基于CMX469A列尾装置无线通信系统的设计

进行 CRC 编码时，先将待检验数据信息组成的
表 1 铁道行业标准无线通信数据帧格式 Tab.1 Data format of wireless communication
同步信息
数据信息
51 bit
文 章 编 号 ：1001-9944(2012)01-0031-04
总线与网络
基于 CMX469A 列尾装置无线通信系统的设计
王 坤，潘 峰，韩如成
（太原科技大学 电子信息工程学院，太原 030024）
摘要：西煤东运是我国的一项基本国策。 文中针对西煤东运的某地方重载铁路，采用调制 解调芯片CMX469A，进行了列尾装置的无线通信模块的设计。 论文阐述了硬件电路设计、 软件通信协议和差错控制编码技术。 该设备目前已投入运行600余趟次，累计约15万公里， 通信成功率高于国内其他同类产品，论证了该设计的可靠性。 关 键 词 ： 列 尾 装 置 ；无 线 通 信 ；CMX469A；CRC；BCH 中图分类号：TN92 文献标志码：B
CMX469A 完 全 支 持 快 速 频 移 键 控 FFSK （fast frequency shift keying）调 制 解 调 方 式 ，频 谱 的 利 用 率高、传输速率快，并且具有独立的发送、接收使能 控制。 该芯片抗干扰性能优良，在信号条件比较差 的情况下也具有优良的灵敏度，同时可通过外接电 容设置载波检测响应时间，以使器件在高噪声环境 下具有更完善的性能。 由此可知，它可广泛应用于 各种无线通信系统中，而在本文列尾装置中的成功 应用，更说明这一点。
GP3688 TXSIGNAL RXSIGNAL
CMX469AE2
TXEN TXSYNC TXDATA
RXEN CLOCKDATA
RXSYNC RXDATA
MC9S12DP256
PT0 PT1 PT2 PT3 PT4 PT5 PT6
图 2 CMX469A 的硬件接口电路 Fig.2 Hardware interface of CMX469A
纵观我国铁路发展， 不难看出这两个趋势：货 车重载化、客车高速化。 在这种趋势下，列车的安全 问题变得日益突出。 因此，稳定可靠的列车尾部安 全防护装置（以下简称列尾装置）是列车安全运行 的前提。 由于列尾装置与车载设备通过无线的方式 传输数据，所以无线通信模块的好坏，决定着列尾 装置性能的优劣，最终决定了列车运行的安全隐患。
高性能调制解调芯片CMX469A有三种不同的封 装 形 式 ：20-pin SOIC （CMX469AD3）、22-pin PDIP （CMX469AP6）和24-pin TSSOP（CMX469AE2）。封装 的不同，对应功耗也不同。 列尾装置由电池供电，优 先 考 虑 低 功 耗 器 件 ， 所 以 下 面 以 24 -pin TSSOP （CMX469AE2）为例，介绍其设计过程。
根据中华人民共和国铁道行业标准 （ [1-2] 以下简 称铁道行业标准），列尾装置无线通信采用 FFSK 调
制方式，传输速率为 1200b/s，特征频率在逻辑高电 平时为 1200Hz，逻辑低电平时为 1800Hz，传输方式 为同步传输。 在大量调查研究的基础上，选择调制 解调芯片 CMX469A，对列尾装置的无线通信模块进 行了设计，并应用于重载货运电力机车上。 该设计 结构简单，稳定性好，取得满意的效果。
CMX469A 与 微 处 理 器 MC9S12DP256 的 发 送 接口电路，由发送允许控制线 TXEN、发送同步时钟 线 TXSYNC、发 送 串 行 数 据 线 TXDATA 组 成 ，发 送 控制时序图如图 3 所示。 当 TXEN 为低电平发送使 能后，TXDATA 上的信号将在时钟信号 TXSYNC 的 上升沿被采样。 当传输速率为 1200b/s，TXDATA 上 的高电平 1 将被转换成 1200Hz 的正弦波，低电平 0 被转换成 1800Hz 的正弦波， 并由 TXSIGNAL 端口 输出，这就是调制好的模拟信号。当 TXEN 为高电平 时，发送功能禁止，电路进入节能状态。 列尾装置由 电池供电，为降低功耗，除在需要数据发送时，都处 于发送禁止状态。
CMX469A 与电台模块 GP3688 的接口电路，用 于输入输出模拟信号之间的匹配。 由于 CMX469A 接收信号的典型值为 230mVrms， 发送信号的典型 值为 775mVrms， 同时充分考虑信号传输过程中的 各种损耗。 为了实现良好的通信效果，采用 TI 公司 的 低 功 耗 运 算 放 大 器 LM358，并 经 试 验 验 证 ，取 发 送端的放大系数为 1/4， 接收端的放大系数为 3，车 载设备同理。
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Automation ＆ Instrumentation 2012(1)
总线与网络
TXEN TXDATA TXSYNC TXSGNAL
图 3 数据帧发送时序图 Fig.3 Transmitter timing
CMX469A 与 微 处 理 器 MC9S12DP256 的 接 收 接口电路，由接收允许控制线 RXEN、接收同步时钟 线 TXSYNC、载波检测端口 Carrier Detect，同步接收 数据线 CLOCKED DATA 组成。 接收时序图如图 4 所示。 当 RXEN 为高电平接收使能，且 Carrier Detect=1， 表 示 检 测 到 有 效 的 模 拟 信 号 输 入 ， 此 时 RXSIGNAL 将 在 时 钟 信 号 TXSYNC 的 上 升 沿 被 采 样。当传输速率为 1200b/s，RXSIGNAL 上 1200Hz 的 正弦波被转换成 CLOCKED DATA 的逻辑高电平， 1800Hz 的正弦波则被转换成低电平。 微处理器通过 读取 RXDATA 的状态， 从而解读这些数据帧。 若 Carrier Detect=0，输入信号无效；RXEN=0 接收功能 禁止，此时使能发送端口进行数据发送，发送完成
2 硬件接口电路设计
列尾装置无线通信系统的概略图如图 1 所示。
无线通信
GP3688 CMX469AE2 MC9S12DP256
列尾装置
GP3688 CMX469AE2 MC9S12DP256
车载设备
图 1 列尾装置无线通信系统概略图 Fig.1 Principle of the system
由图1可知，列尾装置由微处理器MC9S12DP256、 调制解调芯片CMX469A，电台模块GP3688三部分组 成，车载设备同理。 电台模块GP3688是MOTOROLA 公司为铁道无线通信定做的产品，完全适用于铁路 行业的各种工作环境及恶劣气候条件。 它可以运行 在多个工作Байду номын сангаас段，采用 Microsoft Windows 中文编程 软 件 ， 设 定 其 工 作 频 率 为 450MHz， 符 合 铁 道 行 业 标 准[1]。
1 CMX469A 主要特点及功能说明
CMX469A 是英国 CML 公司的全双工调制解调
收 稿 日 期 ：2011-08-30 ；修 订 日 期 ：2011-09-30 作 者 简 介 ：王 坤 （1985-），男 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 电 力 机 车 与 交 流 传 动 ；潘 峰 （1974-），男 ，副 教 授 ，研 究 方 向 为 直 接
Design of Wireless Communication System for End -of -train Safety Equipment Based on CMX469A
WANG Kun，PAN Feng，HAN Ru-cheng
（College of Electronic Information Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China） Abstract：As we all know，it is a basic national policy to carry the coal from the west to the east. In this paper，we have designed a wireless communication system of End-of-train safety equipment for a local heavy freight railway， which is based on a modem chips IC-CMX469A. This paper illustrated the design of hardware，software communication protocol and error control coding technology. Finally，the equipment have run more than 600 times，which accumulated about 150000 kilometers，and showed a superior performance than others，which proved the success. Key words：End-of-train safety equipment；wireless communication system；CMX469A；CRC；BCH
转矩控制、交流传动及智能控制等；韩如成（1959-），男，教授，硕士研究生导师，研究方向为直接转 矩 控 制 、谐 波 抑制与无功补偿等。
自动化与仪表 2012(1)
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总线与网络
芯 片[3]，它 采 用 CMOS 工 艺 制 造 ，工 作 电 压 为 2.7V～ 5.5V。 数 据 传 输 速 率 可 设 定 为 1200b/s、2400b/s、 4800b/s，在 这 三 种 波 特 率 下 ，逻 辑 高 低 电 平 频 率 分 别 为 1200/1800Hz、1200/2400Hz、2400/4800Hz。 此 外，它还可以选晶振时钟为 1.008MHz 或 4.032MHz； 但 传 输 速 率 为 4800b/s 时 ， 外 接 晶 振 时 钟 必 须 为 4.032MHz。