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基于CAN-FD站间闭塞全电子通信单元的研究与设计
| 论文题名： | 基于CAN-FD站间闭塞全电子通信单元的研究与设计 |
| 关键词： | 铁路信号;全电子通信单元;站间闭塞;可变速率 |
| 摘要： | 随着全电子计算机联锁的出现，铁路信号进入新的发展阶段。同时，对联锁系统的可靠性和安全性有了更高要求。根据实际运用中存在的问题，利用最新技术对全电子计算机联锁系统进行完善和改进成为铁路信号的重要课题。 全电子执行单元作为计算机联锁系统中的执行部件，完成对现场设备的控制和信息采集。执行单元中的通信部分大多数是基于控制器区域网总线(ControllerAreaNetwork,CAN)的双机热备或二乘二取二冗余结构。当一路CAN总线发生故障时，就可导致整条总线上的设备瘫痪。系统存在故障判断容错时间，使得系统的安全响应时间加长。同时，数据集中至一条总线，使总线负载翻倍，稳定性降低。CAN总线具有实时性高、开发周期短等特点，但数据场长度较短，目前已经无法扩展数据域来传输更多信息。因此，对全电子通信单元的改进是十分必要的。 本文设计的基于可变速率的控制器区域网总线(ControllerAreaNetworkWithFlexibleData-Rate,CAN-FD)的全电子通信单元，满足系统可靠性和数据稳定传输的要求。CAN-FD总线兼容传统CAN总线，且具备更高的传输速率和更长的报文有效数据长度。本文设计的通信单元对结构进行优化，改善了系统响应时间和总线负载翻倍等问题。 本文具体工作内容包括： (1)阐述全电子计算机联锁系统中执行单元的发展现状和结构特点；阐述站间闭塞的基本概念，设计出由全电子执行单元全软件控制的计轴自动站间闭塞逻辑；介绍CAN-FD总线、平衡电压数字接口电路的电气特性（RecommendedStandard422，RS422）及串行通讯外设(SerialPeripheralInterface,SPI)的原理及优点。 (2)梳理现存通信单元的不足，设计出基于CAN-FD全电子通信单元结构。利用AltiumDesigner和Cadence软件完成选型、原理图设计、印制电路板(PrintedCircuitBoard,PCB)制作等一系列工作。 (3)利用MCUXpressoIDE开发平台，进行软件设计。使微控制单元(MicrocontrollerUnit,MCU)A和MCUB实现―二取二‖安全逻辑；MCUC分别与MCUA和MCUB实现通信，实现―二取二‖比较以及与联锁机交互；提供RS422接口实现站间闭塞通信。仿真测试中，全电子通信单元各部分功能正常，符合预期，在保证系统安全性的前提下一定程度上提高了系统可靠性。 |
| 作者： | 孟雅婷 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 梁玉琦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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