基于C8051F系列單片機(jī)的無線收發(fā)電路設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)是現(xiàn)代測(cè)量儀器的基礎(chǔ)。在工業(yè)測(cè)控、醫(yī)療監(jiān)護(hù)和實(shí)驗(yàn)研究中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處于非固定位置或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須與主機(jī)分離。同時(shí)還需利用電池供電。因此，由無線收發(fā)電路或模塊組成的數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)是有效的解決方式。比較典型的無線收發(fā)電路或模塊有采用2.4 GHz通信頻率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)，433／868／915 MHz通信頻率的遙控模塊及數(shù)傳模塊、900／1 800 MHz通信頻率的GSM模塊，但現(xiàn)有的無線收發(fā)電路或模塊易造成系統(tǒng)體積過大、功耗偏高，不能完全滿足采用電池供電的便攜式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需要，尤其是需要大規(guī)模、密集型部署，僅需要近距離通信的場(chǎng)合，傳統(tǒng)的無線通信模塊容易造成網(wǎng)絡(luò)通信的阻塞、縮小網(wǎng)絡(luò)的容量、增加節(jié)點(diǎn)的功耗、縮短節(jié)點(diǎn)的壽命。
這里給出以C8051F340單片機(jī)作為監(jiān)測(cè)終端控制器，C8051F330D單片機(jī)作為探測(cè)節(jié)點(diǎn)控制器，通過漆包線自行繞制圓形空心天線，分別構(gòu)成監(jiān)控終端和探測(cè)節(jié)點(diǎn)的無線收發(fā)電路，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)終端、探測(cè)節(jié)點(diǎn)和天線等組成，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1中，液晶顯示器是處于調(diào)試需要，連接至監(jiān)測(cè)終端，用以顯示探測(cè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)、所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等信息。收發(fā)電路均采用直徑為0.8mm的漆包線自行繞制成圓形空心線圈天線，直徑為(3.4±0.3)cm。

1．1 發(fā)射電路
監(jiān)測(cè)終端與探測(cè)節(jié)點(diǎn)的硬件電路相似，監(jiān)測(cè)終端通過液晶顯示探測(cè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)、所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等信息并通過5 V開關(guān)電源供電。而探測(cè)節(jié)點(diǎn)則沒有液晶顯示器，通過2節(jié)普通干電池構(gòu)成3 V電源供電。發(fā)射電路使用單片機(jī)PCA寄存器產(chǎn)生3 MHz的振蕩頻率，直接控制LC諧振線圈進(jìn)行振蕩。C8051F330D單片機(jī)具有睡眠模式，可降低節(jié)點(diǎn)電路的功耗，其內(nèi)部的編程計(jì)數(shù)器陣列(PCA0)提供增強(qiáng)的定時(shí)器功能，與標(biāo)準(zhǔn)8051的計(jì)數(shù)器／定時(shí)器相比，不占用額外的CPU資源。使用PCA0產(chǎn)生3 MHz的載波頻率，以推挽方式輸出，增大后級(jí)諧振回路的發(fā)射功率。
1．2 接收放大電路設(shè)計(jì)
使用AD8656雙運(yùn)放芯片組成接收放大電路。該運(yùn)放適合+2．7～+5．5 V電源電壓供電，是具有低噪聲性能的精密雙運(yùn)算放大器。AD8656型CMOS放大器在滿共模電壓(VCM)范圍內(nèi)提供250 mV精密失調(diào)電壓最大值，且在10 kHz處提供低電壓噪聲譜密度和0．008％的低真，無需外部三極管增益級(jí)或多個(gè)并行的放大器以減小系統(tǒng)噪聲。通過干電池提供3V單電源供電，接收放大電路如圖2所示。放大電路由AD8656進(jìn)行兩級(jí)放大，抵消線圈所感應(yīng)到的信號(hào)電壓幅值因距離的增加而產(chǎn)生的衰減，放大所接收到的微弱信號(hào)，增加無線傳輸距離。系統(tǒng)接收電路經(jīng)D8656放大后的輸出電壓輸至單片機(jī)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼，而未采用檢波解調(diào)電路，可有效簡化電路結(jié)構(gòu)。