中央接口盤(PSC)、就地接口盤(PSL)以及與其他系統(tǒng)的接口。 系統(tǒng)內(nèi)部采用現(xiàn)場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CAN現(xiàn)場總線進(jìn)行通信，如下圖所示。DCU是屏蔽門的控制裝置， 每扇門有一個門控制單元（DCU），它根據(jù)接收到的指令控制馬達(dá)。這些單元確保門的力量和速度在安全范圍內(nèi)保持最佳。它們也監(jiān)視門上傳感器和執(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（PSC）上。站臺上每一列門都是由PSC控制和監(jiān)視的。DCU通過CAN總線聯(lián)網(wǎng)，傳輸速度為100kBit/s， 這對于定時要求是足夠了，而且CAN總線也能在最長180米的站臺范圍內(nèi)以相同的速率傳輸。同時本級站點還需要完成與上級站臺監(jiān)控站之間的動作指令接收，完成情況反饋及門狀態(tài)信息上傳等現(xiàn)場總線通信任務(wù)。就地接口盤(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)。中央接口盤是由信號系統(tǒng)自動列車控制ATC系統(tǒng)實現(xiàn)屏蔽門自動開/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，進(jìn)行統(tǒng)籌管理控制，同時與總監(jiān)控站進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。站臺每側(cè)設(shè)置了一個PSL，與列車正常停車時駕駛室的門相對應(yīng)。PSL與DCU、PSC通過線路連接，主要是保證信號傳輸?shù)目煽啃浴Ｋ鼞?yīng)用于緊急情況，在無法實現(xiàn)由ATC系統(tǒng)控制開/關(guān)門時，由列車司機(jī)手動操作就地控制盤的按鈕,從而實現(xiàn)開門/關(guān)門。地鐵每隔幾分鐘就有一個班次到達(dá)地鐵站臺，所以地鐵屏蔽門每隔幾分鐘就要開關(guān)一次，正常情況下控制系統(tǒng)分為四個工作狀態(tài)，分別是開門狀態(tài)、開門結(jié)束狀態(tài)、關(guān)門狀態(tài)、關(guān)門結(jié)束狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)完成自檢后就會等待來自列車系統(tǒng)或者站臺的就地控制盤發(fā)出的開關(guān)門信號，進(jìn)行一次開關(guān)門操作并將事件記錄下來存入外部存儲器。列車行進(jìn)方向列車行進(jìn)方向DCU1DCU2DCU3DCU78DCU8DCU930PSLDCU1DCU2DCU3DCU78DCU8DCU90PSLPSC接口圖2－4 屏蔽門控制系統(tǒng)CAN總線構(gòu)成圖圖2－5 通訊傳輸模擬節(jié)點設(shè)置實際應(yīng)用中系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖24，各環(huán)節(jié)之間采用CAN通訊傳輸，此實驗?zāi)M的是PSC中央接口盤和DCU門控單元的部分。實驗?zāi)M采用的是基于51單片機(jī)的拓展學(xué)習(xí)板和CAN MINI的傳輸來對屏蔽門系統(tǒng)的通訊進(jìn)行仿真模擬。實驗所需器件為個人筆記本電腦一臺，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)動和DEBUG TOOLS等，在后面的部分會專門進(jìn)行
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