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民用飞机无线通信模块设计

来源:职称阁分类:电子论文 时间:2019-09-28 10:09热度:

  为了实现对民用飞机飞行数据的无线传输,方便地面管理人员对数据的远程下载。本文基于蜂窝通信模块SIM7100、WIFI模块SX-PCEAN2I和IMX6Q处理器,实现了无线通信模块的设计。论文从民用飞机实际需求出发,按照各功能模块划分,详细介绍了整体的硬件设计。通过对模块的测试,达到了预定的设计要求。

民用飞机无线通信模块设计

  关键词:I.MX6Q;无线通信;民用飞机;嵌入式系统;ARM-Linux

  伴随着国内民用飞机市场的不断发展,越来越多的人选择飞机出行,因此民航飞机的运输任务越来越繁重,飞行记录数据量也在逐步提升;在保证飞行安全的前提下,飞行间隔时间也逐步变短,因此对地勤工作人员提出了更高的要求,需要在有限的时间内采用有线方式获取飞机记录数据,这样的方式已经越来越不能满足趋于饱和的飞机运输市场[1]。无线通信模块的出现有效提高了地勤工作人员的工作效率,减少了飞机起飞的准备时间,同时解决了有线数据传输距离的限制。

  1WCM模块硬件设计

  1.1硬件架构设计

  无线通信模块(WirelessCommunicationModule,WCM)主要由CPU组件和RF组件构成,CPU组件由飞思卡尔公司的I.MX6Q为处理核心[2][3][4],包括信息处理接口电路、电源变换电路、存储器电路和辅助功能电路组成。蜂窝模块电路由4路符合MiniPCIe接口的货架蜂窝模块实现,WIFI模块电路由符合MiniPCIe接口的货架WIFI模块实现,射频处理电路主要用于各路信号之间的切换和控制。由于蜂窝、WIFI模块电路属于消费类电子产品,其更新速度快。因此在设计中将蜂窝模块电路、WIFI模块电路、射频处理电路部署在RF组件上,这样能有效的降低设计成本。WCM模块的设计框图如图1所示。

  1.2USBHUB电路设计

  CPU组件需要提供7路USB接口,其中2路作为调试接口或扩展存储接口,其余5路用于与RF组件上WIFI模块和蜂窝模块通信。由于CPU组件的I.MX6Q处理器仅自带有2路USB接口,因此需要对USB接口进行扩展。本文选择Microchip的USB2517芯片作为USBHUB功能的控制核心。为了区分4蜂窝模块对应关系,将采用逐个连接蜂窝模块USB接口的方式实现虚拟串口与蜂窝模块的对应。本文选用MAXIM公司的MAX4983EUSB2.0电子开关实现CPU组件USB接口与蜂窝模块USB接口的连接控制。USBHUB电路设计如图2所示。

  1.3SIM7100模块和SX-PCEAN2I模块

  无线通信模块具有1路支持IEEE802.11b/g制式的WIFI通信能力;具有4路支持LTEFDD、LTETDD、WCDMA、EDGE等制式蜂窝通信能力;并且模块通过MiniPCIe接口与RF组件连接。WIFI模块电路选用silex公司推出的SX-PCEAN2I模块;蜂窝模块电路选用SIMCom公司推出的SIM7100模块。WIFI模块本身无法通过硬件进行复位,只能够通过PCIE总线的PERST#信号进行模块的复位。为了保证该模块功能的正确性,该模块的加电(3.3V)、复位(PERST#)和时钟信号(REFCLK)之间有着严格的时序要求,具体时序关系如下图3所示。SIM7100需要CPU通过控制PERST#和RF_DISABLE#信号完成初始化控制;同时由于每个SIM7100模块都采用独立供电方式,需要通过CPU完成对DC/DC输出使能控制(EN);SIM7100模块的USB控制也需要图2中CTRL信号的配合,因此这四个信号的时序关系将影响着SIM7100模块的正常工作。具体的时序关系如图3所示,其中T1至少为500ms。

  2无线通信测试

  2.1WIFI连接测试

  WIFI连接功能是指通过WIFI连接地面支持网络。当WIFI模块启动后,通过wpa_supplicant工具实现对WIFI无线网络的接入。具体命令为wpa_supplicant–Iwlan0–c/etc/wpa_supplicant.conf&其中wpa_supplicant.conf是连接的配置信息,可以使用wpa_passphrase命令生成wpa_supplicant.conf的内容。network{ssid=”airport”#psk=”12345678”psk=fd5s6g45d64gdf564h5df4gah54gdf56a4ergr1a9ewgt3erg4h87fsdgad5s}其中ssid为连接到的WIFI无线网络的名称,#psk为无线网络的密码。

  2.2蜂窝连接测试

  当蜂窝模块启动时,蜂窝模块中的SIM卡发送注册请求到附近基站,基站返回伪随机码RAND,经SIM卡运算后,将运算结果同IMEI码一同发回基站。IMEI(Internationalmobileequipmentidentity)是每台移动设备独有的[5],因此可用于识别设备及鉴定身份。经运营商网络AUC鉴权中心核对IMEI等数据无误后,完成鉴权及身份验证过程,准许该蜂窝模块接入运营商网络[6][7]。其中BSC为基站控制器(BaseStationController),AUC为鉴权中心(AuthenticationCenter)。在蜂窝注册到运营商网络后,通过PPP拨号即可使蜂窝模块连接到移动数据网络。蜂窝模块PPP拨号上网是通过编写脚本程序实现的,分别为/etc/ppp/peer/gprsdial和/etc/ppp/gprs-connect-chat。其中,gprsdial定义了PPP的接口以及波特率等信息,接口一般设置为/dev/ttyUSB3;gprs-connect-chat中定义了网络的注册方式以及拨号的制式,制式设置使用AT命令,例如:AT+CNMP=13#只允许使用GSM对于不同的运营商,网络的注册方式不尽相同,需要在文件gprs-connect-chat中修改。在本次测试中,主要使用中国移动作为服务运营商。需要对拨号内容做相应修改如下:AT+CGDCONT=1,”IP”,”CMNET”AT+CGEQREQ=1,2,128,384,,,0,,,,,,ATDT*99***1#在Linux终端中调用pppd程序启动拨号,命令如下:$pppdcallgprsdial注册完成后会显示运营商分配的ip地址等信息,如图4所示。

  3结论

  针对民用飞机数据无线传输的需求,论文以IMX6Q为核心,构建了一种民用飞机无线传输模块,文章主要介绍了模块的硬件设计构架,完成了蜂窝和WIFI的连接测试。该模块的实现对国内民用飞机数据无线传输方面的应用具有重要的参考价值,不仅能使航空公司方便快捷的得到飞机参数,而且节省了大量的人力物力。在互联网和无线通信技术迅速发展的今天,对我国民用飞机的发展具有很高的商业价值。

  作者:杨启帆 马晓晨 朱恩亮 刘少龙 单位:中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所

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文章名称:民用飞机无线通信模块设计

文章地址:http://www.zhichengg.com/dzlw/13836.html

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