Funkinterface Leitstand

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 Bordanlage 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 Bordanlage sendet den CAN-Datensatz nach dem Empfang sofort zum CAN-Bus aus.

Alle notwendigen Erfassungsparameter der Leit- und Bordanlagen sind in Parametersätzen enthalten, die im Flash-ROM gespeichert werden. Ein Parameter-Datensatz wird vom Leitrechner aufgebaut und per Netzwerk zum Funkinterface übertragen. Die Leitanlage 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.

Die Bordanlagen sind mit einem einstellbaren Speicher für 12 bis 24576 CAN-Datensätze ausgerüstet. Der Speicher der Leitstation umfasst 8192 CAN-Datensätze. Der Umlaufspeicher dient als Puffer für die Netzwerkübertragung, die hier auf 4 Abrufe pro Sekunde eingestellt ist.

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 für die Kommunikation mit dem Leitrechner. Das Funkinterface hat die Funktion eines Servers, d. h. Netzwerkaktivitäten kommen nur auf Anforderung. Der Leitrechner bekommt nach dem Verbindungsaufbau einen Block mit maximal 16384 Bytes CAN-Daten zugesendet. Der nachfolgende Verbindungsabbau vereinfacht die Bedienung, da keine stehende Verbindung unterhalten werden muss. Die 10-Base-T Ethernetschnittstelle umfasst das TCP/IP-Protokoll. IP-Nr. und Portnummer sind nichtflüchtig in einem EEPROM gespeichert und lassen sich über die Wartungsschnittstelle programmieren.

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. Der Prozessor arbeitet mit einem EUROS Echtzeitbetriebssystem mit Multitaskingfähigkeit, welches die deterministische Interruptbehandlung des C167 nicht behindert. Ein Netzwerkmanager implementiert die TCP/IP-Protokolle und die Socket-Schnittstelle.

Es stehen zwei Antennenanschlüsse zur Verfügung: für eine Sende-/Empfangsantenne und eine zweite Antenne, die nur im Empfangsbetrieb als Diversity-Antenne genutzt wird. Es werden zwei Dipol-Antennen für Mastmontage mitgeliefert. Wegen der erheblichen Verluste bei 2,4 GHz sollten nur kurze Antennenkabel verwendet werden. Das Funkinterface muss deswegen unmittelbar unter den Antennen montiert werden.

Funkinterface_Blockbild_286.jpg

Blockschaltbild Funkinterface 286 - Leitstand

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