Funkinterface Bordanlage

Die CAN-Daten vom Fahrzeug werden im CAN-Controller kontinuierlich per Interrupt empfangen. Der Parametersatz der Bordstation definiert alle Identifier, die erfasst werden sollen. Ist ein Identifier in der Parameter-Liste enthalten, so wird der 8-Byte-CAN-Datensatz im Umlaufspeicher der Bordstation abgelegt. Alle übrigen Identifier werden verworfen.

Den Zeitstempel für den CAN-Datensatz liefert ein 32-Bit-Timer, der im Millisekundentakt hochzählt. Dieser Timer läuft in allen Bordanlagen synchron und wird im CAN-Empfangsinterrupt als Zeitstempel verwertet.

Die Bordanlage ist mit einem Umlaufspeicher einstellbarer Größe für 12 bis 24576 CAN-Datensätze ausgerüstet. Der Speicher überbrückt Ausfälle in der Funkübertragung zur Zentrale.

Die CAN-Schnittstelle der Bordstation kann auch Werte zum CAN-Bus aussenden. Diese Funktion kommt in der CAN-zu-CAN-Übertragung zum Einsatz. Zum Beispiel können ausgewählte CAN-Datensätze der Bordstation 1 zum CAN-Bus der Bordstation 2 übertragen werden.

Die Hardware der Bordstation umfasst jetzt auch einen Impulseingang für die Erfassung von Geschwindigkeit und Weg. Die Bedienung dieser Schnittstelle ist ebenfalls im Parametersatz definiert. Es kommt ein festes Zeitraster zum Einsatz, dass am Timer und damit an den Millisekunden seit Mitternacht ausgerichtet ist. Jeweils zum Ablauf des Zeitrasters wird analog zum CAN-Bus ein CAN-Datensatz im Umlaufspeicher abgelegt, der in den 8 Datenbytes die Geschwindigkeit, den Weg, den Zeitstempel und 4 Statusbits (Lichtschranke und 3 Funktionstasten) enthält.

Das Funkinterface 286 für den Leitstand dient als Master für die zugehörigen Bordanlagen. Es sendet alle 2 ms ein Kommando-Telegramm aus. Das Telegramm enthält einen 32-Bit-Timer, der von allen Bordanlagen übernommen wird, die einen fehlerfreien Empfang hatten. Die 32-Bit-Timer zählen in allen Anlagen im Millisekunden-Takt hoch. Die zyklische Aktualisierung des Timers über die Zentrale sorgt für einen nahezu gleichlaufenden Zeitstempel "Millisekunden seit Mitternacht" in allen Anlagenteilen. Der Timer läuft hier ab Start der Leitanlage hoch. Er kann per Netzwerk auf die aktuelle Zeit des Leitrechners eingestellt werden.

Der zweite Teil des Kommando-Telegramms enthält im Normalfall eine Sendeaufforderung an eine Bordanlage. Die adressierte Bordanlage sendet dann drei Datensätze in drei Funkpaketen aus, wenn neue Daten verfügbar sind. Alle Bordanlagen werden nacheinander adressiert. Im Maximalfall (alle Bordanlagen senden) werden 1500 Pakete zu je 16 Nutz-Bytes (24000 Bytes/s) zur Zentrale übertragen. Im Falle einer Störung wird ein fehlendes Paket über eine modifizierte Sendeaufforderung erneut abgerufen. Stehen keine neuen Daten zur Verfügung, so sendet die Bordstation Statustelegramme mit den aktuellen Speichervektoren aus (erscheinen auch nach jeweils 250 Datenabrufen).

Der dritte Teil des Kommando-Telegramms ist für die Übertragung von CAN-Datensätzen an die Bordanlagen bestimmt (CAN-zu-CAN-Übertragung zwischen Leitstand und Bordanlage). Die Bordstation sendet den CAN-Datensatz nach dem Empfang sofort zum CAN-Bus aus.

Der Parametersatz der Bordanlage ist im Flash-ROM gespeichert. Er wird vom Leitrechner aufgebaut und per Netzwerk zur Leitstation übertragen. Die Leitstation sendet dann den Parametersatz zur gewünschten Bordanlage aus. Für die Fileübertragung wird ein spezielles Telegrammformat eingesetzt. Für die Dauer der Fileübertragung können keine Datenabrufe laufen.

Alle Anlagen benutzen abwechselnd die gleiche Frequenz. Der 2ms-Grundzyklus der Anlage umfasst das Kommando-Telegramm und die drei Datenpakete der Bordanlage. Das Paketverhältnis von 1 zu 3 bevorzugt die Datenrichtung "Bordanlage an Zentrale", die eine relativ hohe Übertragungsrate benötigt. Ein Datenpaket der Bordanlage enthält einen CAN-Datensatz. Stehen keine neuen CAN-Datensätze zur Verfügung, so werden Füllblöcke mit Status-Daten eingesetzt.

Das Funkinterface 286 hat Anschlüsse für folgende Übertragungskanäle:

  • 3 RS232 Schnittstellen mit maximal 921600 Bit/s
  • 1 CAN-Bus-Anschluss
  • 1 10-Base-T Ethernetanschluss. Dieser Anschluß wird in der Bordanlage nicht benutzt.

Die Speisung erfolgt mit Gleichspannung 9 bis 36 V, die Abmessungen betragen 160 x 100 x 60 mm.


Funkkanäle

Die Funkübertragung wird mit HF-Modulen der Firma SRB realisiert, die auf dem Harris-Chipsatz für Spread-Modulationstechnik basieren. Diese Technik bietet durch die Spreizung der Bandbreite insbesondere bei Mehrwegeempfang das beste Störverhalten.

Kennzeichnende Merkmale sind:

  • Frequenz 2,413 GHz ... 2,470 GHz
  • Zahl der Funkkanäle 58
  • Sendeleistung 100 mW
  • Modulation DBPSK
  • Spread Code 11 Bit Barker
  • Datenrate 1,09 Mbit/sec
  • Reichweite 600 m bei freier Sicht / 60 m innerhalb von Gebäuden
  • Antennendiversity zwei Empfangsantennen möglich
  • Paketfehlerrate bis 10-1 bei Paketlängen von 150 Bits und bei schnellen Bewegungen

Der Funkkanal und die Möglichkeit, mit Antennendiversity zu empfangen, lassen sich über die Wartungsschnittstelle des Funkinterface einstellen. Die Datenpakete sind über eine CRC-Datensicherung gegen Bitfehler geschützt.


Funktionsübersicht

Das folgende Blockschaltbild zeigt die wesentlichen Funktionen des Geräts, die mit einem XILINX-FPGA und einem C167-Prozessor realisiert sind. Die RS232-Ports CHA bis CHC und Wartung laufen über Kommunikationselemente und werden vom Prozessor bearbeitet. Die Schnittstelle für den CAN-Bus ist bereits im C167-Prozessor realisiert. Die Umsetzung auf den Systempegel führt ein zusätzlicher Treiberbaustein aus.

Das SRB-Funkmodem wird direkt aus dem FPGA bedient, das mit Zwischenspeichern für alle Sende- und Empfangsdaten ausgerüstet ist. Der Prozessor ist mit Sende- und Empfangsinterrupts an das SRB-Interface gekoppelt, und kann sich ansonsten auf die Bedienung der Schnittstellen konzentrieren.

Die Wegimpulse sind nach der Impulsaufbereitung auf eine 32-Bit-Periodendauer-Messung in der FPGA geführt. Jeder Wegimpuls löst einen Interrupt aus, in dem die Geschwindigkeit aus der Periodendauer bestimmt wird. Der Interrupt dient auch zur Zählung der Wegimpulse.

Es stehen zwei Antennenanschlüsse zur Verfügung: für eine Sende-/ Empfangsantenne und eine zweite Antenne, die nur im Empfangsbetrieb als Diversity-Antenne genutzt wird. Für die Bordanlage wird eine Dipol-Antenne mit Sauger-Halterung mitgeliefert. Wegen der erheblichen Verluste bei 2,4 GHz sollten nur kurze Antennenkabel (maximal 1,5 m) verwendet werden.

Funkinterface_Blockbild_286.jpg

Blockschaltbild Funkinterface 286 - Bordanlage

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