基于NA5TR1的無(wú)線(xiàn)定位節點(diǎn)的設計
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4．1 處理器模塊
處理器型號的選擇關(guān)系到定位節點(diǎn)的工作性能。ATmega644v單片機是一款高性能、低功耗、采用精簡(jiǎn)指令集結構、具有64 K在線(xiàn)可編程存儲器、2 K的EEPROM、4 K的內部SRAM。單片機具有JTAG接口、串行通信口和SPI接口。
ATmega644v單片機采用CMOS工藝，基于AVR增強精簡(jiǎn)指令集結構的8位微處理器。一個(gè)時(shí)鐘周期執行一條指令，指令執行速度達到1MIP-S。AVR內核包含豐富的指令集和32個(gè)通用的工作寄存器，通用寄存器直接與算術(shù)邏輯單元相連，允許兩個(gè)獨立的寄存器在一個(gè)指令周期內同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)。采用精簡(jiǎn)指令集結構的AVR單片機比傳統的采用復雜指令集結構的單片機執行代碼的速度快10倍。
單片機通過(guò)SPI接口控制NA5TR1工作，端口9和端口10為通用串口，可以直接與外部串口線(xiàn)相連實(shí)現串口通信，也可以與USB轉串口的CH341T的輸出口相連。
4．2 通信模塊
NA5TR1提供3個(gè)可自由調整中心頻率的非重疊2.4GHzISM頻道，支持多個(gè)獨立物理層網(wǎng)絡(luò )，并能夠提高與現有2．4GHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)共存時(shí)的網(wǎng)絡(luò )性能。數據通訊速率為125 kb／s～2 Mb／s可選。由于芯片采用獨特的窄脈沖擴頻技術(shù)天線(xiàn)的調試要求并不十分嚴格，這大大簡(jiǎn)化了系統安裝和維護的復雜度，并能夠做到隨拿隨放。包含一個(gè)性能卓越的MAC控制器，提供對載波偵聽(tīng)、多路訪(fǎng)問(wèn)／沖突避免(CSMA／CA)和時(shí)分多址接入(TDMA)協(xié)議的支持，并實(shí)現前向糾錯(FEC)和128位硬件加密。為了降低對微控制器和軟件的要求，NA5TR1芯片同時(shí)提供不規則的自動(dòng)地址匹配及數據包重發(fā)功能。NA5TR1 TRX無(wú)線(xiàn)收發(fā)器集成了數字色散延遲線(xiàn)(DDDL)，它負責接收并區分其他NA5TR1收發(fā)機發(fā)出的兩種信號。接收到的信號可能是Up Chirp、Down Chirp中的一種，或者是一個(gè)交疊信號(Up Chirp、Down Chirp同時(shí)出現的混合信號)，且所有的這些信號具有相同的中心頻率和帶寬。Up Chirp信號和Down Chirp信號的區別，僅表現在復雜頻譜的相位信息中。這個(gè)相位信息足以被數字色散延遲線(xiàn)(DDDL)用來(lái)在輸出口壓縮脈沖并在另一端展開(kāi)(也就是說(shuō)，將接收到的信號展開(kāi)到雙倍持續時(shí)間)。通過(guò)這種方式，數字色散延遲線(xiàn)(DDDL)作為匹配濾波器過(guò)濾傳輸脈沖，芯片內部數據傳輸過(guò)程如圖3信號接收，圖4信號發(fā)射。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/155724.htm
4．3 電源模塊
NA5TR1芯片內部分成數字部分和模擬部分，數字部分提供控制芯片的可編程的接口和數字緩沖區，數字緩沖區用來(lái)存放要發(fā)送的數據和接收的數據。模擬部分將數字信號轉換成模擬尖脈沖用來(lái)發(fā)送和將接收到的尖脈沖轉換成數字信號。模擬部分只能通過(guò)數字部分進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
為了最大限度的節能，數字部分分成了兩部分，始終上電的部分和需要運行的時(shí)候才上電的部分，始終上電的部分包括需要控制的最小數字部分，用來(lái)維持芯片的設置。此部分與I／O口連接，這些接口控制電源管理器。不始終上電的部分包含了控制數據的發(fā)送和接收的部分，只有需要的時(shí)候才上電，以達到芯片最大限度的節能。
4．4 設計注意事項
無(wú)線(xiàn)定位節點(diǎn)的設計要求定位精度越高越好，體積越小越好，NA5TR1集成度高、外部電路簡(jiǎn)單，合理布局電源管腳去耦電容，使用0403電容封裝可以滿(mǎn)足要求。由于芯片工作的頻率比較高，提高定位節點(diǎn)的抗干擾性是設計PCB板的關(guān)鍵，設計PCB板時(shí)可以采用多層板，第一層為信號層，第二層為接地層，第三層為電源層，第四層為信號層，利用第二層接地層的屏蔽效應達到射頻信號的高質(zhì)量傳輸。在板子信號層的空白地方敷銅接地，減少信號線(xiàn)之間的干擾。
為了達到輸出信號最強，需要在平衡變壓器輸出到天線(xiàn)之間的信號線(xiàn)進(jìn)行阻抗匹配50Ω，信號傳輸中沒(méi)有信號反射產(chǎn)生，這樣就使得到達天線(xiàn)的信號最強。輸出阻抗與制作PCB的板材、線(xiàn)寬、層間距都有關(guān)系。所以在制作PCB時(shí)，應該向廠(chǎng)家說(shuō)明輸出部分線(xiàn)路的阻抗匹配要求，由廠(chǎng)家來(lái)完成設計和計算，以確保最終的電路板能夠符合阻抗匹配要求。通常無(wú)線(xiàn)射頻電路要求板材的介電常數越小越穩定越好。介電常數越小，層間的電子移動(dòng)越少，射頻信號的泄漏也會(huì )越小，射頻信號在板上的損失就越小。
5 結束語(yǔ)
近年來(lái)隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)定位節點(diǎn)的設計成本不斷降低，無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的使用領(lǐng)域也不斷擴大。短距離、低功耗、低成本的窄脈沖擴頻技術(shù)的提出及應用，使得無(wú)線(xiàn)定位節點(diǎn)的定位精度及抗干擾性有了很大的改善。尤其是其獨特的測距功能，叮滿(mǎn)足不同行業(yè)的應用要求，基于該芯片的無(wú)線(xiàn)定位節點(diǎn)設計方案有很好的應用前景。
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