CN112532494B - 一种基于can转网的数据传输系统及数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN转网的数据传输系统，包括用于收集各站台门实时状态数据并传送至CAN转网模块的CAN环网模块，用于接收实时状态数据并将实时状态数据转换为适用于以太网传输模块的数据信息送至以太网传输模块的CAN转网模块，用于将数据信息传送至PSC的以太网传输模块，用于处理数据信息的PSC、PSA和用于显示信息的显示系统；CAN环网模块由若干CAN环网组成，每一个CAN环网包括若干CAN节点，CAN节点包括一个DCU，DCU与滑动门一一对应用于采集实时状态数据。本发明提供的一种基于CAN转网的数据传输系统，内部使用双CAN环网，外部使用双网线通讯，实现数据与通信共享，提高系统的可靠性。

Description

一种基于CAN转网的数据传输系统及数据传输方法

技术领域

本发明涉及轨道交通数据传输领域，具体涉及一种基于CAN转网的数据传输系统及数据传输方法。

背景技术

地铁站台门是城市轨道交通领域的重要组成部分。地铁车辆常用的车型有A型车和B型车两种。其中A型车每节车厢有5组门，B型车每节车厢有4组门。编组数量有4编组，6编组，8编组等。站台门中滑动门的数量与地铁列车车厢门的数量保持一致，每一道滑动门对应一套站台门控制器(DCU)，每一套DCU需要采集门体的各种状态信息并将之上传至站台门的中央控制系统(PSC)，如一个6编组的B型车的一侧站台门要有24套DCU要进行数据上传。因而如此大的数据量使得站台门的数据传输是地铁站台门设计厂家的一大重点也是一大难点。

传统站台门控制器使用的数据传输线路一般为DP总线式、LIN总线式、CAN总线式及网线直连几种。

以太网是一种基带总线局域网。由于以太网传输速率快、延时小、误码率低、组网灵活和易扩展等优点以太网在局域网中广泛应用。

CAN协议是一种高速汽车通信协议，数据总线与其他部件组合在一起就成为数据传输系统。它将传感器信号线减到最少，使更多的传感器信号进行高速数据传递；电控单元和电控单元插脚最小化应用，节省电控单元的有限空间；各电控单元的监测对所连接的CAN总线进行实时监测，如出现故障该电控单元会存储故障码，灵活性强。

单一使用网线通讯会存在如下问题：

1)国际网线的标准网线链路的距离最好不要超过90M，网线在传输网络信号时，如果超出了网线本身可以承受的距离，会增加通讯总线的负担，信号就会衰减，造成传输信号卡顿，严重时，网络信号会中断。

2)长距离网线通讯，需增加网络延长器或交换机来对网络信号增强。

3)使用以太网通讯，不同设备DCU相互之间不能互通，主要是因为它们所传送数据的基本单元(技术上称之为“帧”)的格式不同。所以每个DCU都至少需要1根网线上传数据至PSC。所以单一的使用网线会使得整个线路的线多且繁杂。

单一使用CAN通讯会存在如下问题：

1)如果电源系统提供的工作电压不正常，就会使得某些电控模块出现短暂的不正常工作，这会使得整个CAN总线系统无法工作。

2)当出现通信线路的短路、断路或线路物理性质变化引起通信信号衰减或失真，都会导致多个电控单元不正常，使CAN总线系统无法工作。

3)由于节点是CAN总线系统中的电控模块，因此节点故障就是电控模块的故障，它包括软件故障及传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而是CAN总线系统通信出现混乱或无法工作，这种故障一般会成批出现，硬件故障一般是电控模块芯片或集成电路故障，造成CAN总线系统无法正常工作。

4)大量的数据上传使得CAN总线负载率较高，负载率越高，相对来说低优先级节点发生通讯延迟的概率越大。根据实验表明，负载率在30％的情况下，优先级高节点的平均报文传输时间和理论传输时间相差无几；而优先级低的存在20％左右的延时；当负载率达到60％的情况下，优先级最高的节点都有至少25％的延时，优先级最低的延时达到了4倍，根本无法满足实时性；当总线的平均利用率达到70％以上时，总线的通信将用可能出现拥堵的现象，极端的情况下将有可能造成错误帧的出现。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中轨道交通系统数据传输中存在的问题，提供一种基于CAN转网的数据传输系统，在系统小模块内部使用双CAN环网，外部使用双网线通讯，实现数据与通信共享，大大降低通讯总线的负载率及节点故障率，双网冗余设计提高系统的可靠性。

本发明提供一种基于CAN转网的数据传输系统，包括：

CAN环网模块：用于收集各站台门实时状态数据，用于将实时状态数据传送至CAN转网模块，CAN环网模块由若干CAN环网组成，每一个CAN环网包括若干CAN节点，CAN节点包括一个DCU，DCU与滑动门一一对应用于采集所述实时状态数据；

CAN转网模块：用于接收CAN环网模块传送的实时状态数据，用于将实时状态数据转换为适用于以太网传输模块的数据信息，用于将数据信息传送至以太网传输模块；

以太网传输模块：用于接收CAN转网模块传送的数据信息，用于将数据信息传送至站台设备房内的PSC；

PSC：设置于站台门设备房内，用于接收以太网传输模块传送的数据信息并传送至PSC柜内的工控机，经工控机的上位机软件PSA进行信号处理，用于接收信号系统、站台PSL、综控IBP发送的控制信号，并将所述控制信号以硬线的方式传送至CAN环网模块内部的DCU；

PSA：设置于站台门设备房内的PSC柜内，用于接收PSC传送的数据信息，用于接收各DCU传送的运行信号，用于监视站台门的实时状态信息和故障信息，用于将数据信息、运行信号、状态信息和故障信息传送至显示系统；

显示系统：用于将PSA传送的运行信号、状态信息和故障信息传送给站台管理人员。

DCU指站台门单元控制器，是滑动门的控制装置；PSC指站台门控制系统，是整个站台门电气系统的控制中心，集中接收信号系统、站台PSL、综控IBP发过来的信号，经过PEDC处理后以硬线的方式发送至站台门单元控制器DCU；PSA指站台门操作指示盘，用于接收各DCU传送的运行信号，用于监视站台门的状态信息及故障信息。

本发明所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，作为优选方式，CAN环网包括：

DCU：设置在全高滑动门门体上部的顶盒内或半高滑动门门体侧盒内，与滑动门一一对应，用于采集各所述CAN通讯及硬线方式传送的所述各站台门实时状态数据并将实时状态数据汇总后传送至CAN转网模块，用于接收PSC传送的控制信号，经DCU内部处理后，实现控制信号的执行。

本发明所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，作为优选方式，CAN转网模块包括两个相同的主控芯片，主控芯片的型号为STM32F107VCT6，具有原生的网口和双CAN，无需使用外扩接口芯片，占用PCB面积小，布线少，可靠性高。

本发明所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，作为优选方式，两片STM32F107通过LVTTL实现通信与数据共享，实现对外双网、双CAN、双485。

本发明所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，作为优选方式，CAN转网模块上设有ISO1050 CAN隔离收发器。

本发明所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，作为优选方式，数据传输系统还包括：

复位模块：用于当数据传输系统故障时进行复位，将数据传输系统恢复至起始状态。

本发明所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，作为优选方式，以太网传输模块(DP838481网口)包括两个相同的PHY芯片和RJ45接口。

本发明所述的一种基于CAN转网的数据传输方法，包括以下步骤：

S1、设置在各滑动门上的DCU收集各站台门的实时状态数据，若干DCU组成一个CAN环网，每一个CAN环网中的DCU之间通过CAN协议进行数据传输；

S2、每个站台上设有若干个CAN环网，CAN环网之间通过CAN协议进行数据传输；

S3、设置在该站台上的所有CAN环网组成CAN环网模块，CAN环网模块通过CAN转网模块将数据转换为适用于以太网传输模式的数据信息并通过以太网传输模块传送至PSC。

本发明所述的一种基于CAN转网的数据传输方法，作为优选方式，CAN环网模块包括站台上所有的DCU。

本发明所述的一种基于CAN转网的数据传输方法，作为优选方式，数据包括各站台门的实时状态数据、运行信号、状态信息、故障信息。

本发明由于将站台上所有DCU组成一个CAN环网模块，各DCU之间通过CAN协议进行数据传输，能够解决单一以太网通讯方式中平行设备(DCU)之间不能互联互通的问题，避免使得整个线路的线多且繁杂的问题。

本发明进一步将CAN环网模块分成若干CAN环网，CAN总线上传输的数据量大幅度减少，CAN总线负载率随之降低，保证数据传输的实时性。

本发明进一步对CAN环网模块进行双CAN双环设计，当正常工作时，由主CAN环回路承担数据上传工作，当节点故障也就是电控模块故障时，由备CAN环回路承担数据上传任务，提高系统的稳定性。

附图说明

图1为一种基于CAN转网的数据传输系统组成图；

图2为一种基于CAN转网的数据传输方法流程图；

图3为实施例2数据传输系统组成图；

图4为实施例2CAN转网总线网络图；

图5为实施例2CAN环网组成图。

附图标记：

100、CAN环网模块；200、CAN转网模块；300、以太网传输模块；400、PSC；500、PSA；600、显示系统。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供一种基于CAN转网的数据传输系统，包括：

CAN环网模块100：用于收集各站台门实时状态数据，用于将实时状态数据传送至CAN转网模块200，CAN环网模块100由若干CAN环网组成，每一个CAN环网包括若干CAN节点，CAN节点包括一个DCU，DCU与滑动门一一对应用于采集所述实时状态数据；CAN环网包括：

DCU：设置在全高滑动门门体上部的顶盒内或半高滑动门门体侧盒内，与滑动门一一对应，用于采集各CAN通讯及硬线方式传送的各站台门实时状态数据并将实时状态数据汇总后传送至CAN转网模块200，用于接收PSC400传送的控制信号，经DCU内部处理后，实现控制信号的执行；

CAN转网模块200：用于接收CAN环网模块传送的实时状态数据，用于将实时状态数据转换为适用于以太网传输模块300的数据信息，用于将数据信息传送至以太网传输模块300，CAN转网模块200包括两个相同的主控芯片，主控芯片的型号为STM32F107 VCT6，两片STM32F107通过LVTTL实现通信与数据共享，实现对外双网、双CAN、双485，CAN转网模块200上设有ISO1050 CAN隔离收发器；

以太网传输模块300：用于接收CAN转网模块200传送的数据信息，用于将数据信息传送至站台设备房内的PSC400；

PSC400：设置于站台门设备房内，用于接收以太网传输模块300传送的数据信息并传送至工控机的上位机软件PSA500，用于接收信号系统、站台PSL、综控IBP发送的控制信号，并将控制信号以硬线的方式传送至CAN环网模块200的DCU；

PSA500：设置于站台门设备房的PSC柜内，用于接收PSC400传送的数据信息，用于接收各DCU传送的运行信号，用于监视站台门的状态信息和故障信息，用于将数据信息、运行信号、状态信息和故障信息传送至显示系统600；

显示系统600：用于将PSA500传送的运行信号、状态信息和故障信息传送给站台管理人员。

本实施例数据传输系统在使用过程中，包括以下步骤，如图3所示：

S1、设置在各滑动门上的DCU收集各站台门的实时状态数据，若干DCU组成一个CAN环网，每一个CAN环网中的DCU之间通过CAN协议进行数据传输；

S2、每个站台上设有若干个CAN环网，CAN环网之间通过CAN协议进行数据传输；

S3、设置在该站台上的所有CAN环网组成CAN环网模块100，CAN环网模块通过CAN转网模块200将数据转换为适用于以太网传输模式的数据信息并通过以太网传输模块300传送至PSC400。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例相比增加了复位模块，用于当数据传输系统故障时进行复位。

如图4所示，本实施例采取8个CAN节点子模块组成一个小型的CAN环网，CAN总线上传输的数据量大幅度减少，CAN总线负载率随之降低，CAN总线负载率越低，越能保证实时性，但是负载率太低就无法传输足够的数据，这是CAN的一个问题，在数据量大的时候无法保证实时性。一般的说法是30％左右的负载率是最好的。

通过公式进行负载率计算：

结合地铁站台门的特点，大概2个编组为一个小型的CAN环网，即A型车CAN环网中CAN节点的数量为2×5＝10个，B型车CAN环网中CAN节点的数量为2×4＝8个。

如图5所示，此处经过CAN转网模块后由CAN通讯方式转为以太网的通讯方式，以CAN转网模块作为中间媒介，既可以解决单一的CAN通讯总线负载率过大的问题，也可以解决单一的以太网通讯传输距离过长的问题。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出的任何修改、变化或等效，都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于CAN转网的数据传输系统，其特征在于：包括：

CAN环网模块(100)：用于收集各站台门实时状态数据，用于将所述实时状态数据传送至CAN转网模块(200)，所述CAN环网模块(100)由若干CAN环网组成，每一个所述CAN环网包括若干CAN节点，所述CAN节点包括一个DCU，所述DCU与滑动门一一对应用于采集所述实时状态数据；所述CAN环网包括：

DCU：设置在全高滑动门门体上部的顶盒内或半高滑动门门体侧盒内，与所述滑动门一一对应，用于采集所述CAN通讯及硬线方式传送的各站台门的实时状态数据并将所述实时状态数据汇总后传送至所述CAN转网模块(200)，用于接收PSC传送的控制信号，经所述DCU内部处理后，实现控制信号的执行；

CAN转网模块(200)：用于接收所述CAN环网模块(100)传送的所述实时状态数据，用于将所述实时状态数据转换为适用于以太网传输模块(300)的数据信息，用于将所述数据信息传送至以太网传输模块(300)；所述CAN转网模块(200)包括两个相同的主控芯片，所述主控芯片具有原生的网口和双CAN；

以太网传输模块(300)：用于接收所述CAN转网模块(200)传送的所述数据信息，用于将所述数据信息传送至站台设备房内的PSC(400)；

PSC(400)：设置于站台门设备房内，用于接收所述以太网传输模块(300)传送的所述数据信息并传送至PSC柜内的工控机，经工控机的上位机软件PSA(500)进行信号处理，用于接收信号系统、站台PSL、综控IBP发送的控制信号，并将所述控制信号以硬线的方式传送至所述CAN环网模块(100)内部的所述DCU；

PSA(500)：设置于站台门设备房内的PSC柜内，用于接收所述PSC(400)传送的所述数据信息，用于接收各所述DCU传送的运行信号，用于监视所述站台门的实时状态信息和故障信息，用于将所述数据信息、所述运行信号、所述状态信息和所述故障信息传送至显示系统(600)；

显示系统(600)：用于将所述PSA(500)传送的所述运行信号、所述状态信息和所述故障信息传送给站台管理人员。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，其特征在于：两所述主控芯片通过LVTTL实现通信与数据共享。

3.根据权利要求1所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，其特征在于：所述数据传输系统还包括：

复位模块：用于当所述数据传输系统故障时进行复位，将所述数据传输系统恢复至起始状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，其特征在于：所述以太网传输模块，包括两个相同的PHY芯片和RJ45接口。

5.根据权利要求1所述的一种基于CAN转网的数据传输系统，其特征在于：在所述CAN转网模块(200)上设有隔离收发器。

6.一种基于CAN转网的数据传输方法，使用权利要求1～5其中任意一项所述基于CAN转网的数据传输系统进行数据传输，其特征在于：包括以下步骤：

S1、设置在各滑动门上的DCU收集各站台门的实时状态数据，若干DCU组成一个CAN环网，每一个所述CAN环网中的所述DCU之间通过CAN协议进行数据传输；

S2、每个站台上设有若干个所述CAN环网，所述CAN环网之间通过CAN协议进行数据传输；

S3、设置在该站台上的所有所述CAN环网组成所述CAN环网模块(100)，所述CAN环网模块(100)通过CAN转网模块(200)将数据转换为适用于以太网传输模式的数据信息并通过以太网传输模块(300)传送至PSC(400)。

7.根据权利要求6所述的一种基于CAN转网的数据传输方法，其特征在于：所述CAN环网模块包括站台上所有的所述DCU。

8.根据权利要求6所述的一种基于CAN转网的数据传输方法，其特征在于：所述数据包括各站台门的实时状态数据、运行信号、状态信息、故障信息。

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