列车以太网接口方案
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目 录
1. 以太网在列车中应用的介绍 . .................................................................................. 1 2. 列车控制器采用以太网接口的可行性分析与风险 . .............................................. 2 3. 控制器以太网接口要求 . .......................................................................................... 4 4. 设计方案 . .................................................................................................................. 6
4.1
4.2
以太网接口连接器选型 . .......................................................................................... 6 以太网模块硬件设计 . .............................................................................................. 6 4.2.1 功能特点： . .......................................................................................................... 7 4.2.2 产品特性： . .......................................................................................................... 7
列车以太网接口方案
1. 以太网在列车中应用的介绍
IEC61375-3-4中规定了TCN 为以太网通讯网络的标准。主要原因是列车通讯的数据量剧增，而我们常用的MVB 、CANOpen 、HDLC 等控制总线，在实时性可以保证控制通讯，但无法满足大数据量的通讯。如果有大数据量数据传输，将会导致总线阻塞和控制时间延迟等问题。
因此在列车中采用以太网通讯，主要是满足需要大数据量传输的系统。比如车载广播系统、视频系统、下载固件程序等。可以减少系统更新时间，提高工作效率。
但由于以太网本身的物理层、链路层、协议栈的复杂性，导致其成本是较高的，其可靠性、网络失效影响和鲁棒性还都在验证中，故列车的主要控制系统还没有大批量使用以太网作为主要控制通讯方式。
图 1.1 列车TCN 网络类型
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2. 列车控制器采用以太网接口的可行性分析与风险
以太网属于点对点通讯，其和主流的MVB 、CANopen 对比如表 2.1所示。
表 2.1 TCN几种通讯方式对比
所以，采用以太网接口。主要优点只是传输大数据量时，比如在下载更新程序时，可以加快下载速度；
而主要的风险在于以太网网络本身采用交换机方式，点对点通讯而带来的一系列影响。
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图 2.1 列车以太网交换机
（1）成本增加。由于以太网只能1对1通讯，所以每个设备都必须有一条网线和交换机连接，
线缆成本急剧增加。为了避免交换机死机或者损坏，必须通过多台冗余的方式实现鲁棒性，设备成本急剧增加。另外以太网通讯距离只有100米，延长距离还是加交换机，所以采用以太网通讯，整车的成本是急剧上升，预计比MVB 通讯增加2-3倍的成本
（2）布线难度加大。MVB 、CANopen 、HDLC 等现场总线均为“手牵手”式的总线结构，符合列车直线型的拓扑结构，而以太网属于交换机的星型拓扑，如果对于分布式节点来说，以太网增大了布线难度；
（3）交换机风险。以太网通讯极度依赖于交换机的稳定性，一旦交换机死机或者损坏，全部节点将都无法通讯。而传统的CAN 和MVB ，任何一台设备损坏，都不会影响总线； （4）EMC （电磁兼容）风险：以太网速率极高，其EMI （电磁辐射）极大，所以要使用较好的屏蔽网线来解决这个问题；
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3. 控制器以太网接口要求
以太网接口包括带锁紧的RJ45头、光纤接口、M12通讯电缆三种类型。如图 3.1所示。
图 3.1 以太网接口方式
根据《TCSN 终端设备以太网接口规范》要求，提供控制器以太网通讯口接入方案。 目前采用M12通讯电缆方式，具体的需求表，如表 3.1所示。
表 3.1 需求响应列表
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4. 设计方案
若业主对控制系统有并入以太网的需求，则控制器通讯采用以太网通讯，地铁机组定义好通讯端口及通讯数据即可。
4.1 以太网接口连接器选型
以太网接口选用Harting 品牌4芯M12母接口（母座）[1**********]；
图 4.1以太网接口选型
4.2 以太网模块硬件设计
控制系统接入控制网，网卡采用广州致远电子股份有限公司的ZNE-100TL+模块的。可以轻松地使用主控MCU 的串口转换为以太网接口
图 4.2 以太网模块
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4.2.1 功能特点
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10/100M自适应以太网接口;
支持AUTO MDI/MDIX,可使用交叉网线或平行网线连接;
波特率在300bps~1.152Mbps之间可任意设定(AT 指令与ZNETCOM 配置软件最高可设置230.4Kbps ，使用网页配置则可最高设置为1.152Mbps ).;
工作方式可选择TCP Server, TCP Client, UDP和 Real COM driver等多种工作模式, 工作端口，目标IP 地址和端口均可设定;
提供通用配置函数库, 方便用户使用VC 、VB 、Delphi 和C++Builder开发应用程序进行二次开发;
内置WEB 服务器，方便客户进行网页配置;
网络断开后自动断开连接, 保证整个网络可靠的建立TCP 连接; 支持DNS, 满足通过域名实现通讯的需求; 灵活的串口数据分帧设置, 满足用户各种分包需求;
兼容SOCKET 工作方式(TCP Server, TCP Client, UDP等), 上位机通讯软件编写遵从标准的SOCKET 规则;
支持虚拟串口工作方式, 提供WINDOWS 虚拟串口驱动, 让用户串口设备无逢升级至以太网通讯方式, 无需修改原有串口软件;
TCP 支持多连接, 支持连接校验密码和连接后发送特定数据, 满足4个以内用户同时管理一个嵌入式模块的设备;
UDP 方式下支持单机或多机通讯, 满足多个用户同时管理一个嵌入式模块的设备; 支持先进的安全机制, 防止未经授权者的非法访问, 提供防火墙IP 地址筛选, 最多设置8个认证IP 或IP 段;
支持本地和远程的系统固件升级;
免费提供Windows 平台配置软件函数库, 包含简单易用的API 函数库, 方便用户编写自己的配置软件; 支持AT 命令配置; 支持远程配置.
最多支持6个IO 和2路10bit ADC；
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4.2.2 产品特性
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32位ARM CPU； LAN
✧ 以太网: 10/100Mbps; ✧ 保护:内建2KV 浪涌保护
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串口
✧ TT L ×1: TXD、RXD 、GND.
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串口通讯参数
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✧ 校验: None,Even,Odd,Space,Mark;
✧ 数据位: 5, 6, 7, 8;
✧ 停止位: 1, 1.5, 2;
✧ 流控: 无;
✧ 波特率: 300bps至1.152Mbps. ● 软件
✧ ETHERNET 、ARP 、IP 、ICMP 、IGMP 、UDP 、TCP 、HTTP 、DHCP 、DNS ； ✧ 工具软件: ZNetCom2配置软件、ZNetCManage 虚拟串口服务器软件、TCP/UDP
测试工具;
✧ 配置方式: WEB浏览器、Windows 超级终端、Telnet 、串口.
● 电源
✧ 输入电源: 5V DC.
● 机械参数
✧ 尺寸(W ×D ): 44.5×31.7(mm).
● 工作温度
✧ 工业级: -40~75℃.
● 保存环境
✧ ZNE-100TL+: -45~85℃, 5~95﹪RH.
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