郭一凡 宋宇飛 林羽晨

摘 要：近年來(lái)，隨著太陽(yáng)能技術(shù)與車載通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，人們對(duì)通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與“綠色環(huán)保”的要求越來(lái)越高，為此，文中設(shè)計(jì)了基于太陽(yáng)能的車載無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)以ARM芯片為核心平臺(tái)，使用DC-DC變換電路實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板對(duì)通信系統(tǒng)充電，并使用無(wú)線數(shù)字傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)車載對(duì)講和FM電臺(tái)功能，使用移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車載電話、短信功能，使用GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛定位功能。實(shí)驗(yàn)證明，該環(huán)保無(wú)污染且多功能的無(wú)線通信系統(tǒng)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；車載；太陽(yáng)能；無(wú)線對(duì)講；FM電臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

本系統(tǒng)的研發(fā)基于兩大背景。一方面，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)近些年來(lái)不斷發(fā)展，發(fā)電成本不斷降低，其無(wú)污染、可再生的特點(diǎn)使其備受關(guān)注；另一方面，車載通信系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)大為普及，但功能仍不夠完善。在改善車載通信系統(tǒng)性能、增加功能的同時(shí)，將太陽(yáng)能技術(shù)與車載無(wú)線數(shù)字通信技術(shù)相結(jié)合，利用太陽(yáng)能充電技術(shù)給通信系統(tǒng)供電，可以解決此系統(tǒng)的備用電源問(wèn)題。該車載無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)可以解決車輛之間實(shí)時(shí)通信的問(wèn)題，并能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)定位的功能。無(wú)線對(duì)講模塊可作為對(duì)講機(jī)來(lái)解決車輛與車輛之間的短程實(shí)時(shí)通信問(wèn)題；FM電臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)車輛與外界的通信，解決手機(jī)無(wú)信號(hào)時(shí)的無(wú)線通信問(wèn)題。此外，該系統(tǒng)的輔助功能包括GPS模塊為通信系統(tǒng)進(jìn)行精確定位，GSM模塊發(fā)送精確信息（包括定位信息、太陽(yáng)能充電板充電電壓電流參數(shù)、當(dāng)前室溫等）至手機(jī)終端，通信系統(tǒng)也能夠利用ZigBee技術(shù)對(duì)太陽(yáng)能充電模塊的采集端進(jìn)行通信，通過(guò)控制繼電器來(lái)控制太陽(yáng)能充電回路的通斷。

本文給出了一種基于太陽(yáng)能的車載無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)車載對(duì)講、FM電臺(tái)、短信收發(fā)、實(shí)時(shí)定位、遠(yuǎn)程控制等功能。這個(gè)設(shè)計(jì)既可以用于警車調(diào)度指揮系統(tǒng)、智能交通等方面，也可以用來(lái)?yè)岆U(xiǎn)救災(zāi)。該設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)具有多功能、人性化、環(huán)保無(wú)污染的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以ARM芯片為核心，主要分為太陽(yáng)能充電裝置與車載無(wú)線通信系統(tǒng)兩大部分。其中，太陽(yáng)能充電裝置包括太陽(yáng)能充電板、DC-DC變換電路、18650電池組、單片機(jī)與對(duì)外通信ZigBee模塊等，車載無(wú)線通信系統(tǒng)包括液晶觸摸顯示屏、無(wú)線對(duì)講模塊、FM電臺(tái)模塊、GPS模塊、GSM模塊、ZigBee模塊、WiFi模塊等。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的功能有車載對(duì)講、FM電臺(tái)廣播、短信收發(fā)、全球定位、遠(yuǎn)程控制、手機(jī)App信息傳輸、太陽(yáng)能端數(shù)據(jù)采集等功能。整套系統(tǒng)通過(guò)液晶觸摸屏以及手機(jī)App界面進(jìn)行有效的人機(jī)交互，觸摸屏與App用于選擇工作模式，同時(shí)可以顯示車載通信的內(nèi)容、實(shí)時(shí)定位的數(shù)據(jù)信息以及太陽(yáng)能充電裝置的環(huán)境參數(shù)信息，及時(shí)反饋外界傳遞的信息，并產(chǎn)生良好的人人、人機(jī)互動(dòng)效果。整套系統(tǒng)具有功耗低、無(wú)污染、穩(wěn)定性好、持續(xù)供電等特點(diǎn)。圖1所示為車載無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式示意圖。圖2所示為車載通信系統(tǒng)與外界通信示意圖。

2 車載無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)

車載無(wú)線通信系統(tǒng)包括液晶觸摸顯示屏、無(wú)線對(duì)講模塊、FM電臺(tái)模塊、GPS模塊、GSM模塊、ZigBee模塊、WiFi模塊等。圖3所示為車載無(wú)線通信系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)框圖。

2.1 無(wú)線對(duì)講模塊

為了提高對(duì)講距離以及可靠性，本系統(tǒng)采用了深圳市尚瑞思電子有限公司研發(fā)的一款無(wú)線語(yǔ)音對(duì)講及數(shù)傳模塊SR-FRS-1W350。該模塊內(nèi)置高性能射頻收發(fā)芯片BK4811、微控制器及射頻功放。外控制器可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的異步串行接口（RS 232）通訊來(lái)設(shè)置模塊工作參數(shù)并控制整個(gè)模塊的收發(fā)。該數(shù)傳模塊只需外接天線、MIC和語(yǔ)音功放即可組成一臺(tái)完整的對(duì)講機(jī)或數(shù)傳電臺(tái)。

2.2 FM電臺(tái)模塊

本模塊選擇由RDA Microelectronics公司研發(fā)的RDA5820高集成度的立體聲FM收發(fā)芯片，該款芯片不僅可以完美地完成電臺(tái)功能，還能接收FM廣播，具有集成度高、功耗低、尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。該部分以ARM芯片作為控制器，通過(guò)自帶的I2C總線，編程寫控制字實(shí)現(xiàn)了RDA5820模塊的電臺(tái)功能（收發(fā)模式的選擇，頻率的設(shè)置等）。結(jié)合外圍電路按鍵以及顯示、信號(hào)放大、音頻的輸入輸出等組成簡(jiǎn)易且性能穩(wěn)定的FM電臺(tái)系統(tǒng)。

2.3 GSM模塊、GPS模塊、ZigBee模塊、WiFi模塊

本系統(tǒng)采用SIMCOM公司的SIM900A模塊方案。SIM900A模塊支持TTL串口通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)串口向模塊發(fā)送AT指令即可設(shè)置模塊參數(shù)。本系統(tǒng)采用u-blox公司的NEO-6M模組方案，可以通過(guò)串口及USB接口向STM32F103和電腦輸出GPS定位信息，使用簡(jiǎn)單方便。本系統(tǒng)采用順舟科技SZ05系列Z-BEE嵌入式無(wú)線串口通信模塊方案，該模塊具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性。本系統(tǒng)的WiFi部分采用WF-ESP8266模塊方案。ESP8266是一個(gè)完整且自成體系的WiFi網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠獨(dú)立運(yùn)行或作為slave搭載于其他Host運(yùn)行。

3 太陽(yáng)能充電裝置

此太陽(yáng)能充電模塊由太陽(yáng)能充電板、DC-DC變換電路、18650電池組、單片機(jī)與對(duì)外通信模塊（采用ZigBee技術(shù)）4部分組成。此裝置主要有以下兩種工作模式：

（1）太陽(yáng)能充電板經(jīng)DC-DC變換電路輸出合適電壓直接給通信系統(tǒng)供電。

（2）充電板通過(guò)DC-DC變換電路后對(duì)電池進(jìn)行充電，利用單片機(jī)對(duì)電池環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控與對(duì)過(guò)壓過(guò)流的控制，通過(guò)ZigBee通信模塊將數(shù)據(jù)傳至通信系統(tǒng)的控制芯片端，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)；同時(shí)也可讓ZigBee通信模塊接受傳來(lái)的數(shù)據(jù)，利用單片機(jī)控制繼電器的吸合，從而對(duì)充電裝置的開關(guān)進(jìn)行有效控制。

DC-DC變換電路采用TI公司的LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器。LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3.3 V～6 V的固定電壓，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。太陽(yáng)能充電裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

整套系統(tǒng)將太陽(yáng)能清潔無(wú)污染、可再生的特點(diǎn)與此無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)強(qiáng)大的功能相結(jié)合，參考了實(shí)際工程中環(huán)境對(duì)通信系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的影響。因而提出了一種基于太陽(yáng)能的車載數(shù)字通信系統(tǒng)的新型構(gòu)思。該系統(tǒng)綠色環(huán)保、性能良好、工作穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，基本可以解決野外車載通信信號(hào)弱、續(xù)航能力差的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈衛(wèi)康，宋宇飛，宋紅梅.數(shù)字信號(hào)處理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2] Pressman A I，Billings K，Morey T.開關(guān)電源設(shè)計(jì)（第3版）[M]. 王志強(qiáng)，肖文勛，虞龍，等，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3]錢玉斐，宋宇飛，林羽晨.車載無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015（10）：39.

[4]胡宴如，耿蘇燕.高頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5]黃智偉.無(wú)線數(shù)字收發(fā)電路設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.