CN209250679U - 一种基于msk调制体制的工程机械车载端无线通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，包括CAN芯片、AD/DA芯片和FPGA芯片，FPGA芯片包括接收模块和发送模块，其中，CAN芯片用于采集车载端CAN总线上的车辆状态信息，并把采集到的数据信息传输到接收模块；发送模块用于对接收到的数据信息进行组帧、MSK调制处理，并把处理后的数据传输到AD/DA芯片；AD/DA芯片用于对接收到的数据进行数模转化，并把处理后的数据传输到接收模块；接收模块用于对接收到的数据进行捕获跟踪和解调处理，并把处理后的数据传输到CAN芯片；CAN芯片用于将数据信号传输到车载端CAN总线上；该结构硬件电路更为简单，实现了车载端通信装置的小型化，方便安装使用。

Description

一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置

技术领域

本实用新型涉及无线通信工程技术领域，尤其涉及一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置。

背景技术

在一些恶劣环境(高温、湿热等)中，工作人员难以进入并操作工程机械，为解决此问题，操作人员一般采用无线电的方式实现对挖掘机、汽车等车载终端设备的控制，即通过手持式遥控器发送控制指令数据、接收实时状态数据，通过车载端通信装置接收手持式遥控器发送的控制指令，反馈车载端实时状态。

但是，现有技术的车载通信装置通信方式为老式BPSK、QPSK通信体制，在恶劣环境中，不能保障有效的通信，且当前的车载端通信装置电路过于复杂，体积过大，给车载端的安装带来了一定的难度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，解决了现有的车载端通信装置电路过于复杂，体积过大，给车载端的安装带来了一定的难度的问题。

为了达到上述目的,本实用新型采用的技术方案是:

本实用新型提供的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，包括CAN芯片、AD/DA芯片和FPGA芯片，FPGA芯片包括接收模块和发送模块，其中，CAN芯片用于采集车载端CAN总线上的车辆状态信息，并把采集到的数据信息传输到接收模块；

发送模块用于对接收到的数据信息进行组帧、MSK调制处理，并把处理后的数据传输到AD/DA芯片；

AD/DA芯片用于对接收到的数据进行数模转化，并把处理后的数据传输到接收模块；

接收模块用于对接收到的数据进行捕获跟踪和解调处理，并把处理后的数据传输到CAN芯片；

CAN芯片用于将数据信号传输到车载端CAN总线上。

优选地，车载端无线通信装置上的CAN总线连接CAN芯片，CAN芯片的发送端连接发送模块的接收端，发送模块的发送端连接AD/DA芯片的接收端，AD/DA芯片的发送端连接发送模块的接收端，接收模块的发送端连接CAN芯片的接收端。

优选地，CAN芯片的型号为MCP2515。

优选地，FPGA芯片的型号为xc7A200T FPGA。

优选地，AD/DA芯片为射频数字收发芯片。

优选地，射频数字收发芯片的型号为AD9361。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，基于FPGA为硬件外壳，以无线电的形式实现MSK调制解调的通信体制，可靠性更高，有效保障通信的有效性；此外，基于AD/DA芯片+FPGA+CAN芯片的硬件平台设计，使得硬件电路更为简单，实现了车载端通信装置的小型化，方便安装使用。

进一步的，接收模块将AD9361射频数字收发芯片采集到的无线电信号数据进行捕获跟踪，MSK解调后，丢弃同步头后将业务数据经CAN总线传输至车载端上的各个分机设备。

进一步的，发送模块和接收模块实现本实用新型的功能，通过AD9361射频数字收发芯片完成数字信号和模拟信号的转化，实现起车载端与手持式遥控器的可靠通信，克服了抗干扰能力弱，体积过大等缺点。

附图说明

图1为本实用新型发送模式和接收模式示意图；

图2为本实用新型基于AD9361+FPGA+MCP2515硬件平台的示意图；

图3为本实用新型提供的MSK调制框图；

图4为本实用新型接收模式载波捕获算法框图；

图5为实用新型提供的比特差-维特比解调框图；

图6为实用新型提供的维特比解码的FPGA实现框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1、图2所示，本实用新型提供的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，包括CAN芯片、AD/DA芯片和FPGA芯片，FPGA芯片包括接收模块和发送模块，其中，车载端无线通信装置上的CAN总线连接CAN芯片，CAN芯片的发送端连接发送模块的接收端，发送模块的发送端连接AD/DA芯片的接收端，AD/DA芯片的发送端连接接收模块的接收端，接收模块的发送端连接CAN芯片的接收端。

CAN芯片用于采集车载端CAN总线上的信息，该信息为车辆状态信息，包括车载端上的油门档位、操纵杆位置和发电机状态等状态信息；并把采集到的数据信息传输到发送模块。

发送模块对接收到的数据信息进行组帧、调制，并将处理后的数据信息传输至AD/DA芯片。

AD/DA芯片将接收的数据进行数模转化，并将数据信息以无线电信号的形式发射出去。

接收模块接收AD/DA芯片发送的数据信息，并对接收到的信号进行捕获跟踪和解调，用于完成有效信息的提取，并把提取到的有效信息传输到CAN芯片。

其中，发送模块对数据信息进行组帧和调制时，采用的组帧方式为同步头与业务数据方式，其中，同步头可以实现信号的快速捕获和跟踪功能；业务数据为实际通信有效数据；调制方式采用MSK信号调制方式，该方式具有抗干扰和抗截获较好、恒定包络、相位连续、功率谱密度集中等特性。

接收模块对接收到的信号进行捕获跟踪和解调时，捕获跟踪采用的是时域滑动相关算法,通过频率的补偿和迭代，直到频率精度达到要求；解调方式为MSK信号解调方式,比如采用维特比解码算法。

CAN芯片的型号为MCP2515，该芯片支持CAN 2.0标准通信协议，易于设计开发。

FPGA芯片的型号为xc7A200T FPGA；

AD/DA芯片为AD9361型号的射频数字收发芯片；

其中，MCP2515CAN芯片和xc7A200T FPGA的接收端连接，xc7A200T FPGA通过AD9361射频数字收发芯片与MCP2515CAN芯片连接。

数字信号与无线电信号之间的信号转化均为AD9361射频数字收发芯片完成，具有小型化，低功耗的特点。

本发明提供的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置基于AD9361+FPGA+MCP2515硬件平台，以MSK信号调制解调方式实现车载设备与远程遥控设备间的可靠通信，并通过CAN总线完成与车载端上的各个分机设备的信息交互。

具体的本实用新型的工作原理是：

1.发送模式

FPGA主控芯片控制MCP2515CAN芯片采集CAN总线上的有效信息，再根据源地址的不同区分各种类型，进而对有效信息进行组帧，其组帧方式采用同步头与业务数据方式，同步头为伪随机序列，可以实现信号的快速捕获和跟踪功能，业务数据为实际通信数据编码后的待调制数据。

MSK调制如图3所示，MSK信号是一种调制指数为0.5的连续相位调制信号，在每个符号周期Tb内载波相位线性增加或者减小π/2。基带码序列经差分编码得到b(k)，b(k)经串并转换后分别加入中频fc(70M)载波后I、Q两支路相加输出。标准余弦发生采用FPGA直接数字频率合成器(DDS)方式，能够准确实现频率、幅度、相位的调制。

最后使用AD9361射频数字收发芯片将调制信号进行数模转化，并将其以无线的信号形式发射出去。

2.接收模式

一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置接收模式，包括捕获跟踪和MSK解调两部分。

捕获跟踪部分主要完成帧同步功能，如图4所示，捕获跟踪具体流程如下：

将AD9361射频数字收发芯片采样信号不断进入一个固定长度的移位寄存器，每当进入一组新的数据时，将本地带调制信号模板同寄存器中信号对位相乘累加求和，得到一点相关值，此为搜索状态；

当某一时刻相关值超过预设门限时，认为此点为可疑峰值，锁存此峰值及对应位置，进入判断状态；

判断状态内，将后续五点相关值同可疑峰值比较，若可疑峰值最大则认为找到真实峰值，跳出串行搜索并输出码相位结果；

否则，若有更大值则更新可疑峰值并重新开始判断状态；

此时域滑动相关方法结构简单，采用匹配滤波器原理，在峰值处有获得解扩增益，有高的信噪比输出，捕获能力强、抗干扰。

在捕获跟踪完成后，本实用新型采用Viterbi搜索经典算法进行数据解调。Viterbi解码算法的基本原理是将接收到的信号序列和所有可能的发送信号序列比较，选择其中汉明距离最小的序列认为是当前发送信号序列。MSK信号的附加相位具有连续性，因此某一码元时刻的附加相位与过去码元有关。将接收信号差分延迟两个码元长度，与其自身相乘，经低通滤波后，列出所有可能的状态转移路径，求各路径的输出与上述输出之间的汉明距离(下描述为度量)，距离最短表明最有可能是正确的转移路径，

将二比特差分与维特比搜索结合起来解码的流程框图如图5所示。

由于涉及到多条路径的穷举搜索，Viterbi解码算法的运算量十分可观，FPGA良好的并行计算能力非常适合于维特比解码算法的实现，如图6所示为维特比解码的FPGA实现框。

最后,FPGA将解调有效数据通过MCP2515CAN芯片按照信息类型的进行打包，发给各个车载端分机设备。

在本装置中使用基于AD9361+FPGA+MCP2515硬件平台的xc7A200T FPGA芯片即可实现发送模块和接收模块，实现车载端与手持式遥控器的可靠通信。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，其特征在于，包括CAN芯片、AD/DA芯片和FPGA芯片，FPGA芯片包括接收模块和发送模块，其中，CAN芯片用于采集车载端CAN总线上的车辆状态信息，并把采集到的数据信息传输到接收模块；

发送模块用于对接收到的数据信息进行组帧、MSK调制处理，并把处理后的数据传输到AD/DA芯片；

AD/DA芯片用于对接收到的数据进行数模转化，并把处理后的数据传输到接收模块；

接收模块用于对接收到的数据进行捕获跟踪和解调处理，并把处理后的数据传输到CAN芯片；

CAN芯片用于将数据信号传输到车载端CAN总线上。

2.根据权利要求1所述的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，其特征在于，车载端无线通信装置上的CAN总线连接CAN芯片，CAN芯片的发送端连接发送模块的接收端，发送模块的发送端连接AD/DA芯片的接收端，AD/DA芯片的发送端连接发送模块的接收端，接收模块的发送端连接CAN芯片的接收端。

3.根据权利要求1所述的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，其特征在于，CAN芯片的型号为MCP2515。

4.根据权利要求1所述的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，其特征在于，FPGA芯片的型号为xc7A200T FPGA。

5.根据权利要求1所述的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，其特征在于，AD/DA芯片为射频数字收发芯片。

6.根据权利要求5所述的一种基于MSK调制体制的工程机械车载端无线通信装置，其特征在于，射频数字收发芯片的型号为AD9361。