專利名稱：一種基于數(shù)字信號處理平臺的感應無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[本實用新型涉及ー種基于數(shù)字信號處理平臺的感應無線通信系統(tǒng)，尤指ー種用于焦爐自動控制系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)中移動機車與中央控制室的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于TI (德州儀器)公司提供的DSP (數(shù)字信號處理器)平臺TMS320F28335上開發(fā)的感應無線通信裝置，包括地面通信裝置和車上通信裝置。
背景技術(shù)：
I.感應無線通信技術(shù)簡介感應無線技術(shù)是為了適應移動機車自動化在20世紀80年代初在世界上(主要是日本)發(fā)展起來的ー種エ業(yè)應用技術(shù)，具有很高的可靠性和抗干擾能力。其主要包括移動機 車位置檢測和機車與地面的通信。應用該技術(shù)的感應無線通信系統(tǒng)主要由通信裝置(I )、編碼電纜(2)、天線箱(3)等部分構(gòu)成，如圖I所示。通信裝置(I)完成將上位機發(fā)送來的數(shù)據(jù)調(diào)制后送給編碼電纜(2)或者天線箱(3)。編碼電纜(2)或者天線箱(3)再將載波信號以感應無線方式傳輸給對方，天線箱(3)或者編碼電纜(2)通過無線感應方式接收信號后送給通信裝置(I)進行解調(diào)恢復原來數(shù)據(jù)信息并將數(shù)據(jù)上傳給上位機。但目前該通信技術(shù)的實現(xiàn)方法基本是采用硬件電路完成信號的處理，且調(diào)制解調(diào)均為FSK模式，存在硬件電路設(shè)計復雜，信號環(huán)路過多引起電路性能的不穩(wěn)定以及抗干擾能力差、硬件調(diào)試、維護難度大等。另外還存在原有產(chǎn)品部分硬件芯片已經(jīng)停產(chǎn)，并且目前產(chǎn)品通信速率較低，或者隨著通信速率提高，誤碼率高等缺點。2. DSP技術(shù)簡介DSP技術(shù)是利用DSP (digital signal processor)芯片米用數(shù)字信號處理方法來完成信號處理，由于DSP芯片特有的結(jié)構(gòu)特點，諸如改進的哈佛結(jié)構(gòu)、硬件乘累加器、多總線技術(shù)、流水線技術(shù)、片上資源豐富，因此其非常適合于數(shù)字信號處理。因此DSP技術(shù)廣泛應用于通信行業(yè)、多媒體信息處理、高精度測控領(lǐng)域等。雖然DSP在通信領(lǐng)域得到廣泛利用，但由于行業(yè)特點，感應無線通信系統(tǒng)還沒有應用DSP技術(shù)解決方案的先例。
發(fā)明內(nèi)容為了克服背景技術(shù)通信裝置存在的缺點和不足之處，本實用新型的主要目的旨在提供一種可靠的，技術(shù)先進的基于DSP技術(shù)的感應無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提高通信速率與提高通信質(zhì)量。本實用新型要解決的技術(shù)問題是在發(fā)送端，要完成對待發(fā)送數(shù)據(jù)的調(diào)制，產(chǎn)生兩路正交的已調(diào)信號；在接收端，完成信號的無線感應接收，信號預處理，采集與數(shù)字解調(diào)，并完成與上位機的通信。本實用新型所采用的技術(shù)方案是，構(gòu)造一種由電源模塊、信號預處理部分、DSP處理器部分、CPLD處理器部分、通信接ロ単元和功率放大模塊組成的感應無線通信系統(tǒng)，其特點是所述的數(shù)字信號處理平臺處理器為DSP-TMS320F28335芯片和CPLD-EPM1270T144C5N芯片結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)的通信方式采用了 2DPSK數(shù)字基帶信號的調(diào)制與解調(diào)，其中DSP為核心處理器，完成算法軟件的運行，與CPLD協(xié)同實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字調(diào)制和軟件數(shù)字解調(diào)。本實用新型技術(shù)優(yōu)點I.本實用新型采用了現(xiàn)代數(shù)字信號處理平臺實現(xiàn)地面和移動機車的感應無線通信功能，通信速率高，在原來系統(tǒng)的通信速率為2400bps，誤碼率為10_6數(shù)量級的基礎(chǔ)上提升到4800bps，誤碼率低，達到10_7數(shù)量級，完成滿足現(xiàn)代移動機車自動化控制；由于核心功能主要采用軟件完成，簡化了硬件電路設(shè)計，可靠性高，抗干擾能力強，同時系統(tǒng)升級方便，另外，由于該系統(tǒng)具有豐富的外設(shè)接ロ，可以方便系統(tǒng)功能的擴展以及實現(xiàn)與PLC、エ控機等エ業(yè)自動化設(shè)備的接ロ與通信。2.采用了 2DPSK調(diào)制與解調(diào)方法。抗干擾能力較原來感應無線通信技術(shù)中所用的FSK方式要強，適應エ業(yè)測控現(xiàn)場環(huán)境惡劣情形，同時頻帶利用率比FSK方式要高，另外 DPSK方式適應高速通信的需要。3.采用了 CPLD和外部晶體完成158KHZ信號源產(chǎn)生，并在控制信號作用下產(chǎn)生79KHz載波信號，以及在DSP控制信號控制下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制，產(chǎn)生兩路正交的已調(diào)信號，可靠性較分離器件高，為今后系統(tǒng)升級預留資源，是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的新模式。4.該實用新型采用了先進的DSP技術(shù)和CPLD技術(shù)為感應無線通信系統(tǒng)開發(fā)提出了一種全新的解決方案，為以后エ業(yè)通信系統(tǒng)開發(fā)提供了借鑒。

圖I為感應無線通信系統(tǒng)示意圖。圖2為感應無線通信裝置地上裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖3為感應無線通信裝置車上裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖4為DSP處理器部分原理圖。圖5為CPLD處理器電路原理圖。圖6為CPLD經(jīng)過綜合后電路原理圖。圖7為電源模塊電路原理圖。圖8為信號預處理部分電路原理圖。圖9為功率放大部分電路原理圖。圖10為通信接ロ電路原理圖。圖11為系統(tǒng)軟件流程參考圖。圖12為D⑶信號確定軟件流程參考圖。圖13為同步位提取軟件流程參考圖。
具體實施方式
由圖I至13可知，本實用新型包括電源模塊、信號預處理部分、DSP處理器部分、CPLD處理器部分、通信接ロ単元和功率放大模塊部分，所述的數(shù)字信號處理平臺處理器為DSP-TMS320F28335芯片和CPLD-EPM1270T144C5N芯片結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)的通信方式采用了2DPSK數(shù)字基帶信號的調(diào)制與解調(diào)，其中DSP為核心處理器，完成算法軟件的運行，與CPLD協(xié)同實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字調(diào)制和軟件數(shù)字解調(diào)。[0028]本實用新型所述的系統(tǒng)采用了 2DPSK的調(diào)制與解調(diào)方式，數(shù)據(jù)調(diào)制部分主要由DSP和CPLD協(xié)同完成，CPLD內(nèi)部電路對外部晶體產(chǎn)生的22. 224MHz的信號經(jīng)過128分頻產(chǎn)生158KHz信號，此信號連接CPLD內(nèi)部2DPSK調(diào)制模塊作為時鐘信號；所述的信號預處理部分主要包括信號預處理 部分連接天線或者編碼電纜，對接收的兩路信號ANO、ANl進行預處理，主要包括兩路信號的隔離放大、兩路信號的求和、程控增益放大PGA、帶通濾波、限幅電路、電平搬移，其中IC8、IC12、IC13組成兩路信號電壓放大和求和電路；IC6、IC9以及CPU2構(gòu)成程控放大PGA電路；IClO、IClI、IC7組成帶通濾波、限幅和電平搬移電路；所述的通信接ロ部件為RS485電平轉(zhuǎn)換接ロ芯片MAX3483與TMS320F28335 DSP處理器的SCI接ロ連接，并連接PLC，用于將解調(diào)的數(shù)據(jù)輸出給PLC。所述的功率放大模塊連接CPLD-EPM1270T144C5N的兩路輸出和車上通信裝置的天線箱或者地面通信裝置的隔離變壓器，用于將兩路已調(diào)正交信號進行功率放大后送天線箱或者再經(jīng)過隔離變壓器放大后送編碼電纜，此部分電路主要有LM318和LM3886構(gòu)成。電源模塊主要產(chǎn)生DSP和CPLD內(nèi)核和其接ロ所需的3. 3V、1. 9V，另外對外部來的+15V和-15V電源進行去耦合后供給集成運放芯片。本實用新型的工作原理為地面中央控制室主控計算機首先將待發(fā)送數(shù)據(jù)送地面通信裝置，CPU2的5腳和11腳檢測到主控計算機的RTS信號的上升沿和數(shù)據(jù)起始位DO位的下降沿后，通過10腳產(chǎn)生同步調(diào)制控制脈沖(DATAl)給CPUl的2腳，CPUl內(nèi)部電路對20. 224MHz有源晶體產(chǎn)生的信號進行128分頻產(chǎn)生158KHz信號源，CPUl內(nèi)部調(diào)制電路對上位機送來的數(shù)據(jù)、158KHz信號源以及CPU2產(chǎn)生的同步調(diào)制控制脈沖(DATAl)信號進行處理，產(chǎn)生兩路已調(diào)正交方波脈沖信號通過144和138腳經(jīng)過電容Cl，C4隔離直流分量后輸出給功率放大電路，功率放大電路的輸出經(jīng)過R5和R14輸出給B1，B2的LOINET, LlINET端子，BI，B2再經(jīng)過LO+, LO-和LI+，LI-送編碼電纜；車上接收天線箱感應到編碼電纜信號后將感應信號送預處理電路的LOIN和LlIN端子，經(jīng)過電容C14和C23耦合到IC8，IC12構(gòu)成的放大電路放大后經(jīng)過電容C15, C24耦合送IC13進行求和放大并進行限幅處理，IC13的輸出經(jīng)過C18送IC6，IC9構(gòu)成的PGA處理，經(jīng)C25送IClO構(gòu)成的選頻濾波網(wǎng)絡以及D13，D14, D15, D16構(gòu)成的限幅電路處理后，經(jīng)過C26送ICll構(gòu)成的中心頻率為79KHz的帶通濾波器濾波，帶通濾波輸出經(jīng)過C27送IC7構(gòu)成的電平搬移電路處理成適合于CPU2的片上ADC輸入電壓范圍0_3VDC，再送CPU2的42腳。在軟件控制下CPU2完成對42腳輸入信號的采樣，數(shù)字帶通濾波，全波整流，低通濾波等處理，完成DCD確定，同步信號提取，解調(diào)出數(shù)據(jù)，并將解調(diào)出的結(jié)果經(jīng)過CPU2的62，63腳經(jīng)過ICTl的第1、4腳，將DSP傳來的信號轉(zhuǎn)換成485電平上傳給PLC。對于車上裝置發(fā)送數(shù)據(jù)地面接收數(shù)據(jù)情形基本和上述情形相反，不同的主要體現(xiàn)在發(fā)送部分功率放大電路的輸出通過L00UT，LlOUT直接送天線箱，接收部分是通過編碼電纜感應信號后經(jīng)過BI，B2隔離放大，通過隔離變壓器的L00NET，LIONET端子送預處理電路的LOIN，LlIN端子。其中DCD和同部位提取是整個算法軟件核心。請參考圖11和圖12所示。在軟件處理中，涉及多種軟件抗干擾措施，主要體現(xiàn)在以下幾個方面在調(diào)制吋，在檢測到RTS吋，設(shè)置了 GPIO ロ量化寄存器實現(xiàn)對輸入信號的噪聲抑制，另外還通過多次采樣對RTS進行進一步確認，避免了干擾的影響。另外，在DO起始位下降沿到來后，也采樣確認后進行相應處理，在軟件中對所有的采樣點首先完成帶通濾波，這些也提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。在確定和判決D⑶信號的有無時，對經(jīng)過帶通濾波，全波整流、低通濾波處理的結(jié)果的最后10個點的平均值以及它們分別和閾值進行比較，綜合比較結(jié)果確定是否存在DCD信號，提高了系統(tǒng)對瞬間強干擾信號的識別能力。發(fā)明的效能基于DSP處理技術(shù)的感應無線通信裝置，經(jīng)過實驗檢測通信速率已經(jīng)達到4800bps，誤碼率< 10_7，完全適應目前エ業(yè)機車與地面中央控制室的通信要求，產(chǎn)品中采用了先進的DSP技術(shù)以及多種措施提高系統(tǒng)可靠性，具備接ロ豐富，可擴展性強，系統(tǒng)升級方便等優(yōu)勢，為エ業(yè)感應無線通信裝置的設(shè)計提供了一種全新的解決方案，勢必會廣泛應用 于感應無線技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行的描述，并非對本實用新型構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計思想的前提下，本領(lǐng)域中エ程技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進，均應落入本實用新型的保護范圍，本實用新型請求保護的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1.一種基于數(shù)字信號處理平臺的感應無線通信系統(tǒng)，包括電源模塊、信號預處理部分、DSP處理器部分、CPLD處理器部分、通信接ロ単元和功率放大模塊部分，其特征在于所述的數(shù)字信號處理平臺處理器為DSP-TMS320F28335芯片和CPLD-EPM1270T144C5N芯片結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)的通信方式采用了 2DPSK數(shù)字基帶信號的調(diào)制與解調(diào)，其中 DSP為核心處理器，完成算法軟件的運行，與CPLD協(xié)同實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字調(diào)制和軟件數(shù)字解調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的感應無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)采用了2DPSK的調(diào)制與解調(diào)方式，數(shù)據(jù)調(diào)制部分主要由DSP和CPLD協(xié)同完成，CPLD內(nèi)部電路對外部晶體產(chǎn)生的22. 224MHz的信號經(jīng)過128分頻產(chǎn)生158KHz信號，此信號連接CPLD內(nèi)部2DPSK調(diào)制模塊作為時鐘信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的感應無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號預處理部分主要包括信號預處理部分連接天線或者編碼電纜，對接收的兩路信號ANO、ANl進行預處理，主要包括兩路信號的隔離放大、兩路信號的求和、程控增益放大PGA、帶通濾波、限幅電路、電平搬移，其中 運算放大器(IC8)、運算放大器(IC12)、運算放大器(IC13)組成兩路信號電壓放大和求和電路； 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(IC6)、運算放大器(IC9)以及數(shù)字信號處理芯片(CPU2)構(gòu)成程控放大PGA電路； 運算放大器(IClO)、帶通濾波器(ICll)、單電源運算放大器(IC7)組成帶通濾波、限幅和電平搬移電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的感應無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述的通信接ロ部件為RS485電平轉(zhuǎn)換接ロ芯片MAX3483與TMS320F28335 DSP處理器的SCI接ロ連接，并連接PLC,用于將解調(diào)的數(shù)據(jù)輸出給PLC。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的感應無線通信系統(tǒng)，其特征在于功率放大模塊連接CPLD-EPM1270T144C5N的兩路輸出和車上通信裝置的天線箱或者地面通信裝置的隔離變壓器，用于將兩路已調(diào)正交信號進行功率放大后送天線箱或者再經(jīng)過隔離變壓器放大后送編碼電纜。
專利摘要本實用新型涉及一種基于數(shù)字信號處理平臺的感應無線通信系統(tǒng)，它包括電源模塊、信號預處理部分、DSP處理器部分、CPLD處理器部分、通信接口單元和功率放大模塊部分，其特征在于所述的數(shù)字信號處理平臺處理器為DSP-TMS320F28335芯片和CPLD-EPM1270T144C5N芯片結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)的通信方式采用了2DPSK數(shù)字基帶信號的調(diào)制與解調(diào)，其中DSP為核心處理器，完成算法軟件的運行，與CPLD協(xié)同實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字調(diào)制和軟件數(shù)字解調(diào)，該實用新型采用了先進的DSP技術(shù)和CPLD技術(shù)為感應無線通信系統(tǒng)開發(fā)提出了一種全新的解決方案，為以后工業(yè)通信系統(tǒng)開發(fā)提供了借鑒。
文檔編號H04B1/00GK202495927SQ20122013694
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者彭毅, 楊宣兵, 毛曉華, 陳勇波, 陳進 申請人:岳陽千盟電子有限公司