基于数字化传输研究在编组站测速雷达的应用

吴文杰

（上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司武汉分公司，湖北武汉，430000）

1 多普勒雷达测速

多普勒雷达的测速原理，如下图1所示。

图1 多普勒雷达测速原理框图

f0是耿氏振荡器产生的简谐振荡信号，信号通过传输介质透镜天线辐射到前方的列车，当发送信号遇到移动的列车，经雷达反射的频率为f=f0±fd，其中fd称为多普勒测速频率，它与车辆速度有如下关系：

2 网络节点拓扑结构

双CAN总线型的拓扑结构有着较高的容错性与可靠性，相比于普通的总线型结构，双CAN总线型的优点是更加容易的扩充与后期升级，且它拥有四路CAN通路，比普通的CAN总线能多分担一倍的数据量。为了保证编组站雷达测速系统有着较高的可靠性与容错性，可选用双总线型的拓扑结构。测速主机的核心选用STM32F105微控制器内部集成2路独立的CAN控制器，避免了总线节点扩张而带来的电磁干扰。如下图2所示的网络拓扑结构。多个测速主机可以分别挂载在双CAN总线拓扑结构上。

图2 双CAN总线网络

网络系统采用了双CAN总线的控制器及总线的收发器，从底层的物理层、数据链路层再到上层的应用层，都能够实现冗余功能，作为整个测速主机的核心，双CAN网络结构，分为主从结构，其中一路为主CAN，另外一路为从CAN，在系统正常工作时，系统只有一路CAN控制器工作，另外一路处于备用状态。当主CAN故障失效时，备用的从CAN将接管主CAN的工作。整个系统的冗余性能得到较大的提升，当主CAN的负载较大且传输数据量较大时，两路CAN可以一起工作，这样也提高了整个系统的负载能力，可靠性大大提高。

3 通信模式

该协议的网络为主/从式网络，通信并不能随即发起，建立连接后，主控设备必须按周期与从设备进行通信，以维持建立的通信连接。在该网络结构中由主CAN节点发起，并向从站CAN设备发送命令帧，从站设备收到该数据帧后，要在规定的时间内返回应答帧，当主站收到返回的应答帧后，将会判断返回的报文是否有错误出现，则从CAN设备的应答帧会有一个异常功能码用于提醒主站CAN控制器，并且将该CAN节点从网络删除，且远程自动复位，并启动从CAN节点的连接。

3.1 协议基本功能测试

因为该协议的网络为主/从式网络，主控设备需和从控设备先建立一个连接，连接反应正常后，主控设备再给从控设备发送相关的优先级编码、源节点编码、目标节点地址编码和功能码，来控制相关的从控设备的相关工作。在CANPro分析平台中，制定相关的CAN应用层协议，测试网络连接无误后，给priority发送0x02的编码（进行数字量的采集传输）、SrcMACID发送0x08的编码，DestMACID发送0x08的地址编码（对应相关的从控设备），功能码为0x01（用于节点主CAN建立通信）。在CANPro协议软件的接收数据如3所示。

图3 协议基本功能测试

3.2 dual can bus功能验证

双CAN网络的功能验证是符合故障导向安全EN50159规范的，导向原则就是在硬件或软件故障时，能让系统从不稳定不安全的状态转换到相对稳定的情况。当系统传输的信息出现丢包、协议不稳、报文重复或丢失，系统网络能够识别出此类危险，并采取强制的措施让其他故障节点尽快恢复到正常的工作状态。

在本网络测试中，以CAN1节点故障为例，当给测速主机的发送相关报文时，CAN1节点因为出现故障，不能完成相应的数据报文通信，因此按照此前的协议，首先要删除该主机的主CAN连接，然后进行设备复位，如图4所示。

在图4中，可以看到当建立主CAN节点通信的时候，状态信息为Failed,说明该测速主机的主CAN节点出现故障，不能正常的工作。因此在目标节点、源节点发送不变的情况下，更改相应的优先级，改变要发送相应的功能码，将优先级改为0，优先级最高（此时出现设备故障）来操作主机从故障向安全转换。首先要删除该主CAN故障节点，因此发送功能码0x02，从图7中可以看到状态标志位是Success,说明主CAN删除成功。然后需要重新复位该主机，发送功能码0x03,状态标识位是Success，故该测速主机复位成功。然后再CANPro软件中将CAN节点切换到CAN2中，发送相应的优先级、源节点、目标节点和功能码。相应的功能码为0x04（建立从CAN的连接）。从CAN节点能够完成主机测速信息的报文传输，将主CAN故障转向安全侧，利用从CAN节点进行正常的工作。

图4 主CAN故障转向安全

图5 从CAN节点建立连接并正常工作

4 结论

结合编组站的模拟信号传输容易受到干扰的研究背景，本文作者提出了数字化信息传输的研究，利用双CAN网络机构，测速主机选用STM32F105为控制器的核心，本文主要针对CAN总线应用层做出了相应的设计，该协议的特点如下：针对应用层设计了相应的功能码、标识码，使得信息的传输更加灵活。双CAN的网络结构能够让系统更加稳定，故障导向安全的功能也让系统的冗余性、可靠性、安全性更高利用CAN总线作为数字信息传输的载体，相比于模拟量，受电磁干扰的能力会更好