現代有軌電車車載通信收發模塊研究與設計

王瀏陽 沈陽渾南現代有軌電車運營有限公司

在傳統有軌電車基礎上，現代有軌電車這種新型交通工具得以出現，其本身具有建造周期短、工程造價低、占地面積小等優點，對于城市交通的改善具有重要意義。現階段，我國已經有30多座城市做出現代有軌電車規劃，具有良好的發展空間。

1 現代有軌電車車載通信收發硬件模塊設計

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。其結構為RISC結構，在一個時鐘周期內可以完成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生時鐘源；在系統電源中，該系統供電電源是5V，電壓滿足2.7V～5.5V要求。

1.2 總線節點電路

在該系統中，現代有軌電車采用CAN總線方式，選擇CAN總線接口，CAN收發器、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節點抗干擾能力得到增強。

1.3 調制解調芯片

在該系統中，調制解調芯片為意法半導體公司生產的ST7538電力線載波芯片。該芯片可編程載波頻率數量共有8個，可編程波特率達到4800bps，功率驅動接口在芯片內部集成，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完成數據交換工作，利用RxTx與REG-DATA引腳電平，可以管理相關工作模式，其工作模式共有數據發送、數據接收、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

調制解調芯片是單電源供電，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5V直流電到12V直流電的轉換，在驅動電路上，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成，外接元器件，來對輸出電壓進行設定。在載波發送上，2FSK調制器和接口電源的打開具有自動性，該調制器可以依照相關頻率的設定，實現數字信號到載波信號的轉化；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解調器，讓解調信號可以傳輸給數字濾波器發送RxD引腳。

1.5 車載天線參數

利用串聯諧振電路，車載發送天線電路感應電流會得到增大，依照相關情況可以完成參數選擇工作，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，發送線圈是16匝。接收線圈為33匝，和472nF電容并聯，讓LC并聯諧振電路得以并聯，以讓選頻接收得以實現。

2 現代有軌電車車載通信收發軟件模塊設計

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送控制命令與地面數據上，利用地面環線系統，可以將其發送給車載通信設備；車載應答信息幀應用在地面傳輸請求命令和列出數據上，利用車載通信設備，可以將其發送給地面環線系統；之后，需要設計填充幀結構，在沒有數據發送時，填充幀可以讓車地通信連續性得到保證。

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部因素，前者主要為電磁干擾、環境噪聲，后者主要為信道噪音、脈沖干擾以及延遲失真。在該系統中，利用了二位奇偶監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

在主程序中，其車載通信手法模塊程序流程可以概括為:系統初始化→等待上位機命令→解析上位機命令→初始為發送模式→啟動載波發送→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、數據處理→校驗數據正確性→數據接收完成→數據通信完成。如果在校驗數據準確性時有數據出現錯誤，那么需要啟動錯誤處理程序，如果數據沒有錯誤，那么可進行數據接收，完成數據通信。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，在數據發送時對載波發送程序進行啟動，然后可等待接收載波。經過校驗，如果接收數據沒有錯誤，那么會對車輛總線接口發送程序予以調用，讓數據發送工作得以完成。

3 結論

綜上所述，在本文有軌電車通信收發系統中，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系統硬件模塊設計工作，對通信編碼和容錯控制進行設計可完成通信收發系統軟件模塊設計，利用科學的程序可以讓該系統滿足有軌電車通信收發要求。

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