無線發(fā)射接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、引言

對(duì)于環(huán)境信息采集是很普遍的，但是將采集的信息如何傳輸就是關(guān)鍵，傳統(tǒng)的系統(tǒng)都是用有線的方法，不僅要鋪設(shè)線路，而且不方便，可移植性差。隨著無線技術(shù)的不 斷發(fā)展，無線在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也不斷增加，通過嵌入式系統(tǒng)，用無線的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸是最好的解決方法，不僅簡(jiǎn)化了實(shí)施的難度，而且成本相對(duì)較低。

本文主要是以C51單片機(jī)為控制核心，用無線接收發(fā)射裝置來實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2、系統(tǒng)目的

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)無線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊溫度和光照信息的探測(cè)。該裝置由1個(gè)監(jiān)測(cè)終端和不多于255個(gè)探測(cè)節(jié)點(diǎn)組成(實(shí)際制作2個(gè))。監(jiān)測(cè)終端和探測(cè)節(jié)點(diǎn)均含一套無線收發(fā)電路，要求具有無線傳輸數(shù)據(jù)功能，收發(fā)共用一個(gè)天線。

探測(cè)節(jié)點(diǎn)有編號(hào)預(yù)置功能，編碼預(yù)置范圍為00000001B～11111111B。探測(cè)節(jié)點(diǎn)能夠探測(cè)其環(huán)境溫度和光照信息。溫度測(cè)量范圍為0℃～100℃，絕對(duì)誤差小于2℃；光照信息僅要求測(cè)量光的有無。探測(cè)節(jié)點(diǎn)采用三節(jié)1.5V干電池串聯(lián)，單電源供電。

監(jiān)測(cè)終端用外接單電源供電。探測(cè)節(jié)點(diǎn)分布示意圖如圖1所示。監(jiān)測(cè)終端可以分別與各探測(cè)節(jié)點(diǎn)直接通信，并能顯示當(dāng)前能夠通信的探測(cè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)及其探測(cè)到的環(huán)境溫度和光照信息。

每個(gè)探測(cè)節(jié)點(diǎn)增加信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)功能示意圖如圖2所示。即探測(cè)節(jié)點(diǎn)B的探測(cè)信息，能自動(dòng)通過探測(cè)節(jié)點(diǎn)A轉(zhuǎn)發(fā)，以增加監(jiān)測(cè)終端與節(jié)點(diǎn)B之間的探測(cè)距離D+D1。該轉(zhuǎn)發(fā)功能應(yīng)自動(dòng)識(shí)別完成，無需手動(dòng)設(shè)置，且探測(cè)節(jié)點(diǎn)A、B可以互換位置。

3、方案設(shè)計(jì)與論證

3.1、方案設(shè)計(jì)

方案一：采用at89s52單片機(jī)，無線發(fā)射采用使用LC振蕩器，無線接收采用超外差電路，硅光片，DS18B20，8位撥碼開關(guān)。

方案二：采用at89s52單片機(jī)，無線發(fā)射采用使用聲表器件，無線接收采用超再生電路，硅光片，DS18B20，8位撥碼開關(guān)。

3.2、方案論證：

（1）無線發(fā)射電路選擇

早 期的發(fā)射機(jī)較多使用LC振蕩器，頻率漂移較為嚴(yán)重。聲表器件的出現(xiàn)解決了這一問題，其頻率穩(wěn)定性與晶振大體相同，而其基頻可達(dá)幾百兆甚至上千兆赫茲。無需 倍頻，與晶振相比電路極其簡(jiǎn)單。以下圖電路為常見的發(fā)射機(jī)電路，由于使用了聲表器件，電路工作非常穩(wěn)定，即使手抓天線、聲表或電路其他部位，發(fā)射頻率均不 會(huì)漂移。所以顯然，發(fā)射采用使用聲表器件的電路。

圖3 無線發(fā)射裝置

（1）無線接收電路選擇

接 收機(jī)可使用超再生電路或超外差電路，超再生電路成本低，功耗小可達(dá)100uA左右，調(diào)整良好的超再生電路靈敏度和一級(jí)高放、一級(jí)振蕩、一級(jí)混頻以及兩級(jí)中 放的超外差接收機(jī)差不多。然而，超再生電路的工作穩(wěn)定性比較差，選擇性差，從而降低了抗干擾能力。下圖為典型的超再生接收電路。

雖然超生差優(yōu)勢(shì)很多，但是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，多數(shù)普通的無線傳輸采用超再生電路，主要是由于超生差成本比較高，所以本系統(tǒng)最終還是采用超再生電路。

圖4 無線接收裝置

3.3、設(shè)計(jì)方案總結(jié)：

經(jīng)過分析，最終選擇了方案二，雖然不是最佳方案，但是總體上已經(jīng)符合了這個(gè)系統(tǒng)的要求，從成本上來說，方案二更好。

4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1、硬件電路設(shè)計(jì)

4.1.1、控制單元電路設(shè)計(jì)

使用AT89C51單片機(jī)，由于各個(gè)模塊獨(dú)立，需要用電池供電，由于該單片機(jī)的正常工作電壓是5V，所以三節(jié)電池的4.5V電壓可以滿足其正常工作。外部接一個(gè)12MHZ的晶振。

由于需要編碼，所以用一個(gè)8位撥碼開關(guān)，使用該單片機(jī)的P1口來進(jìn)行操作，剛好能夠?qū)崿F(xiàn)256種。

4.1.2、無線收發(fā)電路設(shè)計(jì)

接收發(fā)射各需要一個(gè)引腳，用P0口能夠滿足。采用315MHZ頻率的晶振作為載波的頻率。

圖6 無線收發(fā)裝置與單片機(jī)連接電路

4.1.3、溫度采集電路設(shè)計(jì)

溫度采集用DS18B20，直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字的采集。

4.2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

所有的控制都是由單片機(jī)完成，所以單片機(jī)要進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理兩項(xiàng)操作。

圖7 探測(cè)節(jié)點(diǎn)流程圖

圖8 檢測(cè)節(jié)點(diǎn)流程圖

4.3、系統(tǒng)測(cè)試

無線傳輸頻率可選高頻315MHz，示波器顯示傳輸效果很好；單片機(jī)晶振我選的是12MHz，我測(cè)得12MHz對(duì)無線收發(fā)有一定的影響。無線傳輸時(shí)，由于是電池供電，所以在穩(wěn)定上還是欠缺一點(diǎn)，在加上電容對(duì)電源進(jìn)行控制時(shí)，效果有所改善。

經(jīng)過以上的系統(tǒng)測(cè)試改善，小車能完成要求。

5、結(jié)束語

結(jié)合我選定的各種模塊，通過軟件編程與硬件的相互協(xié)調(diào)，我已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。本系統(tǒng)的難點(diǎn)主要在于對(duì)無線收發(fā)的電路的處理。還有就是無線收發(fā)的規(guī)則上。通過對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，雖然系統(tǒng)仍然有不足，但是深刻了解了無線通信的實(shí)現(xiàn)。