无线数传电台

方案所介绍的全双工数传电台主要采用频分双工(FDD-Frequency Division Duplexing)工作方式。它主要由接收单元、激励器单元、功放单元、控制单元、电源单元、基带单元六部分组成。

图1 数传电台结构原理框图

激励器单元

激励单元完成射频信号的调制和音频信号的处理，即把要调制的话音、数据送到VC0调制并进行电压放大。它由话放处理、数字锁相环、压控振荡器、电压放大器、功率调整电路、电源电路组成。图2所示是激励器单元的组成框图。图中，麦克风送来的微弱信号首先送给话放处理电路，以进行话音放大、滤波、预加重等信号处理，然后经过电子开关送给压控振荡器进行直接调频，同时将基带处理后的数字信号也经过电子开关切换后送给压控振荡器进行直接调频。锁相环路可选用快恢复二极管来提高锁相环路的锁定速度，环路滤波器可选用无源比例积分滤波器，VCO则采用模块化设计。数字锁相环芯片采用日本富士通的MBl504H集成电路芯片，该芯片集成化程度高、体积小，特别是其泵电源高达8 V，可相对降低VCO的压控灵敏度。为了减小发射机在较宽温度范围内的频率变化，建议采用温补晶体振荡器作基准频率。由于VCO输出的信号较弱，只有数个毫瓦，故可经过功分后，将一路送给鉴相器与基准频率进行比较，并产生误差电压以控制VCO的频率至设定频点，另一路送给电压放大器，然后经三级放大处理，使其能够推动功放电路工作。

图2 激励器单元原理框图

考虑到一般需要外接蓄电池作为电源，激励器电源输入可采用7809三端稳压器稳压，以提供较宽的电压动态范围。同时，也可采用多级LC滤波来改善稳压和降噪效果。

功放单元

功放单元的主要任务是把激励器送来的射频信号经功放模块放大到44 dBm，然后经过低通滤波器滤除高次谐波后送给双工器，最后通过天线发射出去。如果天线出现开路或短路，那么功率将反射回来，此时检测电路将进行检波，然后比较放大，再送一个信号给MCU，由MCU控制相关电路关断功放，以达到保护功放模块的目的。功放电路的组成如图3所示。

图3 功放单元组成框图

接收机单元

接收单元可完成射频信号的解调和音频信号的处理。它一般由滤波器、选择回路、高放、双平衡混频器、一中放、二中放组成。其中二中放由二本振、二混频、鉴相器、静噪控制电路组成，混频器中的一中频为21.4 MHz，二中频为455 KHz，混频方式为外差式。

当射频信号经天线送到双工器后，再经过第一级带通滤波器滤波，并经限幅后将送给高放电路。然后进入第二级带通滤波器滤波，最后送给双平衡混频器混频。限幅电路的作用是防止强干扰信号损坏高放前端组件。

高放电路一般采用双调谐回路和一级放大形式，输入输出回路均采用抽头形式可使电路匹配、增益兼顾。高放管可选用低噪声管2SC3356，其特点是具有很低的噪声和较高的功率增益。经高放放大的信号再与压控送来的第一本振信号经过双平衡混频器进行混频。2SC3356是集成组件，特点是噪声低，高次组合少。一为21.4MHz的信号经过两级中频放大后，可送到中放集成电路TA31136FN，与20.945 MHz晶体振荡器产生的二本振进行混频，而混出的455 kHz二中频信号，则经过455 kHz陶瓷滤波器滤波后，通过二中放的5脚输入。限幅放大器的输出可在内部直接驱动，并在外部通过相移线圈完成鉴频，鉴频输出的音频信号由9脚输出。该信号一路经电子开关送给去加重、滤波、放大后送给扬声器还原声音。另一路经过滤波后送给基带信号处理器。

图4 接收机单元原理框图

电源设计

通过系统电源可对外接直流电源进行滤波、反极性保护等处理，然后输出稳定的电源电压，同时，电源还必须进行必要的短路和过流保护。系统电源可外接+12 V直流电，然后通过反极性保护电路，来防止电源接反。再经过多级LC滤波电路来滤除各种杂波和高低频交流干扰后，送到电源继电器，由继电器控制面板电源开关，来开关整机电源。其电源电路的结构原理图如图5所示。

图5 系统电源结构框图

控制和基带单元

控制单元以ATMEGA64为核心来完成本机工作状态的控制，包括收发信机的频合数据，面板显示器、键盘的控制，工作频段控制，数传以及话音通信状态的控制等。

基带单元则负责处理本机和计算机终端的数据交换。它以DSP芯片ADSP-2185M为核心，并以单片机AT90S8515以及CPLD复杂可编程逻辑器件来组成控制和接口电路。同时以数模和模数转换，以及运算放大器等构成信号与电台的接口电路。基带单元则采用DSP进行数字信号的调制与解调。图6给出了基带单元的构成原理框图。

图6 基带单元原理框图

电气SCADA系统

无人机系统

电气分布自动化

交通控制系统

石油/天然气生产过程自动化

工业自动化过程控制

水处理

相比较而言，用无线数传模块建立专用无线数据传输方式比其它方式具有如下优点，下面介绍一下用无线数传模块建立专用无线数据传输方式相比于有线通讯的优点。

有线通信方式的建立必须架设电缆，或挖掘电缆沟，因此需要大量的人力和物力;而用无线数传电台建立专用无线数据传输方式则无需架设电缆或挖掘电缆沟，只需要在每个终端连接无线数传电台和架设适当高度的天线就可以了。相比之下用无线数传模块建立专用无线数据传输方式，节省了人力物力，投资是相当节省的。

当然在一些近距离的数据通讯系统中，无线的通讯方式并不比有线的方式成本低，但是有时候实际的现场环境难以布线，客户根据现场环境的需要还是会选用无线的方式来实现通讯。

当要把相距数公里到数十公里距离的远程站点相互连接通讯的时候，采用有线的方式，必须架设长距离的电缆或者挖掘漫长的电缆沟，这个工程周期可能就需要数个月的时间，而用数传模块建立专用无线数据传输的方式，只需要架设适当高度的天线，工程周期只需要几天或者几周就可以，相比之下，无线的方式可以迅速组建起通信链路，工程周期大大缩短。

有线通讯的局限性太大，在遇到一些特殊的应用环境，比如遇到山地、湖泊、林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候，将对有线网络的布线工程有着极强的制约力，而用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将不受这些限制，所以说用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将比有线通讯有更好的更广泛的适应性，几乎不受地理环境限制。

在用户组建好一个通讯网络之后，常常因为系统的需要增加新的设备。如果采用有线的方式，需要重新的布线，施工比较麻烦，而且还有可能破坏原来的通讯线路，但是如果采用无线数传电台建立专用无线数据传输方式，只需将新增设备与无线数传电台相连接就可以实现系统的扩充了，相比之下有更好的扩展性。

无线数传电台是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的无线数据传输电台。区别与模拟调频电台加MODEM的模拟式数传电台，数字电台提供透明RS232接口，传输速率19.2Kbps，收发转换时间小10ms，具有场强、温度、电压等指示，误码统计、状态告警、网络管理等功能。无线数传电台作为一种通讯媒介，与光纤、微波、明线一样，有一定的适用范围:它提供某些特殊条件下专网中监控信号的实时、可靠的数据传输，具有成本低、安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、覆盖范围远的特点，适合点多而分散、地理环境复杂等场合。

一、概述1主要特点:

●载波频率: 433MHz， 450MHz，470MHz等ISM频点; ●多种可选的通讯接口:RS-232、TTL、 RS-485、USB;●8个通讯信道，也可根据客户要求扩展;

●传输数率:1200、2400、4800、9600、19200、38400bps;

●数据格式:8N1/8E1/8O1(也可提供其它格式，如9位数据位);

●提供方波传输功能，方便非标的编码客户使用;

●收发一体，半双工工作模式;

●低功耗，并具有休眠功能;

●工作温度:-35℃ ~ +75℃(工业级);

●天线阻抗:50Ω(标配为SMA，可定制);●符合EN 300220 and ARIB STD-T67标准。

2、无线模块的应用领域:

水、电、气等无线抄表系统;

楼宇自动化、安防、机房设备无线监控、门禁系统;

无线呼叫系统、无线排队机、医疗器皿;

无线POS、PDA ;

无线数据传输，自动化数据采集系统(SCADA系统);

无线LED显示屏、抢答器等、智能交通;

RS-485总线转为无线通讯。

应用案例:

用户首先关心的是传输距离问题，距离其实不是问题。近则采用433MHz频段无线数据终端DTD433，远则选用GPRS透明传输数据终端DTP_S09F。所谓"近"，指3公里以内可以覆盖大多数厂矿;所谓"远"，是指通讯距离超过3公里，甚至跨越不同地域以及不同国家，好在中国移动网络已经覆盖了全球，所以距离不是问题。DTP_S09F与DTD433远近结合可以满足绝大部分无线测控的要求。

◆多台PLC之间的无线通信方案

多台西门子S7_200之间的无线MODBUS通信设计说明，具有设计说明及PLC主机和从机的程序。

多台三菱PLC之间的无线N:N通信设计，汇川PLC与三菱PLC方案一样。

两个台达PLC之间的MODBUS无线通信例程，程序源代码和设计说明。

◆无线PLC数据终端与无线MODBUS测控终端的连接应用

PLC与3公里以内4DI/4DO无线开关量终端DTD433H以及4AI/4AO无线模拟量终端DTD433F进行MODBUS协议无线通信，实现无线MODBUS传输。

◆触摸屏与PLC的无线通信方案

西门子200PLC和无线PLC数据终端与深圳步科触摸屏的无线通信;

威纶触摸屏与S7-200的无线PPI通信;

昆仑通态触摸屏MCGS与PLC的无线通信;

Autoface触摸屏与西门子PLC的无线MODBUS通信;

显控触摸屏无线通信实例;

运行触摸屏组态程序，能采用MODBUS协议，西门子PPI协议，三菱N:N协议，永宏PLC协议，台达PLC协议等。

◆组态软件与PLC的无线通信方案

组态王软件与西门子PLC的无线PPI、MODBUS通信;

力控组态软件与西门子PLC的无线通信;

3、无线模块的详细规格:

供电电源: DC 5V (可根据用户要求定制);

输出功率: ≤500mW;(可根据用户要求定制)

接收电流: <28mA(TTL接口);

接收灵敏度:-123dBm (1200bps) ;

-118dBm (9600bps)

发射电流: <350mA;

休眠电流: <20uA;

传输距离:2km 以上(BER=10-5@9600bps,标配10cm天线，空旷地，天线高度1.5m);

3Km 以上(BER=10-5@1200bps,标配10cm天线，空旷地，天线高度1.5m);

外型尺寸:80mm×45mm×20mm (不包括天线接头 )。

1、 320无线传输模块一只。

2、 DB九头。

3、 鞭状天线一支(约10cm)

4、可选配件:

1、 RS-232接口编程连接线。(方便用户通过电脑的232接口对模块参数进行设置)

2、 USB接口编程联接线。(方便用户通过电脑的USB接口对模块参数进行设置)

3、 数据传输测试设备。(方便用户在选型或实际使用中对模块进行测试)

4、 可选天线。(用户可跟据自己的实际使用情况，选择适合自己的天线，使通讯效果达到最佳)

1、为达到最好的通讯效果，请尽量使用纹波系数较小的电源，电源的最大电流应该大于模块最大电流的1.5倍。

2、TTL、RS-485、RS-232三种接口只能选其一。

3、传输数率分为:接口数率:用户可通过PC软件更改;

空中数率:空中数率需要用户在定货时说明。

4、当接口SLEEP 为低时，模块将进入休眠模式。在此模式下，将不能进行数据的收发。当SLEEP 为高或悬空时150mS后，模块进入工作状态。(如不需要休眠功能，此脚悬空)

数据传输可以简单地分为有线(包括架设光缆、电缆或租用电信专线)和无线(分为建立专用无线数据传输系统(433/470mMHZ频段和2.4G等免费ISM频段)或借用CDPD、 GSM、CDMA 等公用网信息平台)两大类方式。