摘要提出一种以扩频芯片STEL2000A为基础的900M扩频模块方案设计,包括一个RS485接口电路和含STEL2000A的扩频电路设计。该模块可用于机车数据无线传输,以提高机车数据传输的可靠性。
关键词RS485接口;扩频模块方案设计;STEL2000A
中图分类号TP274.2文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0022-01
目前我国机车无线数字通信应用较多的是450MHZ数传电台,实验表明该电台在隧道传输时会出现信号中断,在多辆机车共同行驶或存在多个无线信号的环境下,其抗同频干扰能力较弱,这些缺点都导致机车运行存在较大的安全隐患。扩频通信系统具有多址能力、保密、抗多径等功能,强抗干扰性能等许多优点,其应用领域也越来越广。研究表明选取900MHZ的无线电波能改善隧道中的信号中断问题,因此研究设计一个900MHZ的无线扩频数传模块,同时解决列车在数据传输方面遇到同频干扰和过隧道信号中断问题,具有较强的实用性。
1无线传输模块方案设计
无线传输模块硬件电路主要由接口电路、扩频电路和天线架设三部分组成。
1)接口电路方案设计。为了和其他设备兼容,同时实现扩频收发信号,给无线传输模块设置一个RS-485无线扩频收发接口。RS-485采用平衡传输方式、需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信,共模输出电压在-7V至+12V之间,逻辑“1”以两线间的电压差为+(2-6)V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-(2-6)V表示。其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mb/s。
接口框图如图1所示:
电压变换电路从标准RS485接口上取电以给无线扩频收发电路和电平转换电路使提供电源。在没有发送任务时,无线扩频收发电路处于接受状态,当数据设备通过串口通信时,先给出发送请求信号,调整收发电路使之处于发送状态,串口发出的数据经过电平转换电路转换成TTL电平,然后通过无线扩频收发电路经天线发射出去。远处来的数据通过天线接收传送至无线扩频收发电路,从输出口输出到电平转换电路转换成RS485电平进入数据设备。
2)扩频电路方案设计。无线扩频收发电路中选择芯片STEL2000,STEL-2000A是Stanford公司研制的一种直接序列扩频处理器。是一个可编程单片扩频收发集成电路,可以完成快速捕获的直接序列扩频系统所需要的各种信号处理。信号的调制可以采用BPSK、QPSK和∏/4QPSK差分编码方式,支持全双工和半双工的工作方式。该芯片功能很强且与CPU接口十分方便,工作方式灵活,可以实现结构简单、性能可靠的扩频通信系统。将该接口的频段设置在900MHZ,能很好地满足机车通信的要求。Stel2000A的特点主要有以下几点:①在将扩频数据的发射和接收集成在了一块芯片内,使发射和接收部分简化,便于时钟信号的同步和提取。②最高PN码速率高达11Mbps,最高速率高达2048MHZ。③两个独立的长达64位的PN码序列,可分别用于处理捕获前置码和数据。④支持频多分双工或时分双工通信。⑤可以选择产生使频谱白噪化的编码。STEL2000A内部框图如图2所示。
无线扩频收发电路框图如图3所示。
要发送的信息通过STEL-2000A的TXIN端进入扩频处理器,进行数据的加扩、调制,由TXIFOUT端输出到D/A进行数模转换,转换后的模拟信号通过带通滤波、宽和大、射频收发信器,最后送至天线发送。天线接收到的射频信号经过射频滤波器后,进入MAX2420的下变频器,然后进行放大得到中频信号。经采样、A/D变换后送至STEL-2000A由微处理器来控制,主要完成发送和接受状态的切换及STEL-2000A内部寄存器的设置。
2重要参数设计
考虑到芯片性能及模块要求,确定模块的主要参数如下:
1)工作方式为直接序列扩频,为方便与串口的通信,本模块的收发数据率选定为115200bps,而stel200A的最大数据速率为2.048Mbps,因此能够实现。
2)PN码选择。美国联邦通信委员会(FCC)规定在工业、科技和医疗判断上进行免许可证通信工作时处理增益不得低于10dB,即PN码长度至少应为10。本模块选择长度为11的PN码11100010010,扩频增益为11dB。
3)收发时钟选择。设置系统收发时钟为45.056MHz。
3总结
本文提出了一种采用扩频芯片STEL-2000A设计无线数传模块的设计方案。它在机车无线传输数据方面具有很好的参考意义及可行性。
参考文献
[1]朱近康.扩展频谱通信及其应用[M].北京:中国科学技术大学出版社,1993.
[2]杨世兴,李灏.通用RS-232接口无线数传模块.煤矿自动化,2001.
[3]马伟涛,基于STEL2000A的扩频电台研究与设计[D].南京理工大学,2003.