窄带无线电台数据通信应用论文范文
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1数据通信适配器基本工作原理
(1)数据通信适配器主要构成数据通信适配器，主要由通信接口单元、通信控制单元、微处理器单元(数据转换、编码解码、加密纠错等)、数据存储单元、调制解调单元、电平转换单元、电源管理单元等构成，如图1所示。通信接口单元，主要用于数据分配、交换、控制及传输通道、传输速率和传输规程等。通信控制单元，主要用于对数据信息传输进行收发状态控制和串/并状态转换等。数据存储单元，主要用于对数据信息传输过程的缓冲存储和等待处理等。微处理器(单片机)单元，主要完成信息传输中的数据转换、编码解码、加密纠错及时钟控制等。调制解调单元，主要完成对传输的数据信息进行输出调制和输入解调的相关变换等。电平转换单元，主要完成数据通信适配器与电台及计算机之间的电平匹配等。电源管理单元，主要提供给数据通信适配器各单元所需要稳定可靠的工作电压等。(2)窄带无线数据通信系统主要组成窄带无线数据通信系统，主要由计算机(信息终端)、数据通信适配器、窄带无线电台(通信终端)等组成，如图2所示。窄带无线数据通信适配器主要完成窄带无线电台(通信终端)的模拟信道与计算机(信息终端)之间的信息转换控制和交换处理功能，实现在窄带无线电台(模拟信道)系统之间的点对点和点对多点的数据通信。窄带无线数据通信适配器主要完成窄带无线电台(通信终端)的模拟信道与计算机(信息终端)之间的信息转换控制和交换处理功能，实现在窄带无线电台(模拟信道)系统之间的点对点和点对多点的数据通信。(3)数据通信适配器基本工作原理数据通信适配器主要通过配置特殊存储器及控制指令，可使系统在串口同步通信方式下工作，其数据信息的发送过程是以高速输入(从计算机输出)以中低速输出(输入于电台)，而数据信息的接收过程以中低速输入(电台接收)而以高速输出(送入计算机)。用微处理器的P1口控制收发转换电路，使适配器工作在不同的模式，其收发功耗极低。当工作在发送方式时，对相应的接口进行控制，并在驱动程序的作用下，发送时CPU请求发送数据，发送地址和有效载荷数据送给转换电路，电台转发，将要发送的信息经过输出端口发射出去;接收时，电台处于收信，通过输入端口进来的信息经接口控制，则接收地址和有效载荷数据送入转换电路，此时，接收信息经过转换处理后，传输到输入串口送给计算。微处理器具有通用的串行通信接口，它允许多位串行数据流以预设的速率及外部时钟确定的速率有序的移入与移出。数据通信适配器主要采用的是微处理器与计算机及无线电台之间的数据处理传输和收发转换控制等基本原理，其两端的速率分别与串口传输速率和无线信道传输速率相同，并分别由UART0、UARTl控制信息的接收与发送。窄带无线数据通信系统工作时，首先在通信控制程序或应用软件的作用下，把计算机输出的信息经过发送控制后传输到数据存储器，再送入微处理器(单片机)，并进行相应的数模转换和编码加密处理，然后通过相关电路和软件的控制及通信设置，按照规定的传输速率，以合适的匹配电平经输出电路控制传送给无线电台。接收信息时，把经过输入电路所接收的模拟信息传输给微处理器(单片机)，经过信息的模数转换及解码识别和纠错处理后，再将数据信息经单片机的输出端口传送到计算机。
2数据通信适配器主要设计方案
(1)接口通信电路以微处理器(单片机)为核心的数据通信适配器能够提供透明的数据接口，适应任何标准或非标准的用户通信协议。串行通信只需较少的端口就可以实现微处理器与计算机及无线通信电台之间的通信。通信中的信息发送可以通过串行通信方式与计算机的串口相接。计算机串行接口采用的是RS232标准的电平和逻辑关系，而微处理器(单片机)采用的是TTL电平和逻辑关系。由于RS232和TTL各自规定了自己的电气标准，互不兼容，因此，RS232与TTL电路接口时需要进行电平转换，系统采用MAX323系列驱动芯片，该芯片是一款低功耗宽电压供电的通信芯片，可以完成TTL电平与RS232电平之间的转换及串口通信控制。通过计算机与单片机内部提供的串口通信模块，配合接口电路软件驱动和电平转换芯片的设计，即可实现串口通信及数据信息传输的发收控制。同时设计数据发送与接收的状态指示灯，以指示串口和微处理器之间的数据传输情况。(2)通信协议规程数据通信适配器中的微处理器(单片机)提供两个串口和两种接口方式，COM1接口用于微处理器与计算机之间的通信。计算机使用标准RS232串口与数据通信适配器相连接，采用双工通信方式，按照标准通信协议，串口数据传输速度为57600bpts，每帧格式为1位起始位，8位数据位，1位停止位，在通信控制程序的驱动下，计算机向模块发送数据设为发送状态，其余时隙则自动设置为接收状态。COM2接口定义为RS232接口，用于微处理器(数据适配器)输出输入端口的通信，传输速率(信道速率)为2400bpts～9600bpts(根据窄带无线电台的带宽确定)，主要通过软件编程进行设置。在通信应用软件和数据存储器的作用控制下，可对较大容量的数据信息通过分段打包和断续发送与接收的方式进行传输。(3)数据转换电路在数据通信过程中，数据通信适配器必须对传输信息进行相应的数模(D/A)和模数(A/D)转换后才能正常使用。数据的转换处理，主要使用微处理器内部自带的SD16位的数模和模数转换器模块，并通过软件编程来实现16位数模和模数转换处理功能，其数模和模数转换模块主要实现波形与数据的转换，Timer对时钟进行分频，从而提高时钟频率，使数模及模数转换时能有更快的采样率或转换速度，以保持转换的精度，实现更高频率的波形产生。在外部使用可编程控制的放大器对波形进行调整，利用滤波器对波形进行优化，以满足更好的精度和波形要求。(4)数据存储电路数据通信适配器主要利用微处理器内部FLASH存储器，存放Bootloader、模块驱动程序和应用程序。为了确保系统能够传输较大容量的信息，并防止系统数据传输通信中断，信息无法发送出去而造成数据丢失，在设计中采用了IS62LV系列数据存储器。数据存储器具有较大的容量(系统设计容量为64kbit)和较低的功耗、高可靠性及高速率的数据存取功能。在发送信息时将计算机送来的信号首先经过输入缓存，经过输入缓存后对信号进行放大，然后再经微处理器内部SD16进行数模转换后把数据存入专用数据存储器，在接收信息时将无线电台送来的信息送入SD16进行模数转换和缓存，然后再将转换后的数据存入专用数据存储器。(5)调制解调电路在窄带无线信道上，存在有较为严重的各种电磁干扰，在数据通信时，如果采用PSK，ASK调制方式，将会导致数据传输过程中的误码率增大、可靠性降低。因此，在系统方案设计中，选用了CMX469系列芯片完成信息传输过程中的调制与解调功能，并利用了微处理器自有抗干扰能力强的GFSK调制方式，GFSK是高斯频移键控方式，它能有效地克服窄带无线数据通信过程中，由于存在各种干扰所造成的误码，同时，为有效提高数据传输速率，选取了对调制方式更加有利的同步通信方式，这与异步传输方式相比，其窄带无线通信的数据传输速率提高了20%左右。(6)电源管理电路电源是数据通信适配器单元集成的重要部分之一。设计中，为了减少体积，增加使用的方便性，在不影响数据通信适配器整体使用的情况下，一是采用了计算机主板上的USB或其内部其它相应的±5V电源供电;二是采用了电台内部相应的±5V电源供电，运用电源管理的方法对电源进行分配，主要使用AMS1117系列电源开关作电源控制，在整个电路中通过整流变换、滤波稳压等方式，将提供的±5V电源转换成电路中所需要稳定可靠的±3V电源等，并通过微处理器(单片机)的数字信号控制电源的使用，充分提高了电源的利用率，有效降低了数据通信适配器的功耗。
3数据通信适配器主要软件设计
数据通信适配器所采用的微处理器(单片机)的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明指令的宗旨来设计的，使用C语言编程与标准的C语言编程有着较高的兼容性，且在软件设计过程中用选择模块化方法，确保程序结构化的一目了然，因此，软件编程用C语言，其程序设计提高了开发调试效率，编写的串口通信控制软件稳定可靠、可移植性好，并为系统的扩展运用提供了重要作用。在软件模块设计中，主要有数据处理转换、编码加密、解码纠错及发送接收等模块程序，当系统在工作状态下，对程序实行初始化处理，然后通过指令控制可进行发送，当完成这一程序后，自动进入接收模式。如果在此过程中发生了中断事件，则可自动判断中断源位置，并连接相关的中断服务，处理完中断控制后，再进入收发过程控制。初始化程序主要用于中断有关服务程序的入口和出口，并对微处理器(单片机)及收发控制等进行设置，其流程如图3所示。中断控制程序，主要对整个系统进行初始化，以便于系统正常地进行工作。在中断中，将得到的数据存入数据缓冲区，并设置标识，同时将发送指针或接收指针向后移动，主程序中会进行数据的相关处理，等待中断结束，重新请求执行程序，其流程如图4所示。收发程序主要用于进行数据的转换、控制和编码解码。发送程序将建立的数据包通过微处理器(单片机)串口2接收送至输出端口;接收程序主要完成电台所接收的信息，经过微处理器(单片机)串口将接收的模拟信息进行处理和存储，然后将数据信息通过串口1给计算机，其流程如图5所示。
4主要抗干扰技术设计
为了有效地降低系统在数据传输过程中的误码率，提高其抗电磁干扰能力，在设计过程中，一是采用了高斯频移键控(GFSK)调制方式和曼彻斯特编码/解码及其纠错编解码技术，使用内置完整的通信协议和CRC校验电路;二是软件设计使用了高效的循环交织纠检错编码和编码加密的方法，并对于超过纠错范围的差错，可采用检错重发，以及采用多次发送的选择法等技术手段。能够对数据传输过程中，由于随机干扰造成的随机错误和突发干扰造成的突发性错误进行有效的纠错，能够自动滤除信息传输过程中，由于空间电磁波干扰及相关因素导致在所产生的错误数据和及虚假信息，其抗突发干扰和灵敏度有较大的改善，具有较强的抗干扰能力和低误码率，系统特别适合长期工作和在较为恶劣环境下使用的要求。
5结束语
本文利用微处理器的特点，充分挖掘所具有的功能及相关软、硬件资源，使设计的数据通信适配器能够实现数据信息的转换处理及收发控制，而且其具有体积小、构成简单、功耗较低、集成化程度高、接口灵活及开发周期短、性价比高、易于实现等特点，并有一定的扩展性和移植性，应用于窄带无线电台模拟信道的数据通信，其系统传输速率高、工作稳定可靠、电磁兼容性好、误码率低，具有较强的抗干扰能力，能够满足于野外环境条件下的军用及工业作业等实际应用的需要。
作者：党朝发毕学军金丽亚肖庆钟海波单位：装甲兵工程学院信息工程系