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一种点对多点无线数据传输系统的设计
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一种点对多点无线数据传输系统的设计
5682ssa
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发表于 2023-2-10 16:07:30
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来自
广东省深圳市
摘要:介绍了一种点对多点无线数据传输系统的设计,提出了一种基于时分多址的“随机延时”防通信碰撞协议,并给出了该防碰撞协议和相关CRC编码的软件实现方法。该系统可用于智能交通监管,也可用于其它实时性要求较高、但数据量不大的应用。
关键词:智能交通系统;点对多点;无线数传;防碰撞协议;设计
点对多点通信是现代通信技术中一个重要的概念。常见的点对多点通信有:计算机网络中服务器与工作站的通信、移动通信系统中基站与手持机的通信等。由于应用要求不同,各类点对多点通信系统在技术特点上差别很大。近年来,随着信息技术在交通监管中的大量应用,出现了智能交通监管系统。该系统通过在地面上设置固定查验台、在车辆上放置移动应答台,依靠固定台和移动台的通信来实现对来往车辆的自动监督管理。针对这一通信模式,本文介绍了一种点对多点无线数据通信系统的设计,该系统可用于实时性要求较高、但数据量不大的应用。
二、基本原理
1.应用模型
图I 系统的应用示意图
系统的应用模型如图l所示。图中直线代表道路,黑点代表固定的查验台,圆圈代表固定台的工作区域;固定台通过与工作区域内的移动台进行通信,实现对过往车辆的监管;固定台可设置于路边(如左图所示),也可放置于交叉路口(如右图所示),各固定台的工作区域不交叠;移动台放置在车辆上,道路即为移动台的运动轨迹。
2.实现方案
该系统选择采用半双工通信(单一频点),以固定台主动查询方式工作,通信目的是获取过往车辆的基本信息(如车牌号等)。通信数据量不大,但由于要求允许多辆汽车以较高的速度通过固定台的工作区域,因此可供处理的时间很短。该系统所解决了的问题包括移动台之间的通信碰撞、车辆的速度影响和强噪声的干扰等。
当固定台发出查询命令时,如果附近有多个移动台,就可能会出现几个移动台同时应答,这时将发生通信碰撞。防止通信碰撞出现的常见方法是将各移动台的应答在时间、频率或相位上错开。从实现的难易程度考虑,本系统在参考ALOHA 和IEEE802.3 cSMA/CD随机访问技术⋯ 的基础上,提出了一种基于时分多址的“随机延时”防碰撞方法,由软件来实现。
车辆的行驶速度远小于光速,通信中的多普勒频移效应可以忽略不记。但车辆速度越高,在固定台工作区域内逗留的时间就越短,信号强度变化也越快,因此必须提高数据的收发速度。本系统将最高车速定为60 km/h左右,工作半径定为100 m左右,处理能力定为同时处理3o辆汽车,因此平均每辆车的处理时间需小于400 n坞。经估算,在机动车监管应用中,处理一辆汽车总的通信数据量不大于50O bin (其中车辆身份信息数据为200 byte),因此理论上要求数据传输率必须至少大于10 kbit/s。实际电路中,数据传输率要比理论值大许多。
公路的噪声环境恶劣,例如有发动机火花发射的电磁波、汽车机械噪声和高速行驶气流噪声等,并且,通信碰撞也频繁发生。这些会使无线信道误码频繁,并且极易产生多个随机误码和一定长度的突发性误码序列。因此,必须选用性能较好的差错控制编码,确保有较强的检错能力。本系统选择采用移动通信中常用的循环冗余码(CRC)。
三、
硬件设计
1.系统结构
系统的基本结构如图2所示。固定台和移动台的基本结构相似,都由控制及处理模块、射频收发模块和通用接口等组成。固定台另外还有一个串行接口,用来连接计算机。计算机可以用来做整个系统的数据库和控制终端。
图2 系统的基本结构图
图2 系统的基本结构图
2.电路实现
系统的电路分为数字部分和射频部分,并且固定台和移动台中相似的功能模块选用相同的
芯片
。射频部分直接使用北京华荣汇通信设备公司的TX100数据发送模块和RX100数据接收模块。这两个模块上的主芯片均由台湾Himark公司提供,调制方式为ASK,频点为433 MHz,数据传输率为20kbit/s。通过调节接收芯片外接的滤波电容,可将接收响应时间设定为0.5 n坞。
电路的控制及处理模块使用Intel公司生产的80
51单片机
,时钟频率为12 MHz;存储模块使用存储容量为8 kbyte的6264外部RAM;8051单片机Pl口的大部分口线用作通用接口,预留来连接各种扩展接口。
固定台与移动台相比,多了一个用来与计算机对接的数据串行口。该串口采用常见的RS一232C标准,用MAX232芯片实现。8051单片机有一对收发串口(TXD和RXO),可用来连接射频模块。另外,固定台还有一个RS一232C串行接口需连接,8051单片机的串口不够,可利用l6C55O通用异步串行接口芯片将8051的并行接口转换为串行接口。
图3是固定台的串口连接示意图。8051单片机唯一的一对串口TX和RX分别用来连接射频发模块TX100和收模块RX100。8051连接l6C55o的方法与连接外部存储器柑同。16C550内部有发送缓冲寄存器、接收缓冲寄存器、若干控制寄存器和状态寄存器,各寄存器由地址线A[0:2]区分。16C550内的各寄存器与外部存储器统一编址,用同一类指令来访问。16C550使用前,要由8051先对其进行初始化,以设定工作状态。
图3 固定台的串口连接图
图3 固定台的串口连接图
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