一種小區(qū)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)方案

張同杰

摘 要:介紹一種基于CMX869調(diào)制解調(diào)芯片的遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)方案,通過(guò)采用QAM調(diào)制方式對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并遠(yuǎn)程傳輸,結(jié)合終端控制軟件,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制的功能,可以廣泛應(yīng)用于企業(yè)或家庭的專用自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。將從硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)兩方面介紹該方案低成本、高性能、易開(kāi)發(fā)、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:調(diào)制解調(diào)芯片CMX869;QAM;V.32bis;C-Bus;89X51單片機(jī);Cx51

中圖分類號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)19-119-03

Realization Scheme of Remote Control

ZHANG Tongjie

(No.10th Research Institute,China Electronic Science & Technology Group Corporation,Chengdu,610036,China)

Abstract:A realization scheme of remote control based on CMX869 modem chip is introduced.The digital signal is modulated and transmitted using QAM modulation,integrating terminal control software,it can realize remote utility data reading and controlling.It also can be applied to enterprises and house construction of automatization network.Both in hardware design and software realization,its characteristics on excellence of low cost,high performance and easy design are proposed.

Keywords:CMX869 modem;QAM;V.32bis;C-Bus;89X51;Cx51

0 引 言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展,工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)各種控制設(shè)備自動(dòng)化程度越來(lái)越高,使用范圍也越來(lái)越廣,這就使得很多自動(dòng)化相關(guān)的技術(shù)也滲透到了老百姓的日常生活,通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作,將極大地提高工作效率,降低人力成本,因此各種網(wǎng)絡(luò)化的需求越來(lái)越高[1]。

眾所周知,在構(gòu)建一個(gè)小區(qū)遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)時(shí),其實(shí)現(xiàn)方案有兩種:當(dāng)終端距離較近時(shí)采用以太網(wǎng)傳輸;當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí),采用光纖或調(diào)制解調(diào)傳輸。由于采用以太網(wǎng)和光纖傳輸在線路的中繼和鋪設(shè)成本,以及對(duì)現(xiàn)有電器設(shè)備要求較高,對(duì)小區(qū)遠(yuǎn)程控制這種數(shù)據(jù)量不太大、實(shí)時(shí)性較高的需求,以太網(wǎng)和光纖傳輸并不是最優(yōu)的解決方案[2]。采用調(diào)制解調(diào)方案,從調(diào)制解調(diào)的底層協(xié)議棧開(kāi)始開(kāi)發(fā)是很復(fù)雜的,而使用目前市面上功能相對(duì)單一的通用調(diào)制解調(diào)產(chǎn)品構(gòu)建專用網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候,又會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度,且不提供用戶編程接口,給集中式管理和維護(hù)造成不必要的麻煩。本文將介紹一種介于上述兩種方案之間的小區(qū)遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方案,有完善穩(wěn)定的V.32bis協(xié)議棧,是一種低成本、高性能、易開(kāi)發(fā)、適應(yīng)性強(qiáng)的控制實(shí)現(xiàn)方案。

1 基于高性能調(diào)制解調(diào)芯片CMX869的硬件設(shè)計(jì)方案

本方案采用CML公司的CMX869調(diào)制解調(diào)芯片[3]作為核心器件,它的主要特點(diǎn)有:

傳輸速度快 普通調(diào)制解調(diào)芯片也可以用于網(wǎng)絡(luò)控制,但是其調(diào)制方式和傳輸速度制約了使用范圍。CMX869采用C-Bus串口總線[4]和全雙工QAM(正交幅度調(diào)制)調(diào)制方式[5],并向下兼容FSK(頻移鍵控),串口總線時(shí)鐘頻率最高可達(dá)5 MHz,調(diào)制傳輸速率最高可達(dá)28.8 Kb/s。

傳輸性能好 兼容程控交換網(wǎng)絡(luò),提供帶回波抵消的2/4線傳輸接口,發(fā)送電路信號(hào)強(qiáng)度為0.5 dBm,接收電路接收靈敏度可達(dá)-30 dBm,在使用典型超5類雙絞線無(wú)中繼情況下,傳輸距離大于4 km。同時(shí)可自動(dòng)檢測(cè)線路質(zhì)量并實(shí)時(shí)調(diào)整,適宜遠(yuǎn)距傳輸。

資源豐富 通過(guò)C-BUS串口總線可訪問(wèn)多個(gè)命令和狀態(tài)可讀寫(xiě)寄存器資源,并提供完善穩(wěn)定的V.32bis協(xié)議棧,調(diào)用方便。

低功耗 采用3.3 V低壓工作模式,通過(guò)編程可自動(dòng)中斷已建立的空閑連接,處于省電工作模式時(shí)消耗極低的電流,當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)時(shí),可自動(dòng)返回到正常工作模式,有選擇的建立連接,適用于低功耗要求的應(yīng)用。

環(huán)境適應(yīng)性好 CMX869 的存儲(chǔ)溫度在-55～+125 ℃之間,工作溫度在-40～+85 ℃之間,適宜嚴(yán)寒和酷熱環(huán)境的室外工作。

方案實(shí)現(xiàn)原理和核心電路如圖1,圖2所示,主要完成控制數(shù)字信號(hào)和傳輸模擬信號(hào)的選通與轉(zhuǎn)換。管理終端通過(guò)接口擴(kuò)展單元對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行選通使能[6],由控制單元MCU把控制命令通過(guò)CMX869調(diào)制后,送往遠(yuǎn)端CMX869解調(diào),待遠(yuǎn)端控制單元采集到需求的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)后,再通過(guò)原路徑把數(shù)據(jù)送回到管理終端。

圖1 方案原理框圖

圖2 核心電路圖

2 軟件實(shí)現(xiàn)流程

本方案的另一個(gè)特點(diǎn)是軟件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單,因?yàn)镃MX869對(duì)外提供了豐富的命令和狀態(tài)可讀寫(xiě)寄存器資源,以及完善穩(wěn)定的V.32bis協(xié)議棧,開(kāi)發(fā)人員只需在控制單元的89X51系列單片機(jī)[7]上進(jìn)行匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言編程[8],通過(guò)調(diào)用構(gòu)造的函數(shù)對(duì)各寄存器的設(shè)置和讀寫(xiě),就可以完成對(duì)CMX869狀態(tài)的控制和數(shù)據(jù)的收發(fā),縮短了軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試的周期。

由于CMX869功能和協(xié)議封裝相對(duì)獨(dú)立,開(kāi)發(fā)人員只需要熟悉其特定寄存器的讀寫(xiě)和單片機(jī)CX51程序編寫(xiě)[9]就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。本方案的軟件主要包括管理終端軟件和遠(yuǎn)端控制軟件,實(shí)現(xiàn)從管理終端控制單元串口,把業(yè)務(wù)查詢指令發(fā)送到CMX869接口,經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào),將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)端控制單元串口,再由遠(yuǎn)端控制單元把采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)原路徑回傳到管理終端控制單元串口。串口使用的波特率是115.2 Kb/s,傳輸協(xié)議采用V.32bis協(xié)議。圖3是軟件實(shí)現(xiàn)流程圖。

圖3 軟件流程圖

本方案中實(shí)現(xiàn)功能用到的主要函數(shù)如下:

(1) IinitCMX869函數(shù)

Return=IinitCMX869(Mode,Speed)

用途:對(duì)CMX869進(jìn)行初始化。

參數(shù)類型含義

ModeInt設(shè)定CMX869調(diào)制編碼模式

SpeedInt設(shè)定CMX869調(diào)制編碼速率

返回值Int出錯(cuò)時(shí)返回-1,成功返回0

(2) Read16Data函數(shù)

ReceiveData=Read16Data(Address);

用途:從特定寄存器中讀出數(shù)據(jù)。

參數(shù)類型含義

AddressIntCMX869寄存器地址族,包括收數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和QAM狀態(tài)寄存器,根據(jù)需要選取訪問(wèn)

返回值Int從特定寄存器讀出的數(shù)據(jù)

(3) Write16Data函數(shù)

CommOrData=Write16Data(Address,Data);

用途:向特定寄存器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

參數(shù)類型含義

AddressIntCMX869寄存器地址族,包括通用控制寄存器、收/發(fā)模式寄存器、發(fā)數(shù)據(jù)寄存器、編程寄存器和QAM命令寄存器,根據(jù)需要選取訪問(wèn)

DataInt送往特定寄存器的數(shù)據(jù)或命令

返回值Int出錯(cuò)時(shí)返回-1,成功返回0

(4) CMX869Coding函數(shù)

ReturnTxCode=CMX869Coding();

用途:將從CMX869串口接收到的數(shù)據(jù)調(diào)制編碼向遠(yuǎn)端發(fā)送。

參數(shù)類型含義

返回值Int出錯(cuò)時(shí)返回-1,成功返回0

(5) CMX869Decode函數(shù)

ReturnRxCode=CMX869Decode();

用途:對(duì)CMX869接收的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

參數(shù)類型含義

返回值Int出錯(cuò)時(shí)返回-1,成功返回0

3 仿真測(cè)試平臺(tái)及結(jié)果

將本方案的模塊按圖4所示搭建仿真測(cè)試平臺(tái),通過(guò)計(jì)算機(jī)串口數(shù)據(jù)測(cè)試工具和模擬終端管理軟件(Visual Basic語(yǔ)言編寫(xiě)[10])收發(fā)并比對(duì)數(shù)據(jù)包完成仿真測(cè)試。CMX869測(cè)試板串口速率為115.2 Kb/s,調(diào)制解調(diào)速率為28.8 Kb/s,計(jì)算機(jī)串口1和串口2波特率均配置為為115.2 Kb/s。圖5為模擬終端管理軟件測(cè)試結(jié)果。串口數(shù)據(jù)測(cè)試工具測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

圖4 仿真測(cè)試平臺(tái)原理框圖

圖5 模擬終端管理軟件測(cè)試圖

表1 串口數(shù)據(jù)測(cè)試工具測(cè)試結(jié)果

數(shù)據(jù)流向發(fā)送

間隔 /ms長(zhǎng)度

/B包數(shù)

/包接收包數(shù) /包誤包率

計(jì)算機(jī)串口1發(fā)數(shù)據(jù),經(jīng)CMX869測(cè)試板(主)調(diào)制、CMX869測(cè)試板(從)解調(diào)后,從計(jì)算機(jī)串口2收回?cái)?shù)據(jù)

501001001000

1003001001000

計(jì)算機(jī)串口2發(fā)數(shù)據(jù),經(jīng)CMX869測(cè)試板(從)調(diào)制、CMX869測(cè)試板(主)解調(diào)后,從計(jì)算機(jī)串口1收回?cái)?shù)據(jù)

501001001000

1003001001000

4 結(jié) 語(yǔ)

基于本方案設(shè)計(jì)的CMX869調(diào)制解調(diào)模塊已經(jīng)在工程中使用,其優(yōu)異的數(shù)傳和控制性能已得到驗(yàn)證,并且能夠適應(yīng)工業(yè)使用的苛刻環(huán)境。本方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,適用于對(duì)成本要求低、氣候條件惡劣、遠(yuǎn)端無(wú)人值守、且傳輸數(shù)據(jù)量不太大和實(shí)時(shí)性較高的應(yīng)用,如保密系統(tǒng)專線、遠(yuǎn)程控制管理、遠(yuǎn)程儀表讀取、環(huán)境氣象數(shù)據(jù)采集、POS終端、電話線數(shù)據(jù)傳輸及家庭安防等。

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