現(xiàn)代有軌電車車載通信收發(fā)模塊研究與設計

王瀏陽 沈陽渾南現(xiàn)代有軌電車運營有限公司

在傳統(tǒng)有軌電車基礎上，現(xiàn)代有軌電車這種新型交通工具得以出現(xiàn)，其本身具有建造周期短、工程造價低、占地面積小等優(yōu)點，對于城市交通的改善具有重要意義。現(xiàn)階段，我國已經(jīng)有30多座城市做出現(xiàn)代有軌電車規(guī)劃，具有良好的發(fā)展空間。

1 現(xiàn)代有軌電車車載通信收發(fā)硬件模塊設計

1.1 主控芯片

在主控芯片的選擇上，本文選擇AT90CAN128主控芯片作為硬件系統(tǒng)核心部分，這種芯片具有豐富的外設接口，具有JTAG接口，且存儲空間較大。其結(jié)構(gòu)為RISC結(jié)構(gòu)，在一個時鐘周期內(nèi)可以完成133條指令，且具有特殊處理器特點。在時鐘電路上，在設計中選擇了外部晶體振蕩器來產(chǎn)生時鐘源；在系統(tǒng)電源中，該系統(tǒng)供電電源是5V，電壓滿足2.7V～5.5V要求。

1.2 總線節(jié)點電路

在該系統(tǒng)中，現(xiàn)代有軌電車采用CAN總線方式，選擇CAN總線接口，CAN收發(fā)器、微控制器AVR單片機、外圍電路共同組成了車載通信手法模塊的CAN總線接口單元。在AT90CAN128主控芯片中，內(nèi)置了CAN控制器，可以讓電路板面積得到減少。利用高速光隔TLP113，可以隔離控制器與其他設備，讓CAN節(jié)點抗干擾能力得到增強。

1.3 調(diào)制解調(diào)芯片

在該系統(tǒng)中，調(diào)制解調(diào)芯片為意法半導體公司生產(chǎn)的ST7538電力線載波芯片。該芯片可編程載波頻率數(shù)量共有8個，可編程波特率達到4800bps，功率驅(qū)動接口在芯片內(nèi)部集成，可以提供電壓反饋控制方式與電流反饋將控制方式。利用串行接口，主控芯片可以和ST7538完成數(shù)據(jù)交換工作，利用RxTx與REG-DATA引腳電平，可以管理相關(guān)工作模式，其工作模式共有數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、讀控制寄存器與寫控制寄存器四種類型。通信方式為同步串行方式與異步串行方式。利用內(nèi)部控制寄存器Bit0、Bit1與Bit2控制位的修改可以選擇載波頻率。載波檢測模式為前導檢測模式和載波檢測模式。

1.4 載波通訊電路

調(diào)制解調(diào)芯片是單電源供電，為讓輸出功率最大化，本文中供電電壓是12V電源，在設計中，將B0512S-2W電源模塊進行添加，實現(xiàn)5V直流電到12V直流電的轉(zhuǎn)換，在驅(qū)動電路上，選擇了ST7538的自動增益單元，讓電壓反饋電路和電流反饋電路得以構(gòu)成，外接元器件，來對輸出電壓進行設定。在載波發(fā)送上，2FSK調(diào)制器和接口電源的打開具有自動性，該調(diào)制器可以依照相關(guān)頻率的設定，實現(xiàn)數(shù)字信號到載波信號的轉(zhuǎn)化；在載波接收上，利用隔離變壓器可以讓外部濾波電路得以送入，在此過程中，最后會送入2FSK解調(diào)器，讓解調(diào)信號可以傳輸給數(shù)字濾波器發(fā)送RxD引腳。

1.5 車載天線參數(shù)

利用串聯(lián)諧振電路，車載發(fā)送天線電路感應電流會得到增大，依照相關(guān)情況可以完成參數(shù)選擇工作，為保證接收天線線圈輸出端電壓，讓其磁通量得以增大，在參數(shù)選擇中，車載天線線圈尺寸是12×12cm，安裝間距是10cm，和132.5KHZ感應通信頻率對應，發(fā)送線圈是16匝。接收線圈為33匝，和472nF電容并聯(lián)，讓LC并聯(lián)諧振電路得以并聯(lián)，以讓選頻接收得以實現(xiàn)。

2 現(xiàn)代有軌電車車載通信收發(fā)軟件模塊設計

2.1 通信編碼

在通信編碼中，需要將地面命令信息幀需要應用在車載設備發(fā)送控制命令與地面數(shù)據(jù)上，利用地面環(huán)線系統(tǒng)，可以將其發(fā)送給車載通信設備；車載應答信息幀應用在地面?zhèn)鬏斦埱竺詈土谐鰯?shù)據(jù)上，利用車載通信設備，可以將其發(fā)送給地面環(huán)線系統(tǒng)；之后，需要設計填充幀結(jié)構(gòu)，在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，填充幀可以讓車地通信連續(xù)性得到保證。

2.2 容錯控制

在有軌電車通信過程中，因為多種因素的存在可能會讓差錯產(chǎn)生，對此，需要做好軟件容錯控制工作。對其因素進行分析，可以將其分為外部因素和內(nèi)部因素，前者主要為電磁干擾、環(huán)境噪聲，后者主要為信道噪音、脈沖干擾以及延遲失真。在該系統(tǒng)中，利用了二位奇偶監(jiān)督碼對錯誤進行檢查，以此來讓誤碼率得到降低。

2.3 具體實現(xiàn)

在主程序中，其車載通信手法模塊程序流程可以概括為:系統(tǒng)初始化→等待上位機命令→解析上位機命令→初始為發(fā)送模式→啟動載波發(fā)送→演示等待載波接收→檢測載波信號→啟動載波接收→載波接收完成→譯碼、數(shù)據(jù)處理→校驗數(shù)據(jù)正確性→數(shù)據(jù)接收完成→數(shù)據(jù)通信完成。如果在校驗數(shù)據(jù)準確性時有數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，那么需要啟動錯誤處理程序，如果數(shù)據(jù)沒有錯誤，那么可進行數(shù)據(jù)接收，完成數(shù)據(jù)通信。而在載波通信程序中，主要設置了同步串口通信、輸入端口、輸出端口，在初始化完成之后，配置內(nèi)部寄存器可以讓載波通信波特率的設置工作、通信頻率的設置工作得以完成，在數(shù)據(jù)發(fā)送時對載波發(fā)送程序進行啟動，然后可等待接收載波。經(jīng)過校驗，如果接收數(shù)據(jù)沒有錯誤，那么會對車輛總線接口發(fā)送程序予以調(diào)用，讓數(shù)據(jù)發(fā)送工作得以完成。

3 結(jié)論

綜上所述，在本文有軌電車通信收發(fā)系統(tǒng)中，利用AT90CAN128主控芯片，CAN總線接口、ST7538電力線載波芯片等裝置完成了通信收發(fā)系統(tǒng)硬件模塊設計工作，對通信編碼和容錯控制進行設計可完成通信收發(fā)系統(tǒng)軟件模塊設計，利用科學的程序可以讓該系統(tǒng)滿足有軌電車通信收發(fā)要求。

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