磁浮列車同步485通信方式的研究
在高速磁浮交通系統(tǒng)中,車載測(cè)速定位單元對(duì)車輛的位置和速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,并將位置和速度信號(hào)通過無線電系統(tǒng)傳送至地面上的牽引控制系統(tǒng)和運(yùn)行控制系統(tǒng),以用于長(zhǎng)定子直線同步電機(jī)牽引的反饋控制及車輛運(yùn)行的指揮和安全防護(hù)。測(cè)速定位單元是牽引和運(yùn)控系統(tǒng)閉環(huán)控制的核心和關(guān)鍵。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/330733.htm測(cè)速定位單元緊鄰懸浮電磁鐵及長(zhǎng)定子繞組和鐵心,處于懸浮磁場(chǎng)和牽引磁場(chǎng)中,電磁環(huán)境非常復(fù)雜,對(duì)其通信設(shè)備的電磁兼容性能提出了很高的要求。另外,為滿足牽引控制系統(tǒng)的需求,測(cè)速定位信號(hào)的精度要求相當(dāng)高。因此,對(duì)測(cè)速定位信號(hào)傳輸?shù)乃俣?、?shí)時(shí)性及可靠性都有非常高的要求。
1同步485的實(shí)現(xiàn)方法
考慮到測(cè)速定位單元的工作環(huán)境及通信功能需求,在選擇其與車載無線電系統(tǒng)之間的通信方式時(shí),經(jīng)過分析和比較,決定采用傳輸速率較高的同步通信方式,并使用屏蔽性能較好的雙絞線實(shí)現(xiàn)RS-485平衡型差分傳輸。
1.1 接口設(shè)計(jì)及通信協(xié)議
測(cè)速定位單元與車載無線電控制單元之間的通信接口關(guān)系如圖1所示。車載無線電控制單元為主控方,車輛測(cè)速與定位單元為受控方。通信雙方均由收發(fā)器和控制器構(gòu)成,收發(fā)器之間采用RS-485同步串行接口方式,每個(gè)接口有4對(duì)差分線。
圖1 通信接口關(guān)系示意圖
圖1中,CLK為時(shí)鐘信號(hào),ANF為無線電請(qǐng)求信號(hào),UEF為門控信號(hào),DATA為數(shù)據(jù)信號(hào)。車輛測(cè)速定位單元每20ms向無線電控制單元發(fā)送一次數(shù)據(jù),傳輸速率為512kbps。為了防止信號(hào)干擾的小脈沖,ANF信號(hào)的寬度為10個(gè)CLK信號(hào);在ANF信號(hào)變?yōu)榈托盘?hào)后,等待10個(gè)CLK信號(hào)寬度后,UEF才開始跳變?yōu)橛行АNF、UEF、DATA信號(hào)均在CLK的上升沿變化,在無信號(hào)傳輸時(shí),UEF、DATA、ANF均為低電平,時(shí)鐘信號(hào)保持傳輸。數(shù)據(jù)傳輸時(shí),采用左移方式,即先傳高位,后傳低位。信息幀格式如表1所示:
表1 信息幀格式
1.2 同步485的收發(fā)器實(shí)現(xiàn)
在本文所論述的通信系統(tǒng)中,在車輛測(cè)速定位單元及車載無線電控制單元雙方均采用Xilinx公司的XC2S100作為通信的收發(fā)器,模擬同步485的發(fā)送與接收時(shí)序。同步485的FPGA設(shè)計(jì)主要是基于Verilog 硬件描述語(yǔ)言,所使用的EDA工具包括ISE(含其內(nèi)部集成工具)、Modelsim。
?。?)時(shí)鐘及定時(shí)信號(hào)的的產(chǎn)生:
對(duì)于車載無線電控制單元需要產(chǎn)生512k速率的時(shí)鐘信號(hào)與20ms一次的ANF(無線電請(qǐng)求)信號(hào)。另外,對(duì)于該單元在串行接收定位數(shù)據(jù)時(shí)其接收時(shí)鐘應(yīng)為512k(波特率時(shí)鐘)的16倍,即8M。因此,分頻器在同步485通信方式中得到廣泛應(yīng)用。
1) 偶數(shù)分頻較為簡(jiǎn)單,只需設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù),待計(jì)數(shù)至分頻數(shù)的二分之一時(shí)使分頻后的時(shí)鐘電平翻轉(zhuǎn)即可;奇數(shù)分頻較為復(fù)雜,因?yàn)橛?jì)數(shù)器不能對(duì)非整數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),需使用一定的算法進(jìn)行處理。對(duì)奇數(shù)分頻模塊進(jìn)行功能仿真后的波形如圖2所示:
圖2 分頻模塊仿真波形
2) ANF信號(hào)的產(chǎn)生:ANF信號(hào)每隔20ms發(fā)送一次,每次發(fā)送脈寬為10個(gè)時(shí)鐘周期。ANF信號(hào)的產(chǎn)生可以分成兩部分實(shí)現(xiàn),首先產(chǎn)生每隔20ms的脈沖信號(hào),然后把此脈沖信號(hào)的寬度變成10個(gè)時(shí)鐘周期。
評(píng)論