Magnetismo de red: obtención de información a través de un vagón "muerto" en un túnel

En realidad soy ingeniero mecánico, por lo que no estoy muy versado en diseño electrónico, aquí va:

Quiero diseñar un conector de red acoplado inductivamente para la industria ferroviaria. El objetivo es tener un enlace de datos a lo largo de todo el tren.

Algunos puntos clave a considerar:

  • Actualmente no hay red eléctrica en todo el tren. Se han probado contactos de acoplamiento automático conectados al acoplador mecánico, pero son extremadamente difíciles de hacer fiables. Lo que sí funciona es tener generadores de ejes y baterías tampón en cada vagón.
  • Quiero poder "pasar por alto" un vagón "muerto" (vagón con componentes electrónicos no funcionales) dentro de un túnel. Esto prácticamente descarta los sistemas inalámbricos , ya que creo que tendrán grandes dificultades para enviar señales de RF de manera confiable alrededor del vagón muerto. Estaba pensando en usar la siguiente topología de red para resolver esto:Topología de la red
  • Voy a buscar una conexión física aquí porque cuando conectas una cadena de vagones, todos se registran automáticamente en la locomotora. Los trenes se construyen en patios con muchos vagones, por lo que debe asegurarse de no incluir vagones en la vía adyacente en su lista de vagones a través de WiFi.
  • Realmente solo necesito tasas de datos mínimas . Principalmente, tendrá la locomotora diciéndoles a los vagones cada 100 ms que no frenen (a prueba de fallas) o * frenen al X% y los vagones informarán que todavía están todos allí (integridad del tren). Los otros datos no son críticos en cuanto al tiempo. Es bueno tener video (para poder retroceder el tren con una cámara retrovisora ​​sin salir de la cabina), pero un enlace no confiable a través de LTE público normal estaría bien.

Eché un vistazo a la configuración eléctrica de Ethernet. Vi que siempre hay transformadores de pulso para aislamiento galvánico (y un estrangulador de modo común entre el cable y la placa).

Tuve la idea: ¿Por qué no hacer un transformador de pulso físicamente separable para transmitir magnéticamente? Quería construir una red de demostración que se pareciera a esto:

Configuración de 3 vagones

Aquí están mis preguntas:

  • Si compro un transformador de pulso Ethernet, abro las perlas de ferrita y las reorganizo y las rebobino para hacerlas físicamente separables, ¿es probable que realmente funcione (siempre que las mitades de las perlas estén bien alineadas sin un espacio de aire?) Cualquiera recomendaciones sobre qué comprar y jugar?

  • En los comentarios me dijiste que la ferrita es muy quebradiza. Además, las cuentas son muy pequeñas. ¿Qué tipo de pérdidas y qué tipo de frecuencias serían posibles con un núcleo de lámina de mu-metal de ~ 10 mm? Entiendo que esto ya no estaría dentro de los estándares de Ethernet. ¿Alguna recomendación para usar una red más lenta estilo Ethernet?

Estoy muy feliz por cualquier ayuda que pueda obtener, ¡gracias!

Aquí está la visualización de la idea en la cabeza del acoplador con 3 núcleos de olla engastados en resina dentro de una caja fresada resistente:

ingrese la descripción de la imagen aquí

* Aquí hay algunos antecedentes de mi tarea: estoy en un comité de la industria que investiga la automatización de trenes de carga. Queremos diseñar una red de comunicación altamente confiable para vagones de ferrocarril de carga.

El principal problema es que la industria ferroviaria es muy conservadora, por lo que todos optan por el diseño supuestamente "probado y comprobado". En el área de tránsito de pasajeros, los acopladores eléctricos se han utilizado durante aproximadamente 100 años con cientos de pines eléctricos individuales (la industria ferroviaria sigue siendo fanática de las funciones cableadas) que se desgastan, deben mantenerse limpios y están protegidos por aletas/puertas y a menudo se calientan para evitar problemas con la humedad. (Puede ver las puertas abiertas y los pasadores desnudos a cada lado del acoplador en el minuto 1:10 de este video ) .

Simplemente no hay forma de que esto funcione de manera confiable en un entorno de carga. Incluso si asumimos el cuidado de los acopladores a nivel de pasajero, en el mundo de los pasajeros acoplas 2-3 unidades como máximo, no 30-100.

Es por eso que quería diseñar un sistema alimentado por generadores de eje y baterías tampón, pero que transmita a través de una tinta física en el acoplador a través de un conector inductivo. Me gustaría evitar simplemente usar una conexión completamente inalámbrica por 2 razones:*

  • Quiero una conexión física para que cuando conectes una cadena de vagones, todos se registren automáticamente en la locomotora. Los trenes se construyen en patios con muchos vagones, por lo que debe asegurarse de no incluir vagones en la vía adyacente en su lista de vagones.
  • Todos están aterrorizados por los piratas informáticos, creo que sería más fácil demostrar la seguridad funcional y la seguridad de la información (contra la manipulación de la información, no contra las escuchas) en una conexión física.
Estoy bastante seguro de que la razón por la que esto no se hace es 1) costo y 2) confiabilidad. Los conectores 8p8c son baratos y los materiales magnéticos aumentarían el costo de manera significativa. Y no importa dónde esté la barrera de aislamiento, simplemente tiene que existir. En cuanto a la confiabilidad, obtener un acoplamiento magnético lo suficientemente bueno para transmitir datos de manera confiable requeriría superficies de ferrita expuestas muy frágiles en el enchufe, y si se astillaran, perdería la fuerza de acoplamiento con bastante rapidez. Además, esto no sería compatible con PoE.
Wifi no es realmente una opción por las razones expuestas al final de la publicación (seguridad, protección, integridad del tren) Con respecto al astillado de ferrita, ¿quizás haya algún otro material especial? En cualquier caso, será más resistente que un enchufe porque a) no hay lengüetas sueltas yb) debe ser bastante impermeable al agua y la suciedad. El costo tampoco es realmente un problema: el cabezal eléctrico actualmente bajo consideración con todos los contactos, puertas, resortes, sellos, campanas y silbatos cuesta mucho.
@SWKRail Utilice la función @ para notificar a las personas sobre su respuesta. La ferrita es básicamente la única opción para los transformadores de alta frecuencia, que sería esta; es posible que pueda cubrirlo con algo protector (como lo hacen con los cargadores de cepillos de dientes eléctricos), pero estaría degradando la fuerza de acoplamiento cuando lo haga, y es posible que necesite un repetidor en cada enchufe si tiene la intención de transmitir largas distancias, lo que encarecería mucho todo el sistema.
¿Cuántos datos por vagón, cuántos vagones y con qué rapidez? Estaría pensando en un protocolo de un solo cable endurecido por la industria. Consulte ti.com/lit/pdf/spma057 para obtener información sobre el método de enumeración estándar de un cable.
@Hearth, gracias por el consejo sobre la notificación. Una lámina muy delgada de idk, ¿quizás kevlar para recubrirla? Sobre el costo: si todo el conector cuesta menos de 100 $, estoy feliz
@SWKRail No, creo que la solución es un sistema de contactos eléctricos bien diseñado, hecho de cobre berilio con un grueso baño de oro. Quizás el níquel berilio si necesita un rendimiento a alta temperatura. Utilice contactos de limpieza automática. Los conectores NEMA u otros conectores de alimentación domésticos pueden ser una buena inspiración, son baratos, se limpian solos y los buenos son muy duraderos.
@Hearth hemos tenido muchos reclamos debido a la suciedad y el desgaste que causan fallas en los contactos. Si esta fuera la solución perfecta, no estaría preguntando aquí...
@SWKRail Es por eso que dije que usara un sistema bien diseñado. Me imagino que este conector se inventó muy pronto en lo que respecta a la electrónica, y es probable que tenga fallas que los diseños de conectores más modernos superen. Pero no sé, no estoy familiarizado con los sistemas eléctricos de los trenes. Sin embargo, intentar enviar una señal a través de múltiples conectores acoplados magnéticamente parece que es muy probable que falle; cada conector degradaría progresivamente la señal.
@Hearth, entonces yo soy mecánico y tú eres ingeniero eléctrico. Te digo que los conectores mecánicos son una pesadilla y tú me dices que los conectores eléctricamente inductivos son una pesadilla: Supongo que todos simplemente temen sus fallas más conocidas... Es por eso que estaba pidiendo alternativas a una Ethernet estándar. Si la degradación de la señal es lo suficientemente pequeña como para sobrevivir a dos espacios de aire, estoy feliz.
@SWKRail Los conectores inductivos realmente no existen , y hay una razón para ello. ¡Quizás valga la pena! Pero optaría por conectores mecánicos aptos para entornos hostiles y no escatimaría en materiales: use un revestimiento de oro grueso (al menos 50 μ ") en los contactos de cobre berilio (no latón).
@Transistor ¿esto está acoplado inductivamente? A a las velocidades de datos: La velocidad hasta el final del tren debe ser significativamente más rápida que la velocidad del sonido (para el sistema de frenado, actualmente tenemos frenos neumáticos). Ancho de banda: IDK, un enlace de video al último automóvil sería bueno, pero no vital. El resto es un ancho de banda muy pequeño.
@SWKRail Un enlace de video puede variar mucho en ancho de banda. Puede pasar de video completo sin comprimir de 8k 60 Hz a una imagen de 100x75 píxeles que se actualiza una vez cada dos segundos. Sin embargo, no creo que puedas obtener ninguno de los dos a través de 1 cable.
¿Qué hay de la óptica? ¿Conectores cerrados de fibra óptica o incluso una línea de visión de gran espacio? Cada automóvil necesitaría su generador/batería de eje para la regeneración. No hay problema con el ancho de banda.
@Hearth: Entiendo el sentimiento, pero en realidad era el tipo de reclamos en un fabricante de acopladores que enojó a los clientes de tránsito de pasajeros en la línea que se quejaron de que los conectores de muy alta calidad (oro, plata, cobre berilio) fallaban cuando, por ejemplo, llovía agua de mar el oleaje atravesó los sellos y los contactos en puente, o se obstruyeron con polvo y agua de condensación. Simplemente no es lo suficientemente confiable, y créame, los fabricantes de acopladores intentan diseñarlo bien.
@Hearth Video a 720p a 5 Hz debería ser suficiente.
@Neil_UK Optical debe mantenerse limpio, supongo que eso realmente no resolvería el problema.
No, estaba sugiriendo un cable como una idea para el direccionamiento único y la recopilación de datos de automóviles individuales y la reducción del número de pines del conector. He oído hablar de vehículos sumergibles que usan transformadores de medio toroide para pasar energía o datos a un vehículo montado en rieles en aguas profundas. Creo que necesitarías uno para cada dirección. No puedo ver el video funcionando bien. Mientras tanto, conectarlo con el sistema de frenos puede brindarle información de estado cuando funciona.
@SWKRail: ¿tiene que hacer una conexión de energía eléctrica de todos modos? En caso afirmativo, puede simplemente aprovecharse de modular los datos en las líneas eléctricas.
Tengo algunas preguntas relativamente simples para ayudarme a entender su problema. Hasta dónde se tiene que transmitir la señal. ¿Cuántos datos y con qué frecuencia por tren (todos los vagones de ese tren)? ¿Qué es el medio ambiente? ¿Qué rango de temperatura? Creo que una conexión no mecánica sería su mejor solución, pero eso es solo un SWAG.
No desea núcleos de ferrita en un conector. Son realmente frágiles. Si sus tasas de datos son bajas, hasta unos pocos cientos de bits por segundo, puede hacerlo con núcleos de hierro. Tanto los núcleos de ferrita como los de hierro son muy susceptibles a la oxidación, por lo que debe sellarlos. Eso va a ser una pesadilla ya que el modo de falla es intermitente.
Puedo ver el deseo, pero desconfío mucho de la confiabilidad de: " a través de una tinta física *en el acoplador a través de un conector inductivo*" Las tecnologías más cercanas que conozco son los transformadores giratorios donde se ve obligado a usarlos porque directo -Las soluciones de contacto quedan excluidas debido al movimiento relativo. Y AFAIK, no operan en un entorno tan hostil como el acoplador de un tren. Y los transformadores rotativos no se abren como parte del funcionamiento normal como lo harían sus acopladores.
Para el diseño de su conector mecánico, considere el siguiente escenario de ataque. Tiene un receptáculo tipo A y un enchufe tipo B. Ahora, un intruso coloca una pieza AB en su receptáculo. Todavía podrá enchufarlo y no lo notará. La parte en sí contendrá 3 transformadores de devanado entre sus transformadores de acoplamiento. Puedes comunicarte bien a través de ellos y no lo notarás. pero el intruso puede usar el tercer devanado para espiar y enviar comandos.
@tobalt ¡Interesante ataque! Pero asumo aquí que los conectores estarán atornillados a la cabeza del acoplador. Si introduce algo entre a y b, se destruirá cuando lo acople (sobresaldrá más allá de la cara frontal del acoplador, por lo que absorberá toda la fuerza de impacto del acoplamiento). Pero claro, supongo que es importante conectar el conector de manera que no se pueda poner algo en el medio sin destruir la conexión en el acoplamiento.
La omisión de RF de un solo vagón debería ser 'bastante fácil'. | Los conectores de acoplamiento magnético con holguras de algunos mm también son bastante fáciles, ya que permiten una protección exterior de plástico u otras cubiertas. He hecho simulación con potencia y transferencia de datos.
@RussellMcMahon Suena bien. Sé que hay conectores magnéticos, pero nunca he visto que ninguno sustituya a un conector RJ45 y funcione magnéticamente. Te enviaré un correo electrónico.

Respuestas (7)

Mi respuesta es forzosamente de alto nivel ya que el problema es multifacético y permite diferentes soluciones.

Objetivo: transmitir datos entre vagones de un tren diésel que no tiene líneas de trenes eléctricos, incluyendo la accesibilidad de los vagones a pesar de que uno en el medio puede estar sin suministro eléctrico. (espero que esté correctamente sintetizado)

Solución1. Conexión inalámbrica. Funciona, hay varios ejemplos en la literatura y en la práctica de dicha conexión, por ejemplo, para WiFi de pasajeros y cámaras a bordo (seguridad). Incluso en túneles, la propagación a algunas decenas de metros es viable: hay publicaciones en la literatura sobre las características de propagación dentro de los vagones de pasajeros (creo que los suyos son vagones de carga sólidos) o en el espacio de aire entre el tren y la pared del túnel. A 900 MHz y 2,45 GHz yo mismo hice pruebas de la respuesta del canal. -- en cuanto al registro erróneo mencionado, hay palabras clave, diferentes redes (SSID), etc., por lo que no diría que es un problema al hacer la composición del tren. Cuando el tren está ensamblado, a través de una conexión wifi, el operador puede confirmar el código del vagón y adjuntarlo a la red así creada.

Solución2. Acoplamiento por cable, utilizando por ejemplo un acoplador automático. Pruebas realizadas en El Cairo la semana pasada donde los trenes Rotem tienen acopladores mecánicos y eléctricos (separados) trabajando en modo automático. Las señales se pasan a través de un conector de 74 pines. Hay algo de trabajo para la protección contra las condiciones ambientales, pero se puede hacer y ya hay ejemplos.

Solución3. Transmisión inalámbrica en el campo cercano, utilizando un transmisor magnético que funciona, por ejemplo, dentro de 1 m cerca del acoplador mecánico. O un transmisor de radio, como los que funcionan a 430 MHz, 868 MHz o el rango de varios GHz que se mencionó anteriormente. Lo que necesitas es modular tus señales para pasarlas por el canal así establecido.

El escenario general debe incluir el tiempo para el desarrollo de la solución y el "tamaño del mercado", es decir, si desea desarrollar una solución específica o algo que se pueda reutilizar (y, por lo tanto, debe ser un poco más flexible y con más rendimiento que necesita ahora, por ejemplo, en términos de número de canales y rendimiento).

Último ladrillo: siempre hay un aspecto de seguridad, es decir, fiabilidad, disponibilidad y seguridad, porque algunas de las señales intercambiadas pueden interrumpir la circulación o implementar funciones relevantes para la seguridad. Si un CBTC funciona de forma inalámbrica, entonces no hay problema, también funcionará este. Pero debe diseñarse al menos para los aspectos de seguridad (p. ej., vigilancia, pérdida de paquetes/mensajes, falta de respuesta, etc.).

disculpas por el enfoque de alto nivel, pero son 30 años de trabajo con trenes y metros: no es ciencia espacial, pero algunos aspectos deben tratarse con cuidado.

Gracias por su respuesta. En la Solución 3, está hablando de un transmisor magnético de campo cercano que funciona a 1 m del acoplador mecánico. ¿Cómo funciona? ¿Puede realmente transmitir suficiente energía a través de un espacio de aire de 1 m dos veces (antes y después del vagón "muerto") para tener una señal viable al final? Hubiera pensado que necesitaría núcleos de ferrita para dar forma al flujo y un espacio de 1 mm como máximo para mantener las pérdidas lo suficientemente bajas como para tener algo detectable después del segundo espacio de aire.
Puede usar simplemente dos bobinas como para la transferencia de energía inalámbrica (para transmitir energía, necesita una distancia más corta, similar a los vehículos eléctricos, y alimentaría el vagón muerto desde los adyacentes). O un sistema RX/TX como un Bluetooth, o una radio de corto alcance 430/868 MHz: funcionará a más de 1 m (espacio entre vagones). La radio TX/RX también puede pasar por alto el vagón muerto, pero se deben hacer algunas pruebas con una maqueta. Todas estas soluciones necesitan algo de modulación/demodulación. (Por supuesto, necesita de antemano una buena descripción de los escenarios y el entorno para derivar las especificaciones).
Entonces, básicamente, lo que está sugiriendo sería colocar un componente activo en la línea de "derivación" de repuesto y alimentarlo a través de un transformador separable resonante inductivo en caso de que falle el nodo en el vagón, en lugar de intentar enviar una señal a través de varios transformadores de pulso separables ?
Esa es una buena solución, pero depende de la cantidad de energía. Tal vez pueda separar las cargas no interrumpibles y el suministro a través de este sistema, mientras que el resto solo se puede suministrar localmente a través del alternador. Una bobina de panqueque como la de los vehículos eléctricos puede funcionar bien y pueden transferir mucha potencia. -- Solo para señales, puede usar un RX/TX en frecuencia de radio e incluso puede omitir el vagón muerto, porque sería un tramo de un máximo de 30 m más o menos.
Como se indicó anteriormente, realmente no quiero poder enviar señales a larga distancia porque eso crea muchos dolores de cabeza adicionales al tener que discriminar entre las señales del vagón adyacente y otras señales. Preferiría que tuviera un alcance máximo por debajo de 1 m. ¿Quizás haya una especie de NFC bidireccional para esto? En realidad, al tener el poder del vagón adyacente, el nodo activo en el medio del vagón permite saltar 2 vagones adyacentes que no funcionan, ¿verdad?
La NFC bidireccional es posible con módulos de radio o bobinas acopladas, pero estas últimas también proporcionan energía. La potencia y la señal se pueden mezclar como en los vehículos eléctricos, con alguna codificación inteligente (la velocidad de datos no es alta, pero se usa, por ejemplo, para negociar la carga). Con una radio puede saltear 1 vagón muerto sin suministro (con la codificación no interfiere con la vía adyacente, pero sí, es más complicado). Si opta por un sistema cableado con bobinas, los vagones adyacentes pueden suministrar los muertos. Tiene un límite que resulta de la suma de la potencia de todos los vagones muertos a la izquierda o a la derecha a través de 1 bobina.
"O un transmisor de radio, como los que funcionan a 430 MHz, 868 MHz" Eso no funcionará. Tendrías que usar bandas con licencia. Un poco apesta si el tren no puede detenerse solo porque hay un radioaficionado en la ciudad por la que pasas :)
@Lundin [Parte 2] CC1150 ofrece hasta 10 dBm que generalmente se usa en 1-2 m, ocasionalmente en 25-30 m. Se puede usar una antena bastante directiva porque sabemos la dirección deseada (más o menos a lo largo de la pista). Es radio de corto alcance, por lo que no hace falta tener licencia, y podemos usar frecuencias al margen de la banda CC1150. Ahora, que un radioaficionado esté cerca, con algo tan sucio como para filtrarse en las bandas marginales, y siguiendo el salto de frecuencia es poco probable. (Nota. CBTC funciona en una banda abierta a WiFi, aunque a veces se aplica un cambio de frecuencia para obtener un margen adicional, como en nuestro caso)
[Part1] @Lundin Estaba pensando en transmisores de radio de corto alcance, como el CC1150 de TI ( ti.com/product/CC1150 ) que usé por un tiempo. Por supuesto, la banda disponible podría estar saturada por radioaficionados locales, o por juegos con tx portátiles (en el patio de derivación, pero mientras viaja diría que no), pero: usaría 2-FSK o GFSK y blanqueamiento de datos; salto de frecuencia (hecho en casa, por supuesto); negociación y CRC para evitar una mala recepción. La composición del tren en el patio (el más expuesto) no está estrictamente relacionada con la seguridad y el tiempo le dirá al operador que está "bien", "no está bien". [fin de la parte 1]

Principalmente, tendrá a la locomotora diciéndoles a los vagones cada 100 ms que no frenen (a prueba de fallas) o que *frenen al X% y los vagones informarán que todavía están todos allí (integridad del tren).

Ok, esto es crítico para la seguridad, por lo que debe cumplir con algún estándar de seguridad funcional, IEC 61508 o, más bien, el desove específico del tren (no recuerdo el número). Esto descarta muchas tecnologías; por ejemplo, Ethernet no es en tiempo real, por lo que probablemente no se pueda usar. Tampoco puede usar la conexión inalámbrica a menos que el enlace haya sido diseñado explícitamente para aplicaciones críticas para la seguridad.

No sé mucho sobre esta área de aplicación, pero ya habrá estándares para esto, por lo que no debería necesitar reinventar la rueda. https://en.wikipedia.org/wiki/Train_communication_network . Ese sitio sugiere algo llamado "MVB" o, alternativamente, CANopen. La principal ventaja de usar algún sistema de autobús existente es que ahorrará toneladas de esfuerzo en el diseño y la clasificación de seguridad. También tendrán soluciones sobre cómo conectar los vagones, que será uno de los principales problemas del proyecto.

El bus CAN suena bastante ideal si puede resolver el problema de conectarlo de manera confiable entre vagones. Es muy resistente, multipunto y las distancias no serán un problema. La redundancia se puede resolver fácilmente mediante dos buses paralelos que envían la misma información.

Felicitaciones por tomar el esfuerzo de investigar nuevas soluciones a los problemas existentes. Aunque tu esfuerzo no produzca nada útil, habrás aprendido algo.

Mi sugerencia es utilizar algo como el enlace inalámbrico de muy corto alcance ST60 (st.com). Estos funcionan a 60 GHz y tienen alcance centimétrico y transferencia de datos a muy alta velocidad. Esta es una tecnología emergente, por lo que está a la vanguardia (como la vanguardia, pero puede tener algunas asperezas).

Imagino que tendría estos incrustados en alguna forma de acoplamiento que podría unir y desacoplar rápidamente, lo que también brindaría un grado de protección para cuidar cualquier fuga de la señal de radio (a 60 GHz esto no toma mucho). Luego tenga algún tipo de indicación de que el enlace es bueno.

Luego está el trabajo para garantizar la confiabilidad y necesitará algún tipo de redundancia. Para la validación secundaria, podría tener etiquetas rfid; esto significaría que para que ocurra un ataque tendrían que falsificar dos sistemas razonablemente seguros. Esto haría que la probabilidad fuera un número muy pequeño.

Por supuesto, si gana millones con esto, ¡asegúrese de enviarme mi 5%!

Tenga en cuenta que no debemos recomendar productos aquí, por lo que el descargo de responsabilidad habitual: no estoy afiliado a ST y no he usado ese producto. El enlace es para ilustrar el tipo de tecnología.

¿Es un enlace inalámbrico de 60 GHz que involucra un montón de electrónica y procesamiento excesivo cuando un simple transformador podría ser suficiente?
Gracias por la idea @Kartman, supongo que olvidé decir por qué quiero optar por un cableado pasivo en lugar de un inalámbrico activo: debe suponer que un solo automóvil podría quedar "muerto" dentro de un túnel estrecho. En este caso, la conexión inalámbrica de corto alcance no funcionará porque no puede cerrar la brecha del vagón muerto, la conexión inalámbrica de largo alcance podría tener dificultades para sortear el vagón y agrega la posibilidad de conectar vagones adyacentes durante la construcción del tren.

¿Algo así como un Ethernet coaxial?

Consulte aquí https://en.wikipedia.org/wiki/10BASE2 pero estoy seguro de que necesitará diferentes conectores en condiciones de ferrocarril.

Claro, no es de mucha utilidad hoy en día, pero tiene la topología adecuada para la tarea.

  • Solo 2 pines para cuidar.
  • Puede apilar segmentos y dispositivos siempre que el extremo esté correctamente terminado (el terminador puede funcionar como una tapa)
  • Los dispositivos "muertos" no interfieren con el resto de la red siempre que el cable no esté dañado.
  • 10 mBit/s es suficiente para una cámara trasera y aún así no impone requisitos estrictos sobre el cable
  • Rango de 100 m / 300 pies, y este no es realmente un límite estricto y puede extenderse si no está obsesionado con la latencia. ¿Tiene trenes más largos?

Qué puede ser un problema: Daña algún segmento (corto o abierto) y toda la red se cae, no solo la parte después del daño. Un vagón "muerto" puede estar eléctricamente muerto, pero debe estar al menos correctamente cableado para que funcione.

Estaba pensando en usar la siguiente topología de red para resolver esto: Topología de red

Las tiras de LED direccionables tolerantes a fallas usan la misma topología para evitar un chip muerto. Funciona.

En los comentarios me dijiste que la ferrita es muy quebradiza. Además, las cuentas son muy pequeñas. ¿Qué tipo de pérdidas y qué tipo de frecuencias serían posibles con un núcleo de lámina de mu-metal de ~ 10 mm?

Usar materiales exóticos y caros como el mumetal no es una buena idea.

Ya hay un gran trozo de hierro que conecta los dos trenes, por lo que lo primero que intentaría sería enrollar una bobina a lo largo de la línea verde:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Luego envuelva una bobina en el mismo lugar del otro lado del acoplador. Dos bobinas alrededor de un trozo de hierro forman un transformador que puede usarse para transmitir señales. Mida qué tipo de acoplamiento obtiene entre las dos bobinas. Optimice el número de vueltas y elija una frecuencia. Probablemente será bastante bajo, lo cual está bien.

El circuito magnético es de lazo cerrado y regresa a través de los rieles.

Si esto funciona, lo bueno es que el acoplamiento magnético se realiza a través de un gran trozo de metal que ya se ha probado, en lugar de pequeñas bobinas con tolerancias estrictas que se desgastarán con las vibraciones y tendrán que probarse y rediseñarse hasta que duren. por un millón de millas, lo que llevará años.

El protocolo debe ser algo realmente simple, como una serie lenta modulada por AM, con un código de verificación de errores. Muy baja tecnología a nivel físico, pero con software inteligente.

Esto no resuelve su problema de "volquete vagón sin energía". Pero, dado que la frecuencia es baja, puede usar un relé para pasar por alto la placa sin alimentación. Si la confiabilidad del interruptor de relé es un problema, un relé MOSFET de estado sólido con FET de agotamiento puede estar ENCENDIDO sin ningún voltaje de activación.

“El circuito magnético es de lazo cerrado y regresa a través de los rieles”. - Estoy un poco preocupado por esto, aunque mi experiencia es con el transporte rápido y cosas antiguas del museo ferroviario, por lo que podría estar completamente fuera de lugar. Si el tren está cruzando un empalme de riel aislado (que esperaría en lugares con señalización no trivial como patios, enclavamientos y entre bloques), o peor aún, se detiene en el empalme, es posible que no pueda obtener ninguna señal solo a través de la capacitancia de la unión del riel. Esto podría ser un problema si los frenos del vagón no se pueden soltar una vez que el tren se detiene allí.
Ampliando eso, si el acoplador pudiera duplicarse con otro acoplador mecánicamente robusto debajo (probablemente girando junto con el acoplador existente como una sola unidad), eso podría crear un circuito de retorno pero parece mecánicamente costoso y complejo
Este sería un acoplamiento magnético a través de una bobina, no capacitivo. Por lo tanto, probablemente habría un acoplamiento ligeramente más bajo si un vagón y el otro se sientan en rieles desconectados. Pero ambos casos deberían dar una señal utilizable. Tendrías que probarlo. Mi punto es esquivar el esfuerzo de diseño y el costo de un nuevo acoplamiento de señal confiable. Unas pocas horas probando esto probablemente valdrían la pena, incluso si no funciona.
Sí, lo siento, completo pedo cerebral allí al escribir. No tengo la longitud del espacio y los números de permeabilidad para las juntas de inmediato, por lo que estoy de acuerdo en que se requerirán más pruebas.

Entiendo que el principal problema son los contactos de conductores poco confiables aquí. Yo usaría los cables pero con señales de frecuencia modulada. De esta manera, existe la posibilidad de que la capacitancia de la suciedad mantenga su impedancia baja y la señalización continúe. Siendo esa la capa física, un esquema básico de maestro-esclavo cumplirá la misión. Como los circuitos transceptores son nodos paralelos en la línea, el vagón no funcional simplemente servirá como parte de la línea.

Para el sistema de frenos, también habría un mecanismo de respaldo, que podría llamarse "frenado fuera de control", tal vez, lo inventé :) Si el vagón tiene un sensor de aceleración, es fácil detectar una aceleración negativa y decidir activar los frenos, pues lo que implica el embalamiento, debe ser suficiente frenar la locomotora principal para el embalamiento del frenado. Tal vez el vagón prefiera usar este modo como respaldo cuando decida no confiar en la comunicación eléctrica.

¿Es probable que esto realmente funcione?

No. Ha sugerido un receptor pasivo en un extremo del automóvil 'muerto' y un transmisor pasivo en el otro extremo del automóvil 'muerto'. Entonces, el receptor pasivo no solo necesita recibir información de baja velocidad de datos, sino que necesita recibir suficiente energía eléctrica para lograr la transmisión en el otro extremo del automóvil.

Es posible colocar un transmisor de muy alta potencia en cada transmisor y un receptor muy sensible en cada receptor, acoplados por su sistema pasivo de automóvil muerto: los sistemas satelitales tienen ese tipo de tecnología. Pero no solo funciona, y no puede funcionar simplemente abriendo y volviendo a cablear un enchufe de ethernet.

Magnetismo de red: obtención de información a través de un vagón "muerto" en un túnel
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