CAN總線技術(shù)及其在軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用

郭曉鵬 江蘇無線電廠有限公司

CAN總線技術(shù)及其在軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用

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本文提出了一種應(yīng)用CAN總線系統(tǒng)作為通信協(xié)議的方案。在介紹CAN總線通信的特點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)CAN通信程序編程分析，用于實(shí)現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)的連接和通信。同時(shí)，對(duì)于軌道交通的制動(dòng)通信過程，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸约胺€(wěn)定性的高要求，確保CAN總線通信的高效安全及可靠。

CAN總線 制動(dòng)系統(tǒng) STM32 軌道

目前，隨著我國軌道交通的快速發(fā)展，運(yùn)輸系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行取決于軌道車輛的可靠性和自動(dòng)化程度，而軌道列車的制動(dòng)系統(tǒng)更是關(guān)乎列車的運(yùn)行安全。其中，各節(jié)車廂之間的通信可靠性顯得尤為重要。

1 CAN總線的原理及特性

控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN總線）是國際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)頒布的串行總線通信協(xié)議。該技術(shù)廣泛用于汽車工業(yè)，造船和工業(yè)設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)等方面需要總線控制的領(lǐng)域。

通過判斷兩條總線的優(yōu)勢級(jí)別和隱性級(jí)別，實(shí)現(xiàn)CAN總線控制器的數(shù)據(jù)通訊。消息傳送是通過發(fā)出端與接收端之間的總線改變來完成的。CAN總線通信協(xié)議具有多主控制CAN總線協(xié)議通信速率具備錯(cuò)誤檢測、通知和恢復(fù)功能等特點(diǎn)

2 CAN總線的結(jié)構(gòu)

軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)中，各個(gè)單獨(dú)列車需要分別制動(dòng)，根據(jù)這一特點(diǎn)，本文可以將CAN總線技術(shù)應(yīng)用于制動(dòng)系統(tǒng)通信方案中，如圖1展示了CAN總線連接圖。

圖1 軌道交通車輛中制動(dòng)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通過CAN總線連接

2.1 硬件設(shè)計(jì)

CAN總線通信用于交通管理系統(tǒng)中時(shí)，硬件電路部分包括STM32微控制器、TJA1050收發(fā)器以及CAN收發(fā)電路。

STM32處理器采用增強(qiáng)型高性能RISC內(nèi)核，其工作頻率高達(dá)72MHz，自帶高速存儲(chǔ)器，可以滿足不同需求；TJA1050是一種常用的控制器端點(diǎn)接口收發(fā)器，能夠?yàn)镃AN總線控制器提供所需收發(fā)電平，具有傳輸速度快，電磁輻射低，抗電磁干擾能力極強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

STM32系統(tǒng)是CAN電路系統(tǒng)的核心，最小的設(shè)計(jì)包含以下幾方面：上電復(fù)位電路、啟動(dòng)選擇項(xiàng)、JTAG調(diào)試接口還有電源系統(tǒng)等。

圖2 STM32系統(tǒng)的最小電路圖

圖2展示了STM32系統(tǒng)的電路圖。

2.2 軌道交通系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)硬件電路系統(tǒng)設(shè)置完備，需要對(duì)CAN通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編程調(diào)試，以達(dá)到軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)的基本要求。

CAN模塊的初始化是非常重要的，這直接關(guān)系到CAN控制器能否成功控制其子系統(tǒng)，所以必須根據(jù)正確的CAN模塊要求進(jìn)行配置。在STM32控制程序中，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸由發(fā)送子程序控制。發(fā)送消息數(shù)據(jù)后，檢查CANTXOK位以驗(yàn)證消息是否已經(jīng)成功發(fā)送。根據(jù)CAN協(xié)議規(guī)范，CAN模塊自動(dòng)完成消息發(fā)送。

當(dāng)CAN總線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測到消息時(shí)，它將自動(dòng)確定接收到的消息中的ID是否與自身設(shè)置的接收過濾器ID相同。如果兩者是一致的，這表明該郵件已發(fā)送到節(jié)點(diǎn)。當(dāng)CAN總線的中斷時(shí)，系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間關(guān)閉中斷。接收到數(shù)據(jù)后，將接收到的數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)在系統(tǒng)中預(yù)先定義的緩沖區(qū)，等待STTM32控制程序控制和釋放接收郵箱。當(dāng)完成后，可以重新打開中斷，方便下次信號(hào)被中斷。

3 CAN總線應(yīng)用于在鐵路制動(dòng)系統(tǒng)

軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)輸中，需要傳輸多個(gè)重要參數(shù)，如制動(dòng)信號(hào)，電制動(dòng)作用力，車輛總重以及各車軸速度等制動(dòng)指令。在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)常以單一車輛作為節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。

當(dāng)硬件和軟件系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)，可以通過試驗(yàn)臺(tái)對(duì)其進(jìn)行離線測試，然后在軌道系統(tǒng)上進(jìn)行在線調(diào)試。結(jié)果表明，軌道交通電子控制單元能夠很好地與CAN系統(tǒng)相匹配，滿足傳輸速率的同時(shí)，錯(cuò)誤率極低，能夠穩(wěn)定可靠地傳輸數(shù)據(jù)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

4 結(jié)語

本文搭建了CAN總線通信系統(tǒng)，包括STM32微控制器、TJA1050收發(fā)器以及CAN收發(fā)電路等結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了高效合理的軌道交通制動(dòng)功能系統(tǒng)通信模塊。經(jīng)過實(shí)際在線運(yùn)行表明，該系統(tǒng)通信效果良好，穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)的需求。

[1]袁利大，馬洪連.輕軌列車改造項(xiàng)目中基于MSP430與SJA1000的CAN總線通信節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].軟件，2010(12)65-69.

[2]彭剛，秦志強(qiáng).基于ARMCortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3]黃智偉，王兵，朱衛(wèi)華，等.STM32F32位微控制器應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.

郭曉鵬，1988.09，男，漢族，河南省滑縣，本科，助理工程師，從事電子通信方面的研究。