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摘要：目前应用于地铁站台门的门控器（DCU）多采用CAN-bus现场总线进行通讯。现在国内外市场中，各品牌DCU产品多采用手动方式逐个设置ID，这种设置方式调试效率低下、人工成本高。本文提出了一种可动态配置CAN总线节点ID的技术：只需要整侧DCU全部上电即可实现所有DCU的ID自动配置。该技术摒弃了以往DCU逐个设置ID的缺点，可有效提高调试人员的调试效率。
Abstract： At present， The door controllers （DCU） used in subway platform doors mostly use CAN-bus field bus for communication.At present in domestic and foreign markets， each brand of DCU products uses manual methods to set the ID one by one，which results in low debugging efficiency and high labor costs. This paper proposes a technology that can dynamically configure the CAN bus node ID： all the DCU need to be powered on to realize the automatic ID configuration of all DCU.This technology abandons the shortcomings of setting ID one by one in the DCU in the past， which can effectively improve the debugging efficiency of the debugger.
关键词：DCU;CAN-bus;动态ID
Key words： DCU;CAN-bus;Dynamic ID
0 引言
目前，越来越多的城市正在尝试构建智能城市轨道交通系统，大力推广无人驾驶等新型智能技术。而地铁车辆门与站台门系统作为城市轨道交通的重要组成部分，探寻一种更为安全有效可靠的智能门控器具有重要意义。本文针对目前市场中大部分基于CAN现场总线进行通讯的DCU在安装调试时需要调试人员逐个进行节点ID配置这一现状，提出一种可动态智能配置ID的技术。该技术采用基于CAN总线的硬线时间片时序控制技术来实现ID动态分配。
1 门控器ID配置现状
1.1 应用环境
目前，国内外应用于地铁车辆门和站台门的DCU基本采用CAN总线进行通讯。国内地铁车辆多为6节车辆编组，共48扇车辆门，对应的地铁站上下行站台门各24扇，即每一侧需24个DCU进行控制，该24个DCU使用一条CAN总线进行通讯。
1.2 CAN特性
根据CAN总线协议可知，CAN总线有以下几个特点：多主工作方式、节点分优先级、非破坏性位仲裁总线结构机制、广播方式传送数据等等。单一CAN总线可以接入多个节点。当CAN总线空闲时，所有节点都可以发送消息，当多个节点同时发送消息时，根据节点ID值进行判断，ID值最小的节点获得优先权。另外，CAN总线上的消息时是以广播的形式进行传送的，所有的节点都可以监听到发送方发送到总线上的数据。
正是CAN的这些特性，使用两根线就能组网众多节点，布线简单，很适用于节点多、对实时性要求高、数据量又不大的场合。同时，可以看到，CAN节点的ID非常重要，它是系统正常通信的前提。不仅表明节点的身份，更是影响仲裁优先级。
1.3 ID配置方式
1.3.1 拨码开关方式
CAN节点（本文为DCU）在进行硬件设计时，加入拨码开关。后期使用时，人工通过设置拨码开关来逐个配置CAN的ID。
优点：设计简单，操作门槛低。
缺点：人工配置，容易配错ID，导致节点ID重复;拨码开关对外开放，无私密性，任何人都可以操作，容易被误改。
成本：需要拨码开关和多路输入电路。
1.3.2 硬线配置方式
CAN节点在进行硬件设计时，预留多路硬线输入接口。后期使用时，通过硬线高低电平来配置CAN的ID。
优点：设计简单，且具有一定的私密性。
缺点：线缆较多，施工复杂，人工接线容易出错。
成本：需要多路硬线输入接口和多路电缆线，成本高。
1.3.3 地面软件维护
在调试阶段，使用串口或其他通信方式，连接电脑，人工通过专用维护软件来逐个配置CAN的ID。
优点：配置接口相对隐蔽，不容易被无关人员误改。
缺點：操作需要带电脑，并且逐一手工设置，操作不便，效率低。
成本：需要配套的通讯接口和配套的地面维护软件，设计成本高。
1.3.4 手机软件维护
可以看成是“地面软件维护”的一种优化，用手机替代笔记本电脑。
优点：一定程度上方便了调试人员。
缺点：还是无法避免开屏蔽门的盖板、需要手工逐个设置等问题。
成本：需要配套的通讯接口和配套的地面维护软件，设计成本高。
1.4 小结
国内外市场中，各品牌DCU产品多采用手动方式逐个设置ID，安装好的DCU需由调试人员手动逐个进行ID配置。而一条地铁线往往有着数十个站点，也就是说有着成百上千个DCU需要调试人员逐个去配置，这一工作量是十分巨大和繁琐的，人工设置方式造成施工或调试效率低下、人工成本高。 随着城市轨道交通建設愈来愈趋向于智能化，探寻一款更为智能的DCU，由此具有了重要意义。
2 方案设计
基于上述现状，本文提出一种基于CAN总线通讯DCU的动态ID配置设计方案：基于现有DCU连接方式，引入辅助硬线进行控制的方式以实现动态ID配置。连接示意图如图1所示。
该方案原理如下：在整侧DCU使用硬线串联起来后，将初始节点端DCU1的输入硬线0接入输入电源;如图2所示，当整侧DCU同时上电后，硬线0会在t0（t0根据实际情况设置，如2s）内被置高，DCU1检测到硬线信号0后写入ID1，随后DCU1通过CAN总线广播ID2，并在t0后发出硬线信号1（高电平），DCU2同时接收到广播信号ID2和硬线信号1后，写入ID2;与DCU1相同，DCU2在配置完ID2后通过CAN总线广播ID3，并在t0后发出硬线信号2（高电平），DCU3同时接收到广播信号ID3和硬线信号2后，写入ID3;后续DCU依次类推进行ID配置，直至整侧DCU全部配置完成。
该方案中，第一个DCU和后面其它的DCU的ID信号来源不同，为了使第一个DCU的软件与其他DCU软件一致，增加了t0时间。DCU在上电的t0时间内识别到硬线信号，则认为是DCU1，可以只凭硬线信号更改ID。其他时间内，需要硬线信号和ID信号共同决定。
如图3所示为本文设计方案的流程图。
3 应用验证
3.1 实验室测试
根据设计方案，现对其进行应用验证，如图4所示，测试使用四个CAN节点，现将该4个CAN节点连接至同一CAN总线中，并根据上述方案引入硬线，同时使用CAN转以太网设备将CAN总线与计算机连接，通过调试软件进行测试。DCU设置ID后会发出“11 22 33 44 55 66 77 88”的数据帧，上位机软件将其转换为“88+ID帧+数据帧”。
根据方案，对DCU进行上电，如图5所示，四个CAN节点分别写入了“00 00 00 01”、“00 00 00 02”、“00 00 00 03”、“00 00 00 04”ID值。
3.2 现场验证及效果比较
上电几秒后，全部DCU自动配置ID完毕，PSA上显示所有DCU在线（绿色），如图6所示。
效率分析：本方案整个过程花费几十秒时间。如果采用以往传统方式，按照一个门单元10分钟计算，需要8个小时。显然，本方案效率大大提高。
成本分析：本方案DCU需要增加一路输入和一路输出，通常DCU都有多余的输入输出接口，相比其他方案，也有一定优势。
可靠性分析：本方案ID由软件自动配置，无需人工介入，不会出现因配错ID导致ID重复、遗漏等问题。
4 结论
本文在分析现有地铁站台门等DCU其基于CAN总线上节点ID配置方案的基础上，主要研究了一种更为简便的动态ID配置方案。并通过搭建实验平台和现场调试进行验证。最终结果达到预期效果，为以后地铁站台门或车辆门DCU在CAN总线ID配置时提供了一种可行方案，也为其他领域类似应用提供了参考。
参考文献：
[1]周立功.项目驱动：CAN-bus现场总线基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.
[2]Brochi A M， Behrens F H. Multi-Frame and Frame Streaming in a Controller Area Network（CAN） with Flexible Data-Rate （FD）：US， 9425992B2[P].2016-08-23.
[3]崔知进.现场总线技术及发展趋势[J].上海海事大学学报，2008，3：20-45.
[4]姜同稳.CAN总线特点与RS-485总线性能的比较分析[J].电子世界，2014（4）：271.
Abstract： At present， The door controllers （DCU） used in subway platform doors mostly use CAN-bus field bus for communication.At present in domestic and foreign markets， each brand of DCU products uses manual methods to set the ID one by one，which results in low debugging efficiency and high labor costs. This paper proposes a technology that can dynamically configure the CAN bus node ID： all the DCU need to be powered on to realize the automatic ID configuration of all DCU.This technology abandons the shortcomings of setting ID one by one in the DCU in the past， which can effectively improve the debugging efficiency of the debugger.
关键词：DCU;CAN-bus;动态ID
Key words： DCU;CAN-bus;Dynamic ID
0 引言
目前，越来越多的城市正在尝试构建智能城市轨道交通系统，大力推广无人驾驶等新型智能技术。而地铁车辆门与站台门系统作为城市轨道交通的重要组成部分，探寻一种更为安全有效可靠的智能门控器具有重要意义。本文针对目前市场中大部分基于CAN现场总线进行通讯的DCU在安装调试时需要调试人员逐个进行节点ID配置这一现状，提出一种可动态智能配置ID的技术。该技术采用基于CAN总线的硬线时间片时序控制技术来实现ID动态分配。
1 门控器ID配置现状
1.1 应用环境
目前，国内外应用于地铁车辆门和站台门的DCU基本采用CAN总线进行通讯。国内地铁车辆多为6节车辆编组，共48扇车辆门，对应的地铁站上下行站台门各24扇，即每一侧需24个DCU进行控制，该24个DCU使用一条CAN总线进行通讯。
1.2 CAN特性
根据CAN总线协议可知，CAN总线有以下几个特点：多主工作方式、节点分优先级、非破坏性位仲裁总线结构机制、广播方式传送数据等等。单一CAN总线可以接入多个节点。当CAN总线空闲时，所有节点都可以发送消息，当多个节点同时发送消息时，根据节点ID值进行判断，ID值最小的节点获得优先权。另外，CAN总线上的消息时是以广播的形式进行传送的，所有的节点都可以监听到发送方发送到总线上的数据。
正是CAN的这些特性，使用两根线就能组网众多节点，布线简单，很适用于节点多、对实时性要求高、数据量又不大的场合。同时，可以看到，CAN节点的ID非常重要，它是系统正常通信的前提。不仅表明节点的身份，更是影响仲裁优先级。
1.3 ID配置方式
1.3.1 拨码开关方式
CAN节点（本文为DCU）在进行硬件设计时，加入拨码开关。后期使用时，人工通过设置拨码开关来逐个配置CAN的ID。
优点：设计简单，操作门槛低。
缺点：人工配置，容易配错ID，导致节点ID重复;拨码开关对外开放，无私密性，任何人都可以操作，容易被误改。
成本：需要拨码开关和多路输入电路。
1.3.2 硬线配置方式
CAN节点在进行硬件设计时，预留多路硬线输入接口。后期使用时，通过硬线高低电平来配置CAN的ID。
优点：设计简单，且具有一定的私密性。
缺点：线缆较多，施工复杂，人工接线容易出错。
成本：需要多路硬线输入接口和多路电缆线，成本高。
1.3.3 地面软件维护
在调试阶段，使用串口或其他通信方式，连接电脑，人工通过专用维护软件来逐个配置CAN的ID。
优点：配置接口相对隐蔽，不容易被无关人员误改。
缺點：操作需要带电脑，并且逐一手工设置，操作不便，效率低。
成本：需要配套的通讯接口和配套的地面维护软件，设计成本高。
1.3.4 手机软件维护
可以看成是“地面软件维护”的一种优化，用手机替代笔记本电脑。
优点：一定程度上方便了调试人员。
缺点：还是无法避免开屏蔽门的盖板、需要手工逐个设置等问题。
成本：需要配套的通讯接口和配套的地面维护软件，设计成本高。
1.4 小结
国内外市场中，各品牌DCU产品多采用手动方式逐个设置ID，安装好的DCU需由调试人员手动逐个进行ID配置。而一条地铁线往往有着数十个站点，也就是说有着成百上千个DCU需要调试人员逐个去配置，这一工作量是十分巨大和繁琐的，人工设置方式造成施工或调试效率低下、人工成本高。 随着城市轨道交通建設愈来愈趋向于智能化，探寻一款更为智能的DCU，由此具有了重要意义。
2 方案设计
基于上述现状，本文提出一种基于CAN总线通讯DCU的动态ID配置设计方案：基于现有DCU连接方式，引入辅助硬线进行控制的方式以实现动态ID配置。连接示意图如图1所示。
该方案原理如下：在整侧DCU使用硬线串联起来后，将初始节点端DCU1的输入硬线0接入输入电源;如图2所示，当整侧DCU同时上电后，硬线0会在t0（t0根据实际情况设置，如2s）内被置高，DCU1检测到硬线信号0后写入ID1，随后DCU1通过CAN总线广播ID2，并在t0后发出硬线信号1（高电平），DCU2同时接收到广播信号ID2和硬线信号1后，写入ID2;与DCU1相同，DCU2在配置完ID2后通过CAN总线广播ID3，并在t0后发出硬线信号2（高电平），DCU3同时接收到广播信号ID3和硬线信号2后，写入ID3;后续DCU依次类推进行ID配置，直至整侧DCU全部配置完成。
该方案中，第一个DCU和后面其它的DCU的ID信号来源不同，为了使第一个DCU的软件与其他DCU软件一致，增加了t0时间。DCU在上电的t0时间内识别到硬线信号，则认为是DCU1，可以只凭硬线信号更改ID。其他时间内，需要硬线信号和ID信号共同决定。
如图3所示为本文设计方案的流程图。
3 应用验证
3.1 实验室测试
根据设计方案，现对其进行应用验证，如图4所示，测试使用四个CAN节点，现将该4个CAN节点连接至同一CAN总线中，并根据上述方案引入硬线，同时使用CAN转以太网设备将CAN总线与计算机连接，通过调试软件进行测试。DCU设置ID后会发出“11 22 33 44 55 66 77 88”的数据帧，上位机软件将其转换为“88+ID帧+数据帧”。
根据方案，对DCU进行上电，如图5所示，四个CAN节点分别写入了“00 00 00 01”、“00 00 00 02”、“00 00 00 03”、“00 00 00 04”ID值。
3.2 现场验证及效果比较
上电几秒后，全部DCU自动配置ID完毕，PSA上显示所有DCU在线（绿色），如图6所示。
效率分析：本方案整个过程花费几十秒时间。如果采用以往传统方式，按照一个门单元10分钟计算，需要8个小时。显然，本方案效率大大提高。
成本分析：本方案DCU需要增加一路输入和一路输出，通常DCU都有多余的输入输出接口，相比其他方案，也有一定优势。
可靠性分析：本方案ID由软件自动配置，无需人工介入，不会出现因配错ID导致ID重复、遗漏等问题。
4 结论
本文在分析现有地铁站台门等DCU其基于CAN总线上节点ID配置方案的基础上，主要研究了一种更为简便的动态ID配置方案。并通过搭建实验平台和现场调试进行验证。最终结果达到预期效果，为以后地铁站台门或车辆门DCU在CAN总线ID配置时提供了一种可行方案，也为其他领域类似应用提供了参考。
参考文献：
[1]周立功.项目驱动：CAN-bus现场总线基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.
[2]Brochi A M， Behrens F H. Multi-Frame and Frame Streaming in a Controller Area Network（CAN） with Flexible Data-Rate （FD）：US， 9425992B2[P].2016-08-23.
[3]崔知进.现场总线技术及发展趋势[J].上海海事大学学报，2008，3：20-45.
[4]姜同稳.CAN总线特点与RS-485总线性能的比较分析[J].电子世界，2014（4）：271.