摘? 要: 提出了由直擴(kuò)MODEM,、GPS,、通信控制器" title="通信控制器">通信控制器和DTE終端組成的網(wǎng)型無(wú)線通信系統(tǒng)工作原理、組成及實(shí)現(xiàn)方法,給出了系統(tǒng)的硬件框圖和軟件流程圖,并介紹了它的一種典型應(yīng)用。?

　　關(guān)鍵詞: GPS接收機(jī)? 直擴(kuò)MODEM? 網(wǎng)型? 通信系統(tǒng)?

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??? GPS(全球定位系統(tǒng))是美國(guó)國(guó)防部為軍事目的而建立的,實(shí)現(xiàn)陸?？盏膶?dǎo)航和定位,可以提供兩種服務(wù),其一為精密定位服務(wù)(PPS),使用P碼;其二為標(biāo)準(zhǔn)定位(SPS),使用C/A碼。同時(shí),GPS還可以提供精確的秒脈沖信號(hào),結(jié)合GPS數(shù)據(jù)中的時(shí)間信息,實(shí)現(xiàn)所需的系統(tǒng)時(shí)隙" title="時(shí)隙">時(shí)隙同步,。?

　　本文提出的系統(tǒng)正是根據(jù)GPS的這一特性,利用直擴(kuò)MODEM和通信控制器,為DTE終端提供無(wú)線數(shù)據(jù)通信功能,。系統(tǒng)為每個(gè)工作站設(shè)置不同的工作時(shí)隙,在GPS定時(shí)信息的協(xié)調(diào)下,完成系統(tǒng)內(nèi)各工作站之間數(shù)據(jù)的收/發(fā)。該系統(tǒng)作為網(wǎng)型無(wú)線系統(tǒng),可廣泛應(yīng)用于軍事,、交通,、商業(yè)等領(lǐng)域。?

1 系統(tǒng)組成及工作原理?

??? 系統(tǒng)由若干工作站組成,。根據(jù)工作站的多少,劃分周期的長(zhǎng)短;在一個(gè)周期內(nèi),又分為若干個(gè)時(shí)隙,每個(gè)工作站分配一個(gè)發(fā)送時(shí)隙,。在本系統(tǒng)中,周期為1s,每個(gè)時(shí)隙50ms,每個(gè)工作站利用GPS秒脈沖和數(shù)據(jù)信息,根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的發(fā)送時(shí)隙完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。當(dāng)一個(gè)工作站發(fā)送時(shí),其余工作站都處于接收狀態(tài),系統(tǒng)組成如圖1所示,。?

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　　每個(gè)工作站包括:直擴(kuò)MODEM,、通信控制器、GPS接收機(jī)和DTE終端,。直擴(kuò)MODEM采用半雙工" title="半雙工">半雙工方式工作,通信控制器控制它的收/發(fā)轉(zhuǎn)換,最高工作速率可達(dá)76.8kbps,本系統(tǒng)采用9.6kbps,數(shù)據(jù)格式為1個(gè)起始位,、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位、無(wú)奇偶校驗(yàn)位,。通信控制器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制工作,它完成三方面的工作:其一是接收GPS的秒脈沖信號(hào)和GPS的時(shí)間信息,為系統(tǒng)提供時(shí)隙定時(shí);其二是與DTE終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;最后實(shí)現(xiàn)與直擴(kuò)MODEM的數(shù)據(jù)交換,。GPS接收機(jī)為通信控制器提供秒脈沖信號(hào)和GPS的時(shí)間信息。DTE終端形成欲發(fā)送的信息并接收通信控制器送來(lái)的其它工作站的信息,。無(wú)線直擴(kuò)MODEM為工作站的收發(fā)信機(jī),它的收發(fā)狀態(tài)由通信控制器管理,。工作站的組成框圖如圖2所示。

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　　本系統(tǒng)每個(gè)工作站發(fā)送一次的數(shù)據(jù)量為40字節(jié),MODEM速率9.6kbps,?？紤]到MODEM的收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間和每個(gè)時(shí)隙的保護(hù)時(shí)間,每個(gè)時(shí)隙大小定為50ms,定義一個(gè)周期為1s,系統(tǒng)容量為20個(gè)工作站。系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)工作站采用相同的PN碼,并且每個(gè)工作站預(yù)先設(shè)置一個(gè)發(fā)送時(shí)隙,。當(dāng)系統(tǒng)的工作時(shí)隙與工作站的預(yù)置時(shí)隙相同時(shí),該工作站處于發(fā)送狀態(tài);而在其它時(shí)隙,該工作站一直處于接收狀態(tài),接收其它工作站發(fā)來(lái)的信息,。?

2 工作站的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?

　　工作站由直擴(kuò)MODEM、通信控制器,、GPS接收機(jī)和DTE終端等四部分組成,圖3是其電路連接圖,。

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　　GPS接收機(jī)和DTE數(shù)據(jù)終端與通信控制器采用RS-232接口,通信控制器使用2片8251。其中,8251(I)將接收到的GPS信息送至MCU 89C51(I),89C51(I)通過(guò)自身串口將DTE終端的數(shù)據(jù)發(fā)往直擴(kuò)MODEM,8251(II)接收直擴(kuò)MODEM收到的其它工作站的數(shù)據(jù),并將其送往本工作站的DTE終端,。通信控制器中的工作時(shí)隙設(shè)置規(guī)定了該工作站的發(fā)送時(shí)隙,。兩片MAX238實(shí)現(xiàn)RS-232與TTL電平轉(zhuǎn)換,其中,秒脈沖為89C51(I)提供時(shí)隙定時(shí)中斷,在系統(tǒng)時(shí)間為該工作站發(fā)送時(shí)隙時(shí),89C51(I)產(chǎn)生中斷INT給89C51(II),89C51(II)輸出/PTT有效信號(hào),使射頻模塊" title="射頻模塊">射頻模塊完成收/發(fā)轉(zhuǎn)換。?

　　直擴(kuò)MODEM主要由擴(kuò)頻芯片W9310,、射頻模塊W9360,、MCU 89C51(II)和直擴(kuò)MODEM的參數(shù)預(yù)置等電路組成。該擴(kuò)頻芯片的碼長(zhǎng)32位,PN由MCU設(shè)定,可以全雙工或半雙工方式工作,。它的發(fā)射功率分為高低兩檔,如果達(dá)不到想要的傳輸距離,可外接功放;直擴(kuò)MODEM可根據(jù)系統(tǒng)的作用距離,、傳輸速率及工作方式等靈活設(shè)置,89C51(II)除設(shè)置直擴(kuò)MODEM的工作狀態(tài)外,還接收通信控制器中89C51(I)送來(lái)的收發(fā)中斷INT信號(hào),使射頻模塊完成收/發(fā)轉(zhuǎn)換,建立通信鏈路" title="鏈路">鏈路。?

　　系統(tǒng)中接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)均由DTE終端提供,。?

　　GPS的數(shù)據(jù)中除時(shí)間信息外,還包括經(jīng)度,、緯度及速度等其它信息。這里,僅讀取它的時(shí)間信息,結(jié)合GPS秒脈沖,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)隙定時(shí),。GPS的數(shù)據(jù)格式如下:?

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　　其中,STX: ASCII中的STX字符?

????? ??? id: 數(shù)據(jù)項(xiàng)標(biāo)識(shí)(單個(gè)字符)?

??? ??? dddd: 數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)容?

??? ????? it: 數(shù)據(jù)項(xiàng)結(jié)束((CR)或(CR)(LF))?

???? ??? ETX: ASCII中的ETX字符?

3 工作站的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?

　　根據(jù)系統(tǒng)的工作原理,每個(gè)工作站在發(fā)送時(shí)隙要完成鏈路建立,、RTS請(qǐng)求發(fā)送和數(shù)據(jù)發(fā)送三部分,在其它時(shí)隙接收其它工作站發(fā)送的信息。系統(tǒng)時(shí)序如圖4所示,。?

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　　秒脈沖重復(fù)周期1秒鐘,每個(gè)工作站的發(fā)送時(shí)間50ms,。在每個(gè)工作站的發(fā)送時(shí)隙,該工作站首先讓建鏈/拆鏈信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖,使直擴(kuò)MODEM由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài),并與其它工作站開(kāi)始建立鏈路。在鏈路建立后,通信控制器發(fā)送/RTS信號(hào),告知直擴(kuò)MODEM,通信控制器隨后將發(fā)送DTE的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)發(fā)往其它工作站,。在發(fā)送時(shí)隙結(jié)束時(shí), 該工作站要完成二個(gè)任務(wù),其一是/RTS由低變高,通信控制器停止該工作站的DTE向外發(fā)送數(shù)據(jù),第二是建鏈/拆鏈信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖,使直擴(kuò)MODEM拆鏈,該工作站的發(fā)送任務(wù)結(jié)束,直擴(kuò)MODEM由發(fā)送狀態(tài)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài),最后留有一點(diǎn)保護(hù)時(shí)間,。至此該工作站的發(fā)送工作全部結(jié)束,其它工作站開(kāi)始重復(fù)該工作站的發(fā)送時(shí)序,直到系統(tǒng)內(nèi)20個(gè)工作站在1秒內(nèi)全部發(fā)送一次。下一個(gè)秒脈沖到來(lái)時(shí),系統(tǒng)重復(fù)上一秒內(nèi)的發(fā)送順序,各工作站根據(jù)設(shè)置的時(shí)隙編號(hào)輪流發(fā)送,。?

　　由圖4系統(tǒng)工作時(shí)序可見(jiàn),各工作站的程序分為兩部分:通信控制器的軟件流程和直擴(kuò)MODEM的軟件流程,它們實(shí)現(xiàn)的任務(wù)不同,。?

　　通信控制器實(shí)現(xiàn)的功能有:?

　　·接收GPS秒脈沖中斷和時(shí)間信息;?

　　·接收直擴(kuò)MODEM收到的其它工作站的信息;?

　　·向DTE發(fā)送直擴(kuò)MODEM收到的其它工作站的信息;?

　　·向直擴(kuò)MODEM發(fā)送該工作站要發(fā)往其它工作站的信息;?

　　·向直擴(kuò)MODEM請(qǐng)求建鏈,、拆鏈和傳數(shù)的控制信息,即建鏈/拆鏈信號(hào)、/RTS信號(hào);?

　　·利用GPS秒脈沖中斷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定時(shí);?

　　·利用89C51(I)片內(nèi)定時(shí)器,由89C51(I)輸出/RTS,、建鏈/拆鏈控制信號(hào),。?

　　直擴(kuò)MODEM除完成序列加解擴(kuò)、射頻信號(hào)的發(fā)送/接收等功能外,由于篇幅限制,這里只寫(xiě)出通信控制器要求它實(shí)現(xiàn)的功能,主要包括:?

　　·根據(jù)通信控制器發(fā)送的建鏈信號(hào),控制射頻模塊W9360完成由接收到發(fā)送的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,與其它工作站建立半雙工鏈路,。?

　　·根據(jù)通信控制器發(fā)送的拆鏈信號(hào),控制射頻模塊W9360完成由發(fā)送到接收的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,與其它工作站拆除半雙工鏈路,。?

　　·根據(jù)通信控制器發(fā)送的/RTS信號(hào),將通信控制器送來(lái)的數(shù)據(jù)輻射出去。?

　　根據(jù)以上的功能描述,通信控制器和直擴(kuò)MODEM的程序流程圖分別如圖5,、圖6所示,。?

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　　通信控制器的程序流程圖中,秒脈沖定時(shí)中斷子程序產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)的起始點(diǎn),由它啟動(dòng)系統(tǒng)定時(shí)。定時(shí)器中斷子程序根據(jù)該工作站的發(fā)送時(shí)隙,產(chǎn)生中斷信號(hào),89C51(I)向直擴(kuò)MODEM發(fā)送/RTS和建鏈,、拆鏈信號(hào),控制直擴(kuò)MODEM完成收,、發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換,主程序首先初始化89C51(I)、8251,開(kāi)放秒脈沖中斷和定時(shí)器中斷,然后采用查詢(xún)方法,控制數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送,包括接收GPS秒脈沖中斷和時(shí)間信息,、接收直擴(kuò)MODEM收到的其它工作站的信息,、向DTE發(fā)送直擴(kuò)MODEM收到的其它工作站的信息以及向直擴(kuò)MODEM發(fā)送該工作站要發(fā)往其它工作站的信息。?

　　直擴(kuò)MODEM的程序流程圖中,直擴(kuò)MODEM根據(jù)通信控制器送來(lái)的建鏈,、拆鏈信號(hào),建立與其它工作站的半雙工鏈路,實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻模塊的收,、發(fā)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換,完成數(shù)據(jù)傳輸。?

4 系統(tǒng)的一種典型應(yīng)用?

　　傘兵救援是該系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)典型例子,。?

　　傘兵從飛機(jī)上跳傘時(shí),由于跳傘的時(shí)間不同,風(fēng)速,、風(fēng)向的變化,所以,他們落地時(shí)會(huì)在一定的范圍內(nèi)。每人佩帶這樣一個(gè)工作站,在飛機(jī)起飛前,將傘兵降落地區(qū)的地形圖存在工作站的DTE終端中,并且為每個(gè)傘兵分配一個(gè)工作時(shí)隙,。這樣,在他們落地后,工作站就會(huì)自動(dòng)將每個(gè)傘兵的位置和他們收集到的信息傳送給其它傘兵,為他們順利完成任務(wù)提供有力保障,。?

　　本文基于GPS的網(wǎng)型無(wú)線通信系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中性能穩(wěn)定可靠,較好地滿足了使用要求。?

　　根據(jù)實(shí)際使用情況,本系統(tǒng)可在以下幾方面進(jìn)行改進(jìn):?

　　·為增加傳輸距離,可在射頻模塊后接功放,。?

　　·本系統(tǒng)的一個(gè)周期定為1s。在實(shí)際使用時(shí),可以利用秒脈沖和GPS的時(shí)間信息,增加一個(gè)周期的時(shí)間;另外,每個(gè)工作站發(fā)送的時(shí)隙的長(zhǎng)短也可根據(jù)數(shù)據(jù)的多少,、傳輸速率的大小設(shè)置,。?

參考文獻(xiàn)?

1 Direct Sequence Spread Spectrum Transceiver, Winbond Electronic Corp.?

2 902～928MHz GMSK RF Module. Winbond Electronic Corp.?