具有人机界面的卫星调制解调器控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有人机界面的卫星调制解调器控制电路，包括AC-DC电源模块、嵌入式控制芯片MCU模块、射频与逻辑电路FPGA模块和人机界面模块；所述AC-DC电源模块为所述控制电路提供电源，所述MCU模块接收所述人机界面的信号，采集各项参数，与所述FPGA模块通过SPI控制线和数据总线与所述FPGA模块进行数据交换，实时监控所述FPGA模块的射频指标，并对所述FPGA模块的发射功率和衰减值进行补偿计算。本发明提供的具有人机界面的卫星调制解调器控制电路实现了对卫星调制解调的射频逻辑部分电路的射频指标的实时监控，并以人机界面显示出来，实现了人机交互，方便了系统的维修、维护与升级操作。
【专利说明】具有人机界面的卫星调制解调器控制电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据传输【技术领域】，尤其涉及一种具有人机界面的卫星调制解调器控制电路。
【背景技术】
[0002]卫星通信包括空间站和地面站两部分。空间站以卫星为主体，地面站包括了支持用户访问卫星转发器，并实现用户间通信能力的所有设施，卫星调制解调器就是其中之一。作为用户和卫星之间的桥梁，卫星调制解调器非常重要。
[0003]目前常用的调制解调器为comtec570，在调制解调方式上仅实现了 BPSK，而QPSK和16QAM调制方式尚没有实现。另外，在调制解调器使用过程中，需要对卫星调制解调器的各项功能进行实时监控，了解卫星调制解调器的各项工作状态，并通过外接人机界面模块事实显示出。目前已存在的卫星调制解调器在使用过程中，无法与外部设备进行实时数据交换，为现场工作人员调试带来很大的困难，而且系统维护和软件改进都非常不便。
【发明内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有人机界面的卫星调制解调器的控制电路，以实现对卫星调制解调器的实时监控并通过人机界面与用户进行交互。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种具有人机界面的卫星调制解调器控制电路，包括AC-DC电源模块、嵌入式控制芯片MCU模块、射频与逻辑电路FPGA模块和人机界面模块，其特征在于，所述电源模块输入220V交流电，输出24V直流电，给所述控制电路供电，所述MCU模块包括数模转换和模数转换单元，所述MCU模块通过RS232串口连接所述人机界面，通过通信接口连接外部设备，接收所述人机界面或所述外部设备的监控命令，通过所述数模转换和模数转换单元采集电源电压、电流、温度参数，通过SPI控制线和数据总线与所述FPGA模块进行数据交换，对所述FPGA模块的发射功率、衰减值、频率、误码率、接收灵敏度、上下变频状态进行实时监控，并通过查询温度表、频率表，结合误码率、接收灵敏度参数，对所述FPGA模块的发射功率和衰减值进行补偿计算。
[0006]所述MCU模块接收到所述人机界面信号后，通过数模转换和模数转换单元采集相关参数，与所述FPGA模块进行数据交换，对所述FPGA的发射功率、衰减值、频率、误码率、接收灵敏度、上下变频状态进行实时监控，并通过查询温度表、频率表，再结合误码率、接收灵敏度参数，对所述FPGA模块的发射功率和衰减值进行补偿计算或参数微调。
[0007]进一步地，所述AC-DC电源模块将220V交流电转换为24V，并分成6个不同支路给所述控制电路供电。
[0008]进一步地，所述嵌入式控制芯片MCU模块为LPC2468芯片。
[0009]进一步地，所述通讯接口为串口、程序烧写调试接口或10/100M网口。
[0010]进一步地，所述控制电路还包括测试接口。[0011]进一步地，所述控制电路还包括IIC (集成电路总线)接口数据存储芯片，用于临时数据的缓冲、存储和预读。
[0012]进一步地，所述控制电路还包括输出接口，包括串口、网口、USB 口或El接口等。
[0013]进一步地，所述控制电路还包括通讯耦合电路，实现多信号的调制。
[0014]进一步地，所述控制电路还包括晶振输出电路，采用高精度恒温晶振，所述高精度是指所述恒温晶振的频率准确度≤±0.01ppm@25°C、温度频率稳定度为±0.0Olppm，所述MCU模块、FPGA模块以及所述调制解调器调制电路组件共用所述晶振输出电路提供的晶振源。
[0015]进一步地，所述控制电路还包括USB接口。
[0016]进一步地，所述控制电路还包括串口调试通道。
[0017]进一步地，所述FPGA模块由FPGA芯片、本振、RX/TX射频电路和PLL芯片组成。
[0018]本发明提供的具有人机界面卫星调制解调器控制电路实现了对卫星调制解调的射频逻辑部分电路的射频指标的实时监控，能够根据监控所得到的各项参数来进行温度、频率的补偿计算，并以此达到快速调整射频输出功率和中频接收功率到一个较为理想的范围内，从而解决了不同的环境与温度对设备各项射频指标的影响，使其能够始终工作在一个较为稳定的状态中。并提供了一组以人机界面为主，各外设界面为辅助的完善通信环境，用户可以根据需要，对系统进行配置、管理以及监控。并可将一些重要的实时参数转化成电压输出甚至可以形成报表输出到外设或存储设备，以方便工程人员和维修人员进行参考。能仅利用U盘这种简单的外部存储器对设备进行软件升级和更新。又同时具有电路简洁、可靠性强、成本低廉的特点。
[0019]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的一个较佳实施例的电路原理框图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本发明具有人机界面的卫星调制解调器控制电路包括为控制电路板供电的AC-DC电源模块、用于实时监控和调整的嵌入式控制芯片MCU模块、用于射频收发的射频与逻辑电路FPGA模块，以及用于人机交互的人机界面模块。MCU模块包括数模转换和模数转换单元，MCU模块通过RS232串口与人机界面进行通讯，通过数模转换和模数转换单元采集所述调制解调器的各项参数，通过SPI控制线和数据总线与FPGA模块进行数据交换，对FPGA模块的射频指标进行实时监控，根据监控所得到的各项参数对所述FPGA模块的温度和频率进行补偿计算。
[0022]其中，AC-DC电源模块将市电220V转换为24V，整个控制电路均从电源模块直接取电，只需一路40?24V的输入电压，就可以分成6路不同需求的电压对电路各部分进行供电，且电源电路经过良好的滤波处理，尽量降低噪声及纹波的影响，从而进一步降低输入电源的实际功耗。对于电路总体功耗、噪声干扰等指标起到至关重要的作用。
[0023]MCU模块使用LPC2468芯片作为MCU，该芯片中集成了 Flash、EEPROM、RAM、外部存储控制器、ADC、SC1、SP1、USB接口等多种功能设备与接口，不仅大大简化了电路，节约了成本，而且提高了运行的可靠性和稳定性。MCU模块的作用如下:
[0024](I)在一般工作环境下，未检测到外部设备的接入，则控制电路默认以人机界面为默认通讯输出接口。如有外部设备接入，则以该设备为主设备进行通讯，人机界面锁定。当U盘或类似外部存储介质插入USB接口后，则可通过人机界面选项来进行软件更新升级。
[0025](2)当电路确定通信接口之后，则响应相应设备的监控命令，根据AD采集到的电源电压、电流、温度参数等各项参数，又根据本地射频参数表及远程配置文件来配置室外单元的各项射频参数、设备信息、模数转换数据对照表、温度补偿表、功率修正的各项参数来进行功率频率的补偿。
[0026](3)实时采集控制板及射频板的多点温度值，并计算出一个较为合理的实时温度，通过温度补偿表，确定各项温度补偿值。再根据当前频率，对照温度频率表，确定该温度下的频率补偿值。最后将两个补偿值与当前采集的功率电压结合计算，确定当前ODU需要达到的发射功率目标电平值。
[0027](4)提供一个快速精确的算法控制，根据发射功率目标电平值通过控制4组射频通路数字衰减器(SPI到FPGA逻辑电路进行控制)来快速调整并稳定实际输出功率值。从而保证了在不同环境、温度和频率的情况下，其输出功率始终能够保持在一个稳定的工作状态。
[0028](5)通过模数转换(AD)实时高速采集中频接收功率电平信号，得到当前接收功率值，并对应MCU中的接收功率表，结合温度及频率补偿值进行计算，最终确定中频接收功率目标电平值，MCU根据该值并通过控制4组射频通路数字衰减器来快速调整并稳定实际中频接收功率值。
[0029](6)实时采集各路射频、中频信号，对射频、逻辑电话的发射功率、衰减值、频率、误码率、接收灵敏度、上下变频状态进行实时监控，对照相关的温度表、频率表，再结合误码率、接收灵敏度等参数并进行温度、频率的补偿计算或参数微调，MCU将会根据要求判断当前电路是否工作正常，一旦发现异常情况则及时产生相应的告警标志，一方面通知当前通讯设备，另一方面亮起相应的告警小灯。
[0030](7)实时监测各路锁相环状态，MCU模块将会根据要求判断当前PLL电路部分是否工作正常，一旦发现异常情况则及时产生相应的告警标志，一方面通知当前通讯设备，另一方面亮起相应的告警小灯。
[0031](8)为逻辑电路的FPGA主芯片进行逻辑烧写。每次开电以及必要情况下，MCU可利用FPGA的PS下载方式，对FPGA进行程序的写入。用户就可以以此很方便的利用同一个文件同一个U盘存储器同一个USB接口完成整个系统的包括MCU的控制部分包括FPGA的逻辑部分的所有软件的升级和更新。
[0032]FPGA模块内含FPGA芯片、本振、RX/TX射频电路、PLL芯片等。该模块完成射频收发功能，以及对数据进行调制解调算法处理等功能，与控制电路板通过SPI控制线和数据总线进行数据交换。完成射频收发功能，以及对数据进行调制解调算法处理等功能。MCU模块和FPGA模块之间的数据总线上可以连接有32M或64M闪存，用于存储数据。
[0033]人机界面模块中含有显示屏和键盘，通过一个SPI总线或者RS232串口与控制电路连接，用户可通过该界面的液晶显示屏和键盘来对整个调制解调系统进行实时监控，实现人机界面的交互。同时，还能与外部设备进行实时数据交换。并且为方便工程人员现场调试，又备有一个额外的串口调试通道，以保证在一些特殊情况下，可使用特定调试软件进行通讯调试，以达到直接调试卫星调制解调器的目的。且无论是人机界面或外部设备都必须具有随时进行配置与控制的能力。现场操作人员还可以通过U盘等USB存储器件，进行在线软件升级等工作，方便以后的维护和软件加强。
[0034]该控制电路的工作过程为:MCU模块接收到人机界面或外部设备信号后，通过数模转换和模数转换单元采集相关参数后，与FPGA模块进行数据交换，对FPGA的发射功率、衰减值、频率、误码率、接收灵敏度、上下变频状态进行实时监控，并通过查询温度表、频率表，再结合误码率、接收灵敏度参数，对所述射频逻辑电路的发射功率和衰减值进行补偿计算或参数微调。
[0035]该控制电路还包括一个通讯耦合电路，通过此电路能实现多信号的调制，最终达到本控制电路与BUC (上变频功率放大器)、LNB (下变频低噪声放大器)之间的信息接收和发送的目的。这个设计方案使电源信号与射频信号耦合到一条线路中。信号可以通过串口、程序烧写调试接口、10/100M网口等方式输入。
[0036]该控制电路还包括晶振输出处理电路:采用高精度恒温晶振，高精度是指其频率准确度≤±0.01ppm@25°C、温度频率稳定度达±0.0Olppm,同时保证MCU、FPGA, PLL、调制电路、AD、DA多组件共用晶振源,在时钟同步的基础上相互之间做到零干扰。
[0037]该控制电路电路提供一些可测试接口，用于产品研发及后期生产时自动化测试使用。还包括IIC接口的数据存储芯片，用于临时数据的缓冲、存储和预读。
[0038]该控制电路有额外的串口调试通道，以保证在一些特殊情况下，可使用特定调试软件进行通讯调试，以达到直接调试卫星调制解调器的目的。且无论是人机界面或外部设备都必须具有随时进行配置与控制的能力。现场操作人员还可以通过U盘等USB存储器件，进行在线软件升级等工作，方便以后的维护和软件加强。
[0039]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种具有人机界面的卫星调制解调器控制电路，包括AC-DC电源模块、嵌入式控制芯片MCU模块、射频与逻辑电路FPGA模块和人机界面模块，其特征在于，所述AC-DC电源模块输入220V交流电，输出24V直流电，给所述控制电路供电，所述MCU模块包括数模转换和模数转换单元，所述MCU模块通过RS232串口连接所述人机界面，通过通信接口连接外部设备，接收所述人机界面或所述外部设备的监控命令，使用所述数模转换和模数转换单元采集电源电压、电流、温度参数，通过SPI控制线和数据总线与所述FPGA模块进行数据交换，对所述FPGA模块的发射功率、衰减值、频率、误码率、接收灵敏度、上下变频状态进行实时监控，并通过查询温度表、频率表，结合误码率、接收灵敏度参数，对所述FPGA模块的发射功率和衰减值进行补偿计算。
2.如权利要求1所述的具有人机界面的卫星调制解调器控制电路，其中所述通讯接口为串口、程序烧写调试接口或10/100M网口。
3.如权利要求1所述的具有人机界面的卫星调制解调器控制电路，其中所述MCU模块为LPC2468芯片。
4.如权利要求1所述的具有人机界面的卫星调制解调器控制电路，其中所述控制电路包括晶振输出电路， 采用高精度恒温晶振，其频率准确度彡±0.01ppmi25°C、温度频率稳定度为±0.0Olppm，所述MCU模块、FPGA模块以及所述调制解调器调制电路组件共用所述晶振输出电路提供的晶振源。
5.如权利要求1所述的具有人机界面的卫星调制解调器控制电路，其中所述控制电路包括USB接口。
6.如权利要求1所述的具有人机界面的卫星调制解调器控制电路，其中所述控制电路包括串口调试通道。
7.如权利要求1所述的具有人机界面的卫星调制解调器控制电路，其中所述FPGA模块由FPGA芯片、本振、RX/TX射频电路和PLL芯片组成。
【文档编号】H04B7/185GK103427896SQ201310338240
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】汪家齐, 薛雷, 肖长春, 戴磊 申请人:上海灵亨信息技术有限公司