现代有轨电车车载通信收发模块研究与设计

王浏阳 沈阳浑南现代有轨电车运营有限公司

在传统有轨电车基础上，现代有轨电车这种新型交通工具得以出现，其本身具有建造周期短、工程造价低、占地面积小等优点，对于城市交通的改善具有重要意义。现阶段，我国已经有30多座城市做出现代有轨电车规划，具有良好的发展空间。

1 现代有轨电车车载通信收发硬件模块设计

1.1 主控芯片

在主控芯片的选择上，本文选择AT90CAN128主控芯片作为硬件系统核心部分，这种芯片具有丰富的外设接口，具有JTAG接口，且存储空间较大。其结构为RISC结构，在一个时钟周期内可以完成133条指令，且具有特殊处理器特点。在时钟电路上，在设计中选择了外部晶体振荡器来产生时钟源；在系统电源中，该系统供电电源是5V，电压满足2.7V～5.5V要求。

1.2 总线节点电路

在该系统中，现代有轨电车采用CAN总线方式，选择CAN总线接口，CAN收发器、微控制器AVR单片机、外围电路共同组成了车载通信手法模块的CAN总线接口单元。在AT90CAN128主控芯片中，内置了CAN控制器，可以让电路板面积得到减少。利用高速光隔TLP113，可以隔离控制器与其他设备，让CAN节点抗干扰能力得到增强。

1.3 调制解调芯片

在该系统中，调制解调芯片为意法半导体公司生产的ST7538电力线载波芯片。该芯片可编程载波频率数量共有8个，可编程波特率达到4800bps，功率驱动接口在芯片内部集成，可以提供电压反馈控制方式与电流反馈将控制方式。利用串行接口，主控芯片可以和ST7538完成数据交换工作，利用RxTx与REG-DATA引脚电平，可以管理相关工作模式，其工作模式共有数据发送、数据接收、读控制寄存器与写控制寄存器四种类型。通信方式为同步串行方式与异步串行方式。利用内部控制寄存器Bit0、Bit1与Bit2控制位的修改可以选择载波频率。载波检测模式为前导检测模式和载波检测模式。

1.4 载波通讯电路

调制解调芯片是单电源供电，为让输出功率最大化，本文中供电电压是12V电源，在设计中，将B0512S-2W电源模块进行添加，实现5V直流电到12V直流电的转换，在驱动电路上，选择了ST7538的自动增益单元，让电压反馈电路和电流反馈电路得以构成，外接元器件，来对输出电压进行设定。在载波发送上，2FSK调制器和接口电源的打开具有自动性，该调制器可以依照相关频率的设定，实现数字信号到载波信号的转化；在载波接收上，利用隔离变压器可以让外部滤波电路得以送入，在此过程中，最后会送入2FSK解调器，让解调信号可以传输给数字滤波器发送RxD引脚。

1.5 车载天线参数

利用串联谐振电路，车载发送天线电路感应电流会得到增大，依照相关情况可以完成参数选择工作，为保证接收天线线圈输出端电压，让其磁通量得以增大，在参数选择中，车载天线线圈尺寸是12×12cm，安装间距是10cm，和132.5KHZ感应通信频率对应，发送线圈是16匝。接收线圈为33匝，和472nF电容并联，让LC并联谐振电路得以并联，以让选频接收得以实现。

2 现代有轨电车车载通信收发软件模块设计

2.1 通信编码

在通信编码中，需要将地面命令信息帧需要应用在车载设备发送控制命令与地面数据上，利用地面环线系统，可以将其发送给车载通信设备；车载应答信息帧应用在地面传输请求命令和列出数据上，利用车载通信设备，可以将其发送给地面环线系统；之后，需要设计填充帧结构，在没有数据发送时，填充帧可以让车地通信连续性得到保证。

2.2 容错控制

在有轨电车通信过程中，因为多种因素的存在可能会让差错产生，对此，需要做好软件容错控制工作。对其因素进行分析，可以将其分为外部因素和内部因素，前者主要为电磁干扰、环境噪声，后者主要为信道噪音、脉冲干扰以及延迟失真。在该系统中，利用了二位奇偶监督码对错误进行检查，以此来让误码率得到降低。

2.3 具体实现

在主程序中，其车载通信手法模块程序流程可以概括为:系统初始化→等待上位机命令→解析上位机命令→初始为发送模式→启动载波发送→演示等待载波接收→检测载波信号→启动载波接收→载波接收完成→译码、数据处理→校验数据正确性→数据接收完成→数据通信完成。如果在校验数据准确性时有数据出现错误，那么需要启动错误处理程序，如果数据没有错误，那么可进行数据接收，完成数据通信。而在载波通信程序中，主要设置了同步串口通信、输入端口、输出端口，在初始化完成之后，配置内部寄存器可以让载波通信波特率的设置工作、通信频率的设置工作得以完成，在数据发送时对载波发送程序进行启动，然后可等待接收载波。经过校验，如果接收数据没有错误，那么会对车辆总线接口发送程序予以调用，让数据发送工作得以完成。

3 结论

综上所述，在本文有轨电车通信收发系统中，利用AT90CAN128主控芯片，CAN总线接口、ST7538电力线载波芯片等装置完成了通信收发系统硬件模块设计工作，对通信编码和容错控制进行设计可完成通信收发系统软件模块设计，利用科学的程序可以让该系统满足有轨电车通信收发要求。

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