窄帶無線電臺數據通信應用論文范文

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1數據通信適配器基本工作原理

(1)數據通信適配器主要構成數據通信適配器，主要由通信接口單元、通信控制單元、微處理器單元(數據轉換、編碼解碼、加密糾錯等)、數據存儲單元、調制解調單元、電平轉換單元、電源管理單元等構成，如圖1所示。通信接口單元，主要用于數據分配、交換、控制及傳輸通道、傳輸速率和傳輸規程等。通信控制單元，主要用于對數據信息傳輸進行收發狀態控制和串/并狀態轉換等。數據存儲單元，主要用于對數據信息傳輸過程的緩沖存儲和等待處理等。微處理器(單片機)單元，主要完成信息傳輸中的數據轉換、編碼解碼、加密糾錯及時鐘控制等。調制解調單元，主要完成對傳輸的數據信息進行輸出調制和輸入解調的相關變換等。電平轉換單元，主要完成數據通信適配器與電臺及計算機之間的電平匹配等。電源管理單元，主要提供給數據通信適配器各單元所需要穩定可靠的工作電壓等。(2)窄帶無線數據通信系統主要組成窄帶無線數據通信系統，主要由計算機(信息終端)、數據通信適配器、窄帶無線電臺(通信終端)等組成，如圖2所示。窄帶無線數據通信適配器主要完成窄帶無線電臺(通信終端)的模擬信道與計算機(信息終端)之間的信息轉換控制和交換處理功能，實現在窄帶無線電臺(模擬信道)系統之間的點對點和點對多點的數據通信。窄帶無線數據通信適配器主要完成窄帶無線電臺(通信終端)的模擬信道與計算機(信息終端)之間的信息轉換控制和交換處理功能，實現在窄帶無線電臺(模擬信道)系統之間的點對點和點對多點的數據通信。(3)數據通信適配器基本工作原理數據通信適配器主要通過配置特殊存儲器及控制指令，可使系統在串口同步通信方式下工作，其數據信息的發送過程是以高速輸入(從計算機輸出)以中低速輸出(輸入于電臺)，而數據信息的接收過程以中低速輸入(電臺接收)而以高速輸出(送入計算機)。用微處理器的P1口控制收發轉換電路，使適配器工作在不同的模式，其收發功耗極低。當工作在發送方式時，對相應的接口進行控制，并在驅動程序的作用下，發送時CPU請求發送數據，發送地址和有效載荷數據送給轉換電路，電臺轉發，將要發送的信息經過輸出端口發射出去;接收時，電臺處于收信，通過輸入端口進來的信息經接口控制，則接收地址和有效載荷數據送入轉換電路，此時，接收信息經過轉換處理后，傳輸到輸入串口送給計算。微處理器具有通用的串行通信接口，它允許多位串行數據流以預設的速率及外部時鐘確定的速率有序的移入與移出。數據通信適配器主要采用的是微處理器與計算機及無線電臺之間的數據處理傳輸和收發轉換控制等基本原理，其兩端的速率分別與串口傳輸速率和無線信道傳輸速率相同，并分別由UART0、UARTl控制信息的接收與發送。窄帶無線數據通信系統工作時，首先在通信控制程序或應用軟件的作用下，把計算機輸出的信息經過發送控制后傳輸到數據存儲器，再送入微處理器(單片機)，并進行相應的數模轉換和編碼加密處理，然后通過相關電路和軟件的控制及通信設置，按照規定的傳輸速率，以合適的匹配電平經輸出電路控制傳送給無線電臺。接收信息時，把經過輸入電路所接收的模擬信息傳輸給微處理器(單片機)，經過信息的模數轉換及解碼識別和糾錯處理后，再將數據信息經單片機的輸出端口傳送到計算機。

2數據通信適配器主要設計方案

(1)接口通信電路以微處理器(單片機)為核心的數據通信適配器能夠提供透明的數據接口，適應任何標準或非標準的用戶通信協議。串行通信只需較少的端口就可以實現微處理器與計算機及無線通信電臺之間的通信。通信中的信息發送可以通過串行通信方式與計算機的串口相接。計算機串行接口采用的是RS232標準的電平和邏輯關系，而微處理器(單片機)采用的是TTL電平和邏輯關系。由于RS232和TTL各自規定了自己的電氣標準，互不兼容，因此，RS232與TTL電路接口時需要進行電平轉換，系統采用MAX323系列驅動芯片，該芯片是一款低功耗寬電壓供電的通信芯片，可以完成TTL電平與RS232電平之間的轉換及串口通信控制。通過計算機與單片機內部提供的串口通信模塊，配合接口電路軟件驅動和電平轉換芯片的設計，即可實現串口通信及數據信息傳輸的發收控制。同時設計數據發送與接收的狀態指示燈，以指示串口和微處理器之間的數據傳輸情況。(2)通信協議規程數據通信適配器中的微處理器(單片機)提供兩個串口和兩種接口方式，COM1接口用于微處理器與計算機之間的通信。計算機使用標準RS232串口與數據通信適配器相連接，采用雙工通信方式，按照標準通信協議，串口數據傳輸速度為57600bpts，每幀格式為1位起始位，8位數據位，1位停止位，在通信控制程序的驅動下，計算機向模塊發送數據設為發送狀態，其余時隙則自動設置為接收狀態。COM2接口定義為RS232接口，用于微處理器(數據適配器)輸出輸入端口的通信，傳輸速率(信道速率)為2400bpts～9600bpts(根據窄帶無線電臺的帶寬確定)，主要通過軟件編程進行設置。在通信應用軟件和數據存儲器的作用控制下，可對較大容量的數據信息通過分段打包和斷續發送與接收的方式進行傳輸。(3)數據轉換電路在數據通信過程中，數據通信適配器必須對傳輸信息進行相應的數模(D/A)和模數(A/D)轉換后才能正常使用。數據的轉換處理，主要使用微處理器內部自帶的SD16位的數模和模數轉換器模塊，并通過軟件編程來實現16位數模和模數轉換處理功能，其數模和模數轉換模塊主要實現波形與數據的轉換，Timer對時鐘進行分頻，從而提高時鐘頻率，使數模及模數轉換時能有更快的采樣率或轉換速度，以保持轉換的精度，實現更高頻率的波形產生。在外部使用可編程控制的放大器對波形進行調整，利用濾波器對波形進行優化，以滿足更好的精度和波形要求。(4)數據存儲電路數據通信適配器主要利用微處理器內部FLASH存儲器，存放Bootloader、模塊驅動程序和應用程序。為了確保系統能夠傳輸較大容量的信息，并防止系統數據傳輸通信中斷，信息無法發送出去而造成數據丟失，在設計中采用了IS62LV系列數據存儲器。數據存儲器具有較大的容量(系統設計容量為64kbit)和較低的功耗、高可靠性及高速率的數據存取功能。在發送信息時將計算機送來的信號首先經過輸入緩存，經過輸入緩存后對信號進行放大，然后再經微處理器內部SD16進行數模轉換后把數據存入專用數據存儲器，在接收信息時將無線電臺送來的信息送入SD16進行模數轉換和緩存，然后再將轉換后的數據存入專用數據存儲器。(5)調制解調電路在窄帶無線信道上，存在有較為嚴重的各種電磁干擾，在數據通信時，如果采用PSK，ASK調制方式，將會導致數據傳輸過程中的誤碼率增大、可靠性降低。因此，在系統方案設計中，選用了CMX469系列芯片完成信息傳輸過程中的調制與解調功能，并利用了微處理器自有抗干擾能力強的GFSK調制方式，GFSK是高斯頻移鍵控方式，它能有效地克服窄帶無線數據通信過程中，由于存在各種干擾所造成的誤碼，同時，為有效提高數據傳輸速率，選取了對調制方式更加有利的同步通信方式，這與異步傳輸方式相比，其窄帶無線通信的數據傳輸速率提高了20%左右。(6)電源管理電路電源是數據通信適配器單元集成的重要部分之一。設計中，為了減少體積，增加使用的方便性，在不影響數據通信適配器整體使用的情況下，一是采用了計算機主板上的USB或其內部其它相應的±5V電源供電;二是采用了電臺內部相應的±5V電源供電，運用電源管理的方法對電源進行分配，主要使用AMS1117系列電源開關作電源控制，在整個電路中通過整流變換、濾波穩壓等方式，將提供的±5V電源轉換成電路中所需要穩定可靠的±3V電源等，并通過微處理器(單片機)的數字信號控制電源的使用，充分提高了電源的利用率，有效降低了數據通信適配器的功耗。

3數據通信適配器主要軟件設計

數據通信適配器所采用的微處理器(單片機)的內核CPU結構是按照精簡指令集和高透明指令的宗旨來設計的，使用C語言編程與標準的C語言編程有著較高的兼容性，且在軟件設計過程中用選擇模塊化方法，確保程序結構化的一目了然，因此，軟件編程用C語言，其程序設計提高了開發調試效率，編寫的串口通信控制軟件穩定可靠、可移植性好，并為系統的擴展運用提供了重要作用。在軟件模塊設計中，主要有數據處理轉換、編碼加密、解碼糾錯及發送接收等模塊程序，當系統在工作狀態下，對程序實行初始化處理，然后通過指令控制可進行發送，當完成這一程序后，自動進入接收模式。如果在此過程中發生了中斷事件，則可自動判斷中斷源位置，并連接相關的中斷服務，處理完中斷控制后，再進入收發過程控制。初始化程序主要用于中斷有關服務程序的入口和出口，并對微處理器(單片機)及收發控制等進行設置，其流程如圖3所示。中斷控制程序，主要對整個系統進行初始化，以便于系統正常地進行工作。在中斷中，將得到的數據存入數據緩沖區，并設置標識，同時將發送指針或接收指針向后移動，主程序中會進行數據的相關處理，等待中斷結束，重新請求執行程序，其流程如圖4所示。收發程序主要用于進行數據的轉換、控制和編碼解碼。發送程序將建立的數據包通過微處理器(單片機)串口2接收送至輸出端口;接收程序主要完成電臺所接收的信息，經過微處理器(單片機)串口將接收的模擬信息進行處理和存儲，然后將數據信息通過串口1給計算機，其流程如圖5所示。

4主要抗干擾技術設計

為了有效地降低系統在數據傳輸過程中的誤碼率，提高其抗電磁干擾能力，在設計過程中，一是采用了高斯頻移鍵控(GFSK)調制方式和曼徹斯特編碼/解碼及其糾錯編解碼技術，使用內置完整的通信協議和CRC校驗電路;二是軟件設計使用了高效的循環交織糾檢錯編碼和編碼加密的方法，并對于超過糾錯范圍的差錯，可采用檢錯重發，以及采用多次發送的選擇法等技術手段。能夠對數據傳輸過程中，由于隨機干擾造成的隨機錯誤和突發干擾造成的突發性錯誤進行有效的糾錯，能夠自動濾除信息傳輸過程中，由于空間電磁波干擾及相關因素導致在所產生的錯誤數據和及虛假信息，其抗突發干擾和靈敏度有較大的改善，具有較強的抗干擾能力和低誤碼率，系統特別適合長期工作和在較為惡劣環境下使用的要求。

5結束語

本文利用微處理器的特點，充分挖掘所具有的功能及相關軟、硬件資源，使設計的數據通信適配器能夠實現數據信息的轉換處理及收發控制，而且其具有體積小、構成簡單、功耗較低、集成化程度高、接口靈活及開發周期短、性價比高、易于實現等特點，并有一定的擴展性和移植性，應用于窄帶無線電臺模擬信道的數據通信，其系統傳輸速率高、工作穩定可靠、電磁兼容性好、誤碼率低，具有較強的抗干擾能力，能夠滿足于野外環境條件下的軍用及工業作業等實際應用的需要。

作者：黨朝發畢學軍金麗亞肖慶鐘海波單位：裝甲兵工程學院信息工程系