具有人機界面的衛星數據機控制電路的製作方法
2023-10-09 01:04:14 2
具有人機界面的衛星數據機控制電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有人機界面的衛星數據機控制電路，包括AC-DC電源模塊、嵌入式控制晶片MCU模塊、射頻與邏輯電路FPGA模塊和人機界面模塊；所述AC-DC電源模塊為所述控制電路提供電源，所述MCU模塊接收所述人機界面的信號，採集各項參數，與所述FPGA模塊通過SPI控制線和數據總線與所述FPGA模塊進行數據交換，實時監控所述FPGA模塊的射頻指標，並對所述FPGA模塊的發射功率和衰減值進行補償計算。本發明提供的具有人機界面的衛星數據機控制電路實現了對衛星調製解調的射頻邏輯部分電路的射頻指標的實時監控，並以人機界面顯示出來，實現了人機互動，方便了系統的維修、維護與升級操作。
【專利說明】具有人機界面的衛星數據機控制電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及數據傳輸【技術領域】，尤其涉及一種具有人機界面的衛星數據機控制電路。
【背景技術】
[0002]衛星通信包括空間站和地面站兩部分。空間站以衛星為主體，地面站包括了支持用戶訪問衛星轉發器，並實現用戶間通信能力的所有設施，衛星數據機就是其中之一。作為用戶和衛星之間的橋梁，衛星數據機非常重要。
[0003]目前常用的數據機為comtec570，在調製解調方式上僅實現了 BPSK，而QPSK和16QAM調製方式尚沒有實現。另外，在數據機使用過程中，需要對衛星數據機的各項功能進行實時監控，了解衛星數據機的各項工作狀態，並通過外接人機界面模塊事實顯示出。目前已存在的衛星數據機在使用過程中，無法與外部設備進行實時數據交換，為現場工作人員調試帶來很大的困難，而且系統維護和軟體改進都非常不便。
【發明內容】
[0004]有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種具有人機界面的衛星數據機的控制電路，以實現對衛星數據機的實時監控並通過人機界面與用戶進行交互。
[0005]為實現上述目的，本發明提供了一種具有人機界面的衛星數據機控制電路，包括AC-DC電源模塊、嵌入式控制晶片MCU模塊、射頻與邏輯電路FPGA模塊和人機界面模塊，其特徵在於，所述電源模塊輸入220V交流電，輸出24V直流電，給所述控制電路供電，所述MCU模塊包括數模轉換和模數轉換單元，所述MCU模塊通過RS232串口連接所述人機界面，通過通信接口連接外部設備，接收所述人機界面或所述外部設備的監控命令，通過所述數模轉換和模數轉換單元採集電源電壓、電流、溫度參數，通過SPI控制線和數據總線與所述FPGA模塊進行數據交換，對所述FPGA模塊的發射功率、衰減值、頻率、誤碼率、接收靈敏度、上下變頻狀態進行實時監控，並通過查詢溫度表、頻率表，結合誤碼率、接收靈敏度參數，對所述FPGA模塊的發射功率和衰減值進行補償計算。
[0006]所述MCU模塊接收到所述人機界面信號後，通過數模轉換和模數轉換單元採集相關參數，與所述FPGA模塊進行數據交換，對所述FPGA的發射功率、衰減值、頻率、誤碼率、接收靈敏度、上下變頻狀態進行實時監控，並通過查詢溫度表、頻率表，再結合誤碼率、接收靈敏度參數，對所述FPGA模塊的發射功率和衰減值進行補償計算或參數微調。
[0007]進一步地，所述AC-DC電源模塊將220V交流電轉換為24V，並分成6個不同支路給所述控制電路供電。
[0008]進一步地，所述嵌入式控制晶片MCU模塊為LPC2468晶片。
[0009]進一步地，所述通訊接口為串口、程序燒寫調試接口或10/100M網口。
[0010]進一步地，所述控制電路還包括測試接口。[0011]進一步地，所述控制電路還包括IIC (集成電路總線)接口數據存儲晶片，用於臨時數據的緩衝、存儲和預讀。
[0012]進一步地，所述控制電路還包括輸出接口，包括串口、網口、USB 口或El接口等。
[0013]進一步地，所述控制電路還包括通訊耦合電路，實現多信號的調製。
[0014]進一步地，所述控制電路還包括晶振輸出電路，採用高精度恆溫晶振，所述高精度是指所述恆溫晶振的頻率準確度≤±0.01ppm@25°C、溫度頻率穩定度為±0.0Olppm，所述MCU模塊、FPGA模塊以及所述數據機調製電路組件共用所述晶振輸出電路提供的晶振源。
[0015]進一步地，所述控制電路還包括USB接口。
[0016]進一步地，所述控制電路還包括串口調試通道。
[0017]進一步地，所述FPGA模塊由FPGA晶片、本振、RX/TX射頻電路和PLL晶片組成。
[0018]本發明提供的具有人機界面衛星數據機控制電路實現了對衛星調製解調的射頻邏輯部分電路的射頻指標的實時監控，能夠根據監控所得到的各項參數來進行溫度、頻率的補償計算，並以此達到快速調整射頻輸出功率和中頻接收功率到一個較為理想的範圍內，從而解決了不同的環境與溫度對設備各項射頻指標的影響，使其能夠始終工作在一個較為穩定的狀態中。並提供了一組以人機界面為主，各外設界面為輔助的完善通信環境，用戶可以根據需要，對系統進行配置、管理以及監控。並可將一些重要的實時參數轉化成電壓輸出甚至可以形成報表輸出到外設或存儲設備，以方便工程人員和維修人員進行參考。能僅利用U盤這種簡單的外部存儲器對設備進行軟體升級和更新。又同時具有電路簡潔、可靠性強、成本低廉的特點。
[0019]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的一個較佳實施例的電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本發明具有人機界面的衛星數據機控制電路包括為控制電路板供電的AC-DC電源模塊、用於實時監控和調整的嵌入式控制晶片MCU模塊、用於射頻收發的射頻與邏輯電路FPGA模塊，以及用於人機互動的人機界面模塊。MCU模塊包括數模轉換和模數轉換單元，MCU模塊通過RS232串口與人機界面進行通訊，通過數模轉換和模數轉換單元採集所述數據機的各項參數，通過SPI控制線和數據總線與FPGA模塊進行數據交換，對FPGA模塊的射頻指標進行實時監控，根據監控所得到的各項參數對所述FPGA模塊的溫度和頻率進行補償計算。
[0022]其中，AC-DC電源模塊將市電220V轉換為24V，整個控制電路均從電源模塊直接取電，只需一路40?24V的輸入電壓，就可以分成6路不同需求的電壓對電路各部分進行供電，且電源電路經過良好的濾波處理，儘量降低噪聲及紋波的影響，從而進一步降低輸入電源的實際功耗。對於電路總體功耗、噪聲幹擾等指標起到至關重要的作用。
[0023]MCU模塊使用LPC2468晶片作為MCU，該晶片中集成了 Flash、EEPROM、RAM、外部存儲控制器、ADC、SC1、SP1、USB接口等多種功能設備與接口，不僅大大簡化了電路，節約了成本，而且提高了運行的可靠性和穩定性。MCU模塊的作用如下:
[0024](I)在一般工作環境下，未檢測到外部設備的接入，則控制電路默認以人機界面為默認通訊輸出接口。如有外部設備接入，則以該設備為主設備進行通訊，人機界面鎖定。當U盤或類似外部存儲介質插入USB接口後，則可通過人機界面選項來進行軟體更新升級。
[0025](2)當電路確定通信接口之後，則響應相應設備的監控命令，根據AD採集到的電源電壓、電流、溫度參數等各項參數，又根據本地射頻參數表及遠程配置文件來配置室外單元的各項射頻參數、設備信息、模數轉換數據對照表、溫度補償表、功率修正的各項參數來進行功率頻率的補償。
[0026](3)實時採集控制板及射頻板的多點溫度值，並計算出一個較為合理的實時溫度，通過溫度補償表，確定各項溫度補償值。再根據當前頻率，對照溫度頻率表，確定該溫度下的頻率補償值。最後將兩個補償值與當前採集的功率電壓結合計算，確定當前ODU需要達到的發射功率目標電平值。
[0027](4)提供一個快速精確的算法控制，根據發射功率目標電平值通過控制4組射頻通路數字衰減器(SPI到FPGA邏輯電路進行控制)來快速調整並穩定實際輸出功率值。從而保證了在不同環境、溫度和頻率的情況下，其輸出功率始終能夠保持在一個穩定的工作狀態。
[0028](5)通過模數轉換(AD)實時高速採集中頻接收功率電平信號，得到當前接收功率值，並對應MCU中的接收功率表，結合溫度及頻率補償值進行計算，最終確定中頻接收功率目標電平值，MCU根據該值並通過控制4組射頻通路數字衰減器來快速調整並穩定實際中頻接收功率值。
[0029](6)實時採集各路射頻、中頻信號，對射頻、邏輯電話的發射功率、衰減值、頻率、誤碼率、接收靈敏度、上下變頻狀態進行實時監控，對照相關的溫度表、頻率表，再結合誤碼率、接收靈敏度等參數並進行溫度、頻率的補償計算或參數微調，MCU將會根據要求判斷當前電路是否工作正常，一旦發現異常情況則及時產生相應的告警標誌，一方面通知當前通訊設備，另一方面亮起相應的告警小燈。
[0030](7)實時監測各路鎖相環狀態，MCU模塊將會根據要求判斷當前PLL電路部分是否工作正常，一旦發現異常情況則及時產生相應的告警標誌，一方面通知當前通訊設備，另一方面亮起相應的告警小燈。
[0031](8)為邏輯電路的FPGA主晶片進行邏輯燒寫。每次開電以及必要情況下，MCU可利用FPGA的PS下載方式，對FPGA進行程序的寫入。用戶就可以以此很方便的利用同一個文件同一個U盤存儲器同一個USB接口完成整個系統的包括MCU的控制部分包括FPGA的邏輯部分的所有軟體的升級和更新。
[0032]FPGA模塊內含FPGA晶片、本振、RX/TX射頻電路、PLL晶片等。該模塊完成射頻收發功能，以及對數據進行調製解調算法處理等功能，與控制電路板通過SPI控制線和數據總線進行數據交換。完成射頻收發功能，以及對數據進行調製解調算法處理等功能。MCU模塊和FPGA模塊之間的數據總線上可以連接有32M或64M快閃記憶體，用於存儲數據。
[0033]人機界面模塊中含有顯示屏和鍵盤，通過一個SPI總線或者RS232串口與控制電路連接，用戶可通過該界面的液晶顯示屏和鍵盤來對整個調製解調系統進行實時監控，實現人機界面的交互。同時，還能與外部設備進行實時數據交換。並且為方便工程人員現場調試，又備有一個額外的串口調試通道，以保證在一些特殊情況下，可使用特定調試軟體進行通訊調試，以達到直接調試衛星數據機的目的。且無論是人機界面或外部設備都必須具有隨時進行配置與控制的能力。現場操作人員還可以通過U盤等USB存儲器件，進行在線軟體升級等工作，方便以後的維護和軟體加強。
[0034]該控制電路的工作過程為:MCU模塊接收到人機界面或外部設備信號後，通過數模轉換和模數轉換單元採集相關參數後，與FPGA模塊進行數據交換，對FPGA的發射功率、衰減值、頻率、誤碼率、接收靈敏度、上下變頻狀態進行實時監控，並通過查詢溫度表、頻率表，再結合誤碼率、接收靈敏度參數，對所述射頻邏輯電路的發射功率和衰減值進行補償計算或參數微調。
[0035]該控制電路還包括一個通訊耦合電路，通過此電路能實現多信號的調製，最終達到本控制電路與BUC (上變頻功率放大器)、LNB (下變頻低噪聲放大器)之間的信息接收和發送的目的。這個設計方案使電源信號與射頻信號耦合到一條線路中。信號可以通過串口、程序燒寫調試接口、10/100M網口等方式輸入。
[0036]該控制電路還包括晶振輸出處理電路:採用高精度恆溫晶振，高精度是指其頻率準確度≤±0.01ppm@25°C、溫度頻率穩定度達±0.0Olppm,同時保證MCU、FPGA, PLL、調製電路、AD、DA多組件共用晶振源,在時鐘同步的基礎上相互之間做到零幹擾。
[0037]該控制電路電路提供一些可測試接口，用於產品研發及後期生產時自動化測試使用。還包括IIC接口的數據存儲晶片，用於臨時數據的緩衝、存儲和預讀。
[0038]該控制電路有額外的串口調試通道，以保證在一些特殊情況下，可使用特定調試軟體進行通訊調試，以達到直接調試衛星數據機的目的。且無論是人機界面或外部設備都必須具有隨時進行配置與控制的能力。現場操作人員還可以通過U盤等USB存儲器件，進行在線軟體升級等工作，方便以後的維護和軟體加強。
[0039]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種具有人機界面的衛星數據機控制電路，包括AC-DC電源模塊、嵌入式控制晶片MCU模塊、射頻與邏輯電路FPGA模塊和人機界面模塊，其特徵在於，所述AC-DC電源模塊輸入220V交流電，輸出24V直流電，給所述控制電路供電，所述MCU模塊包括數模轉換和模數轉換單元，所述MCU模塊通過RS232串口連接所述人機界面，通過通信接口連接外部設備，接收所述人機界面或所述外部設備的監控命令，使用所述數模轉換和模數轉換單元採集電源電壓、電流、溫度參數，通過SPI控制線和數據總線與所述FPGA模塊進行數據交換，對所述FPGA模塊的發射功率、衰減值、頻率、誤碼率、接收靈敏度、上下變頻狀態進行實時監控，並通過查詢溫度表、頻率表，結合誤碼率、接收靈敏度參數，對所述FPGA模塊的發射功率和衰減值進行補償計算。
2.如權利要求1所述的具有人機界面的衛星數據機控制電路，其中所述通訊接口為串口、程序燒寫調試接口或10/100M網口。
3.如權利要求1所述的具有人機界面的衛星數據機控制電路，其中所述MCU模塊為LPC2468晶片。
4.如權利要求1所述的具有人機界面的衛星數據機控制電路，其中所述控制電路包括晶振輸出電路， 採用高精度恆溫晶振，其頻率準確度彡±0.01ppmi25°C、溫度頻率穩定度為±0.0Olppm，所述MCU模塊、FPGA模塊以及所述數據機調製電路組件共用所述晶振輸出電路提供的晶振源。
5.如權利要求1所述的具有人機界面的衛星數據機控制電路，其中所述控制電路包括USB接口。
6.如權利要求1所述的具有人機界面的衛星數據機控制電路，其中所述控制電路包括串口調試通道。
7.如權利要求1所述的具有人機界面的衛星數據機控制電路，其中所述FPGA模塊由FPGA晶片、本振、RX/TX射頻電路和PLL晶片組成。
【文檔編號】H04B7/185GK103427896SQ201310338240
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月5日 優先權日:2013年8月5日
【發明者】汪家齊, 薛雷, 肖長春, 戴磊 申請人:上海靈亨信息技術有限公司