基于太阳能的车载无线通信系统设计

郭一凡 宋宇飞 林羽晨

摘 要：近年来，随着太阳能技术与车载通信系统的不断发展，人们对通信系统的实时性与“绿色环保”的要求越来越高，为此，文中设计了基于太阳能的车载无线数字通信系统。该通信系统以ARM芯片为核心平台，使用DC-DC变换电路实现太阳能板对通信系统充电，并使用无线数字传输技术实现车载对讲和FM电台功能，使用移动通信技术实现车载电话、短信功能，使用GPS技术实现车辆定位功能。实验证明，该环保无污染且多功能的无线通信系统是未来的发展趋势。

关键词：无线通信；车载；太阳能；无线对讲；FM电台

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

本系统的研发基于两大背景。一方面，太阳能光伏发电技术近些年来不断发展，发电成本不断降低，其无污染、可再生的特点使其备受关注；另一方面，车载通信系统在现实生活中已经大为普及，但功能仍不够完善。在改善车载通信系统性能、增加功能的同时，将太阳能技术与车载无线数字通信技术相结合，利用太阳能充电技术给通信系统供电，可以解决此系统的备用电源问题。该车载无线数字通信系统可以解决车辆之间实时通信的问题，并能够实现实时定位的功能。无线对讲模块可作为对讲机来解决车辆与车辆之间的短程实时通信问题；FM电台可以实现车辆与外界的通信，解决手机无信号时的无线通信问题。此外，该系统的辅助功能包括GPS模块为通信系统进行精确定位，GSM模块发送精确信息（包括定位信息、太阳能充电板充电电压电流参数、当前室温等）至手机终端，通信系统也能够利用ZigBee技术对太阳能充电模块的采集端进行通信，通过控制继电器来控制太阳能充电回路的通断。

本文给出了一种基于太阳能的车载无线数字通信系统的设计方案，可以实现车载对讲、FM电台、短信收发、实时定位、远程控制等功能。这个设计既可以用于警车调度指挥系统、智能交通等方面，也可以用来抢险救灾。该设计使得系统具有多功能、人性化、环保无污染的特点。

1 系统设计

本设计以ARM芯片为核心，主要分为太阳能充电装置与车载无线通信系统两大部分。其中，太阳能充电装置包括太阳能充电板、DC-DC变换电路、18650电池组、单片机与对外通信ZigBee模块等，车载无线通信系统包括液晶触摸显示屏、无线对讲模块、FM电台模块、GPS模块、GSM模块、ZigBee模块、WiFi模块等。系统具体实现的功能有车载对讲、FM电台广播、短信收发、全球定位、远程控制、手机App信息传输、太阳能端数据采集等功能。整套系统通过液晶触摸屏以及手机App界面进行有效的人机交互，触摸屏与App用于选择工作模式，同时可以显示车载通信的内容、实时定位的数据信息以及太阳能充电装置的环境参数信息，及时反馈外界传递的信息，并产生良好的人人、人机互动效果。整套系统具有功耗低、无污染、稳定性好、持续供电等特点。图1所示为车载无线通信系统实现方式示意图。图2所示为车载通信系统与外界通信示意图。

2 车载无线数字通信系统

车载无线通信系统包括液晶触摸显示屏、无线对讲模块、FM电台模块、GPS模块、GSM模块、ZigBee模块、WiFi模块等。图3所示为车载无线通信系统节点硬件结构框图。

2.1 无线对讲模块

为了提高对讲距离以及可靠性，本系统采用了深圳市尚瑞思电子有限公司研发的一款无线语音对讲及数传模块SR-FRS-1W350。该模块内置高性能射频收发芯片BK4811、微控制器及射频功放。外控制器可以通过标准的异步串行接口（RS 232）通讯来设置模块工作参数并控制整个模块的收发。该数传模块只需外接天线、MIC和语音功放即可组成一台完整的对讲机或数传电台。

2.2 FM电台模块

本模块选择由RDA Microelectronics公司研发的RDA5820高集成度的立体声FM收发芯片，该款芯片不仅可以完美地完成电台功能，还能接收FM广播，具有集成度高、功耗低、尺寸小的优点。该部分以ARM芯片作为控制器，通过自带的I2C总线，编程写控制字实现了RDA5820模块的电台功能（收发模式的选择，频率的设置等）。结合外围电路按键以及显示、信号放大、音频的输入输出等组成简易且性能稳定的FM电台系统。

2.3 GSM模块、GPS模块、ZigBee模块、WiFi模块

本系统采用SIMCOM公司的SIM900A模块方案。SIM900A模块支持TTL串口通讯标准，通过串口向模块发送AT指令即可设置模块参数。本系统采用u-blox公司的NEO-6M模组方案，可以通过串口及USB接口向STM32F103和电脑输出GPS定位信息，使用简单方便。本系统采用顺舟科技SZ05系列Z-BEE嵌入式无线串口通信模块方案，该模块具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性。本系统的WiFi部分采用WF-ESP8266模块方案。ESP8266是一个完整且自成体系的WiFi网络解决方案，能够独立运行或作为slave搭载于其他Host运行。

3 太阳能充电装置

此太阳能充电模块由太阳能充电板、DC-DC变换电路、18650电池组、单片机与对外通信模块（采用ZigBee技术）4部分组成。此装置主要有以下两种工作模式：

（1）太阳能充电板经DC-DC变换电路输出合适电压直接给通信系统供电。

（2）充电板通过DC-DC变换电路后对电池进行充电，利用单片机对电池环境进行监控与对过压过流的控制，通过ZigBee通信模块将数据传至通信系统的控制芯片端，从而实现实时观测；同时也可让ZigBee通信模块接受传来的数据，利用单片机控制继电器的吸合，从而对充电装置的开关进行有效控制。

DC-DC变换电路采用TI公司的LM2596开关电压调节器。LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3.3 V～6 V的固定电压，同时具有很好的线性和负载调节特性。太阳能充电装置结构框图如图4所示。

4 结 语

整套系统将太阳能清洁无污染、可再生的特点与此无线数字通信系统强大的功能相结合，参考了实际工程中环境对通信系统硬件电路设计和软件设计的影响。因而提出了一种基于太阳能的车载数字通信系统的新型构思。该系统绿色环保、性能良好、工作稳定、实时性强，基本可以解决野外车载通信信号弱、续航能力差的问题。

参考文献

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