高危生產(chǎn)區(qū)域人員定位節(jié)點(diǎn)的電路設(shè)計(jì)

參考節(jié)點(diǎn)為室內(nèi)同定的節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)參考節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號測量跟參考節(jié)點(diǎn)之間的距離，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)再將距離信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過USB接口將距離信息傳送到計(jì)算機(jī)上，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)跟蹤定位。

3 硬件設(shè)計(jì)
定位節(jié)點(diǎn)由兩塊電路板組成，分別是無線模塊電路板和處理器電路板，如圖3所示。其中無線模塊電路板作為處理器電路板的一部分焊接到處理器電路板上。節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、無線模塊和處理器模塊3個(gè)部分，其中電源模塊和處理器模塊2部分在處理器電路板上，無線模塊在無線模塊電路板上。無線模塊負(fù)責(zé)射頻信號的接收與發(fā)送，處理器電路板負(fù)責(zé)電源的供給、控制無線模塊電路工作以及數(shù)據(jù)的通信等。無線模塊電路采用的射頻收發(fā)器為德國Nanotron公司的芯片NA5TR1，該收發(fā)器采用Nanotron獨(dú)特的線性調(diào)頻擴(kuò)頻通訊技術(shù)，其片上點(diǎn)對點(diǎn)測距可達(dá)到1 m的精度，同時(shí)提供傳輸距離極佳的可靠數(shù)據(jù)通信。

3．1 電源模塊
電源模塊由穩(wěn)壓模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊2個(gè)部分組成。穩(wěn)壓模塊提供單片機(jī)所需要的3．3 V電壓和射頻收發(fā)器需要的2．5 V電壓。所需的0．8～3．0 V輸入電壓由電源適配器或干電池提供。使用的3．3 V穩(wěn)壓芯片為NCP1402SN33T1單片微功率升壓直流-直流轉(zhuǎn)換器，NCP1402系列穩(wěn)壓器專為通過一節(jié)或2節(jié)電池為便攜設(shè)備供電的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可由0．8 V的電池電壓啟動(dòng)，同時(shí)需要的外部元件少，有5種標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定輸出電壓，NCP1402SN33T1輸出穩(wěn)定的3．3 V電壓，輸出電流可達(dá)200 mA。所使用的2．5 V穩(wěn)壓芯片為TI公司的TPS79425DGN低壓差線性穩(wěn)壓器。 TPS794XX系列的低壓差線性穩(wěn)壓器具有高電源抑制比、超低噪聲及快速啟動(dòng)等特點(diǎn)，該系列穩(wěn)壓器具有1．2～5．5 V可調(diào)的電壓輸出值。由于NA5TR1的I／O口電平為2．5 V，而ATmega128L的I／O口電平為3．3 V，故需要對電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。采用的電平轉(zhuǎn)換芯片為SN74AVC4T245，可以實(shí)現(xiàn)1．2 V至3．6 V的電平轉(zhuǎn)換。
3．2 無線模塊
本文采用的無線收發(fā)芯片為德國Nanotron公司的NA5TR1，該芯片的工作頻段為2．4 GHz的免授權(quán)頻段，提供3個(gè)可自由調(diào)整中心頻率的非重疊2．4 GHzISM頻道和14個(gè)重疊的頻道，提高了與現(xiàn)有2．4 GHz無線技術(shù)共存時(shí)的網(wǎng)絡(luò)性能，具有125 Kb／s～2 Mb／s的可編程數(shù)據(jù)速率，0～33 dBm可調(diào)且支持?jǐn)U展至20 dBm以上的可編程輸出功率，高達(dá)大-97 dBm的接收靈敏度，具有節(jié)能的掉電模式，掉電模式下的最小電流≤2μA。
3．2．1 時(shí)鐘晶振
NA5TR1工作時(shí)需要32．768 kHz和32 MHz兩個(gè)時(shí)鐘信號，32 MHz的時(shí)鐘作為基帶時(shí)鐘的基準(zhǔn)來產(chǎn)生線性調(diào)頻信號，32．768 kHz時(shí)鐘為實(shí)時(shí)時(shí)鐘及實(shí)現(xiàn)掉電模式下的電源管理。為了使節(jié)點(diǎn)有一個(gè)更高的測距精度，基帶的基準(zhǔn)時(shí)鐘必須穩(wěn)定，即32 MHz的時(shí)鐘信號必須穩(wěn)定。為了確保時(shí)鐘的穩(wěn)定，本文中的32 MHz時(shí)鐘采用了皮爾斯晶體振蕩器。皮爾斯晶體振蕩器穩(wěn)定性能極好，Q值和特征阻抗都很高，低噪音，外電路中的不穩(wěn)定參數(shù)對振蕩回路影響很小，回路的標(biāo)準(zhǔn)性高。