时间：2025-03-16 来源：FPGA_UCY 关于我们 0
一种基于FPGA的电力线载波通信模块设计方法。包括模块的主要结构(接口、调制、解调等)、硬件组成(FPGA及其外部电路)、通信协议和实现方法，本发明专利技术的电力线载波通信模块可实现误码率小于10e
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【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的电力线载波通信模块设计方法
[0001]本专利技术涉及一种基于FPGA的电力线载波通信模块设计和开发，并应用于机载电力线的载波通信，属于信号传输领域。
技术介绍
[0002]现代战斗机的航空电子系统是航空电子技术经历了半个多世纪的漫长演变和不断进步的结果。航空电子系统结构的每次变化，其核心的机载总线网络技术也不断跨上新台阶，而且每次变革都能使飞机性能得到大幅提升。战机航空电子通信总线技术是新一代战机机载综合航空电子系统的关键技术之一,它直接决定了机载综合航空电子系统集成化程度的高低。因此,航空电子通信总线技术的自主研究势在必行。
[0003]飞机平台资源有限,加装的电子装备在功耗、空间等方面都受到苛刻的限制,尤其是重量，不仅关系到载机的飞行性能与飞行安全,更直接影响整个机载武器装备的作战性能与战技指标发挥。电子装备轻量化就是在保证电子装备功能/性能的前提下,尽可能降低整个系统的重量,从而减少对平台的资源占用,其轻量化工作紧迫而意义重大,必须严格贯彻载机的重量控制要求,从顶层设计出发,通过资源共享、功能共用、模块化设计、大规模应用复合材料等手段,从根本上保证电子装备的功能与性能,减轻重量,并降低功耗、空间方面的需求。
[0004]战机通信总线技术发展需求的趋势主要为：通信带宽越来越宽；时延越来越小；串行总线成为发展主流；结构更加轻便、重量更加小、便于维护；逐步适应于从设备级互联到母板级互联的统一网络。但现有的机载通信总线技术往往不能全部满足以上特点，在此基础上为适应新一代航空电子系统对航空总线的经济可承受性、高可用性、高可靠性和安装轻便、重量小等要求。
[0005]基于机载电力线的载波通信，是以飞机上电力线路为传输媒介的通信方式。现有飞机的供/配电网、控制信息网、任务通信网独立，存在着重量叠加、空间挤占、信道闲置、组网不灵活等问题。新一代的飞机平台对智能化和机动性要求越来越高，重量约束严苛，想再单纯从机载设备和电缆线减重角已很难有所作为。机载电力线载波通信可实现一条电缆既供电又传输控制信号和数据，对新一代飞机的减重、扩展通信容量、提高机载平台设备安装与组网的灵活性有重要意义。
[0006]对于一架飞机而言这些设备就如同人的不同的部位，必须协调地进行工作，但是在目前的飞机上，各种机载机电系统的发展相对独立。显然，这种机载机电系统的设计方法必然会造成所用的机载机电系统的能量和控制信息等都不能共享，并导致资源浪费，同时也使飞行员很难对机载机电系统进行综合控制和管理。因此，有必要对这一传统的设计方法进行改进。随着我国机电一体化的发展，数字化已达到一定的水平，在此基础上适时进行综合化的管理研究，即放弃对各子系统单独管理的传统方案，将整个机电系统视为一个整体，利用机载供电网络进行数据通信实现信息的共享和综合控制已经成为机载设备的发展方向。
[0007]目前我国飞机机载机电系统设备正在向全电、多电机载系统发展，结合现在发展比较成熟的民用低压电力线载波通信技术，提出把低压电力线载波通信技术应用到现役战斗机的机载机电系统上的方案，不仅对战斗机的机载通信作局部改进，从而促使信息传送效率和质量提高，同时对改善整个飞机通信系统的性能方面具有重要意义。
技术实现思路
[0008]专利技术目的：为将整个机电系统视为一个整体，利用机载供电网络进行数据通信实现信息的共享和综合控制，设计并开发一种基于FPGA的电力线载波通信模块。
[0009]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0010]一种基于FPGA的电力线载波通信模块设计方法，包括以下步骤：
[0011]1、MCU模块设计
[0012]MCU模块包括：复位电路、晶振模块、SWD接口模块、直流电源模块、MCU与FPGA通信模块、RS
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422总线接口模块、开关与指示模块。
[0013]复位电路能够在系统中的程序跑飞或死机时恢复系统运行的正常性，复位电路中复位按键Reset被触发后连通电路，以致高电平被拉低为低电平，接着导致芯片复位引脚为低电平，从而引起电路复位。
[0014]晶振模块是为了给芯片内部电路提供时钟信号，芯片时钟频率为72MHz，外部时钟频率为8MHz，产生的时钟信号分别输入至对应的芯片时钟引脚OSC
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IN和OSC
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OUT及外部时钟引脚和。
[0015]SWD接口模块为串行单线调试SWD模块，SWD模式只需4根引脚就能够进行程序下载和调试功能。
[0016]直流电源模块的直流电源为整个通信节点提供工作电源，其输入为+28V直流电源。通过稳压模块将+28V电压转换为+12V电压。+12V电源再经过LM317芯片变换得到+5V电压，+5V经过
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2W芯片变换为
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5V，为模拟前端电路提供工作电源。+5V电源经过AS117芯片变换得到+3.3V电压，用于微控制器的工作电源。
[0017]MCU与FPGA通信模块通过USART模块实现，USART模块包括和，其中为MCU串口接收端，为MCU串口发送端，需要分别连接至FPGA的串口发送端与串口接收端。
[0018]RS
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422总线接口模块有9个接口引脚，但只需通过接收线、发送线、地线、清除发送四根信号线就能够进行通信。通过MCU与FPGA通信模块中的USART模块、RS
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422电平转换电路来实现422通信。
[0019]开关与指示模块中将4个开关所连接的I/O设置为下拉模式，当开关按下时，高电平通过LED灯使其变亮，同时I/O获得电平变化。
[0020]2、FPGA模块设计
[0021]FPGA模块包括接口模块、数据封装与编/解码模块、调制解调模块。
[0022]接口模块用于FPGA模块与MCU模块进行数据传输，MCU模块与FPGA模块连接用串口，FPGA模块进行串并转换，对数据进行寄存的传输控制。接口模块由FIFO寄存器和读写控制电路组成，是一个串并转换和寄存接口。
[0023]数据封装与编/解码模块，将MCU模块发出的发送数据进行编码和接收到的数据帧
解码后，还原出源数据发回MCU，数据消息由多种通信字组成，通信字类型包括：命令字、数据字、状态字。每个通信字中包含起始、标识、长度、数据、校验。采用奇偶校验。通信状态处理电路根据通信状态字情况确定信息是否重传，只有在重传不成功，判定为从机通信中断的情况下，再把通信状态发送给MCU，由MCU确定下一步操作。
[0024]调制解调模块用于完成调制和解调功能，包括调制电路和解调电路。由系统时钟通过分频电路得到多个不同频率的矩形波信号，数字调制输出不同频率的载波信号。调制电路中，采用分频器代替了两个独立的
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的电力线载波通信模块设计方法，其特征在于：所述的基于FPGA的电力线载波通信模块包含多个节点、上位机和电力线载波通信模块；所述的节点中有一个为主机节点，其余为从机节点，节点后续可扩展，主机节点和从机节点节点在结构上完全相同，均可作为收/发端；所述的上位机用于数据发送设置、接受数据显示和分析，能发送开关信号、RS422控制信号，用于模拟飞机环境传输的信号；所述的电力线载波通信模块包含三个子模块：FPGA模块、MCU模块和模拟前端电路；FPGA实现调制/解调、链路层协议支撑的数据帧产生、分析功能；MCU用于实现与上位机接口和数据收/发控制功能；模拟前端电路负责对载波信号进行滤波、放大调理，实现载波信号到电力线上耦合。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的电力线载波通信模块设计方法，其特征在于：FPGA模块包括接口模块、数据封装与编/解码模块、调制解调模块；接口模块：MCU模块与FPGA模块连接用串口，FPGA模块进行串并转换，对数据进行寄存的传输控制；数据封装与编/解码模块：一方面将源数据封装成数据帧格式，送调制器进行调制；另一方面将解调器输出还原出二进制数据；调制解调模块：选择2FSK调制/解调方式。3.根据权利要求2所述的基于FPGA的电力线载波通信模块设计方法，其特征在于：MCU模块与FPGA模块进行双向的数据传递，当MCU模块将数据传输给FPGA模块时MCU模块负责与机载设备通信，获取待发送的指令和数据，并将待发送的指令和数据转换为协议要求的命令帧或数据帧的格式给FPGA模块，之后MCU模块进入等待FPGA模块返回状态信息或数据的状态；当FPGA模块数据发送给MCU模块时，FPGA模块发送的信息包括FPGA模块数据发送的状态、FPGA模块对接收到的数据校验状态以及FPGA模块接收到的校验正确的数据；MCU模块收到状态信息或数据后进行错误状态上报或数据转发。4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈永红，刘峰，全嘉钰，张瑞丰，王星海，李宪开，
申请(专利权)人：沈阳飞机设计研究所扬州协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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