张同杰

摘 要:介绍一种基于CMX869调制解调芯片的远程控制实现方案,通过采用QAM调制方式对数字信号进行调制并远程传输,结合终端控制软件,实现远程数据采集和控制的功能,可以广泛应用于企业或家庭的专用自动化网络建设。将从硬件平台设计和软件实现两方面介绍该方案低成本、高性能、易开发、适应性强的特点。

关键词:调制解调芯片CMX869;QAM;V.32bis;C-Bus;89X51单片机;Cx51

中图分类号:文献标识码:A

文章编号: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

随着社会的高速发展,工业领域内各种控制设备自动化程度越来越高,使用范围也越来越广,这就使得很多自动化相关的技术也渗透到了老百姓的日常生活,通过有线网络实现对设备的远程操作,将极大地提高工作效率,降低人力成本,因此各种网络化的需求越来越高[1]。

众所周知,在构建一个小区远程控制网络时,其实现方案有两种:当终端距离较近时采用以太网传输;当距离较远时,采用光纤或调制解调传输。由于采用以太网和光纤传输在线路的中继和铺设成本,以及对现有电器设备要求较高,对小区远程控制这种数据量不太大、实时性较高的需求,以太网和光纤传输并不是最优的解决方案[2]。采用调制解调方案,从调制解调的底层协议栈开始开发是很复杂的,而使用目前市面上功能相对单一的通用调制解调产品构建专用网络的时候,又会增加网络的复杂程度,且不提供用户编程接口,给集中式管理和维护造成不必要的麻烦。本文将介绍一种介于上述两种方案之间的小区远程控制网络实现方案,有完善稳定的V.32bis协议栈,是一种低成本、高性能、易开发、适应性强的控制实现方案。

1 基于高性能调制解调芯片CMX869的硬件设计方案

本方案采用CML公司的CMX869调制解调芯片[3]作为核心器件,它的主要特点有:

传输速度快 普通调制解调芯片也可以用于网络控制,但是其调制方式和传输速度制约了使用范围。CMX869采用C-Bus串口总线[4]和全双工QAM(正交幅度调制)调制方式[5],并向下兼容FSK(频移键控),串口总线时钟频率最高可达5 MHz,调制传输速率最高可达28.8 Kb/s。

传输性能好 兼容程控交换网络,提供带回波抵消的2/4线传输接口,发送电路信号强度为0.5 dBm,接收电路接收灵敏度可达-30 dBm,在使用典型超5类双绞线无中继情况下,传输距离大于4 km。同时可自动检测线路质量并实时调整,适宜远距传输。

资源丰富 通过C-BUS串口总线可访问多个命令和状态可读写寄存器资源,并提供完善稳定的V.32bis协议栈,调用方便。

低功耗 采用3.3 V低压工作模式,通过编程可自动中断已建立的空闲连接,处于省电工作模式时消耗极低的电流,当串口接收到数据时,可自动返回到正常工作模式,有选择的建立连接,适用于低功耗要求的应用。

环境适应性好 CMX869 的存储温度在-55～+125 ℃之间,工作温度在-40～+85 ℃之间,适宜严寒和酷热环境的室外工作。

方案实现原理和核心电路如图1,图2所示,主要完成控制数字信号和传输模拟信号的选通与转换。管理终端通过接口扩展单元对业务进行选通使能[6],由控制单元MCU把控制命令通过CMX869调制后,送往远端CMX869解调,待远端控制单元采集到需求的业务数据后,再通过原路径把数据送回到管理终端。

图1 方案原理框图

图2 核心电路图

2 软件实现流程

本方案的另一个特点是软件开发简单,因为CMX869对外提供了丰富的命令和状态可读写寄存器资源,以及完善稳定的V.32bis协议栈,开发人员只需在控制单元的89X51系列单片机[7]上进行汇编语言或C语言编程[8],通过调用构造的函数对各寄存器的设置和读写,就可以完成对CMX869状态的控制和数据的收发,缩短了软件开发和调试的周期。

由于CMX869功能和协议封装相对独立,开发人员只需要熟悉其特定寄存器的读写和单片机CX51程序编写[9]就可以实现网络互连。本方案的软件主要包括管理终端软件和远端控制软件,实现从管理终端控制单元串口,把业务查询指令发送到CMX869接口,经过调制解调,将数据转发到远端控制单元串口,再由远端控制单元把采集到的数据经原路径回传到管理终端控制单元串口。串口使用的波特率是115.2 Kb/s,传输协议采用V.32bis协议。图3是软件实现流程图。

图3 软件流程图

本方案中实现功能用到的主要函数如下:

(1) IinitCMX869函数

Return=IinitCMX869(Mode,Speed)

用途:对CMX869进行初始化。

参数类型含义

ModeInt设定CMX869调制编码模式

SpeedInt设定CMX869调制编码速率

返回值Int出错时返回-1,成功返回0

(2) Read16Data函数

ReceiveData=Read16Data(Address);

用途:从特定寄存器中读出数据。

参数类型含义

AddressIntCMX869寄存器地址族,包括收数据寄存器、状态寄存器和QAM状态寄存器,根据需要选取访问

返回值Int从特定寄存器读出的数据

(3) Write16Data函数

CommOrData=Write16Data(Address,Data);

用途:向特定寄存器中写入数据。

参数类型含义

AddressIntCMX869寄存器地址族,包括通用控制寄存器、收/发模式寄存器、发数据寄存器、编程寄存器和QAM命令寄存器,根据需要选取访问

DataInt送往特定寄存器的数据或命令

返回值Int出错时返回-1,成功返回0

(4) CMX869Coding函数

ReturnTxCode=CMX869Coding();

用途:将从CMX869串口接收到的数据调制编码向远端发送。

参数类型含义

返回值Int出错时返回-1,成功返回0

(5) CMX869Decode函数

ReturnRxCode=CMX869Decode();

用途:对CMX869接收的调制信号进行解调。

参数类型含义

返回值Int出错时返回-1,成功返回0

3 仿真测试平台及结果

将本方案的模块按图4所示搭建仿真测试平台,通过计算机串口数据测试工具和模拟终端管理软件(Visual Basic语言编写[10])收发并比对数据包完成仿真测试。CMX869测试板串口速率为115.2 Kb/s,调制解调速率为28.8 Kb/s,计算机串口1和串口2波特率均配置为为115.2 Kb/s。图5为模拟终端管理软件测试结果。串口数据测试工具测试结果见表1。

图4 仿真测试平台原理框图

图5 模拟终端管理软件测试图

表1 串口数据测试工具测试结果

数据流向发送

间隔 /ms长度

/B包数

/包接收包数 /包误包率

计算机串口1发数据,经CMX869测试板(主)调制、CMX869测试板(从)解调后,从计算机串口2收回数据

501001001000

1003001001000

计算机串口2发数据,经CMX869测试板(从)调制、CMX869测试板(主)解调后,从计算机串口1收回数据

501001001000

1003001001000

4 结 语

基于本方案设计的CMX869调制解调模块已经在工程中使用,其优异的数传和控制性能已得到验证,并且能够适应工业使用的苛刻环境。本方案实现简单,适用于对成本要求低、气候条件恶劣、远端无人值守、且传输数据量不太大和实时性较高的应用,如保密系统专线、远程控制管理、远程仪表读取、环境气象数据采集、POS终端、电话线数据传输及家庭安防等。

参考文献

[1]陈在平.工业控制网络与现场总线技术[M].北京:国防工业出版社,2006.

[2]杨卫东.网络系统集成与工程设计[M].2版.北京:科学出版社,2005.

[3]CML Microcircuits (UK) Ltd,CMX869 Low Power V.32bis Modem Datasheet[EB/OL].http://www.cmlmicro.com,2008.

[4]何立民.I2C总线应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995.

[5]刘聪锋.高效数字调制技术及其应用[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[6][美] John F Wakerly.数字设计原理与实践[M].3版.北京:机械工业出版社,2004.

[7]王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[8]谭浩强.C程序设计[M].2版.北京:清华大学出版社,2000.

[9]王为青,程国钢.单片机Keil CX51应用开发技术[M].北京:人民邮电出版社,2007.

[10]周霭如,官士鸿.Visual Basic程序设计教程[M].北京:清华大学出版社,2000.