基于T5743的傳感器數據無(wú)線(xiàn)通信設計

摘要：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)是一個(gè)微型嵌入式系統，有采集、發(fā)送、接收數據等功能，本文以無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)為基礎設計網(wǎng)絡(luò )接收節點(diǎn)，采用RF 射頻接收芯片T5743 的網(wǎng)絡(luò )接收節點(diǎn)，達到了網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數據的短距離接收，并降低接收數據的誤碼率，實(shí)現傳感器數據無(wú)線(xiàn)通信。

　　一、引言

　　在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)通常是一個(gè)微型的嵌入式系統，對采集數據、接收數據、處理數據、發(fā)送數據等的功能要求各有兼顧，其處理能力、存儲能力和通信能力都是對采集的數據進(jìn)行管理和協(xié)同工作，因此傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的軟硬件技術(shù)是傳感器網(wǎng)絡(luò )研究的重點(diǎn)。本文主要是對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數據的短距離接收進(jìn)行設計探討。

　　二、接收節點(diǎn)工作原理

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據接收節點(diǎn)模塊主要由接收芯片T5743 和MCU 微處理器PIC18F6620 構成，如圖1，發(fā)射端采用ATMEL 公司的的T5754 做為數據發(fā)射芯片，與接收芯片T5743 相匹配，以一定的發(fā)射接收頻率和數據傳輸速率協(xié)同工作。接收芯片T5743 通過(guò)DATA 串行雙向數據線(xiàn)與MCU微處理器PIC18F6620 的I/O 口進(jìn)行通訊，MCU 微處理器接收數據時(shí)，用DATA_CLK 作為同步時(shí)鐘，微處理器PIC18F6620 向接收芯片T5743 發(fā)送指令時(shí)依靠特殊時(shí)序來(lái)達成數據接收和處理。接收過(guò)程用軟件控制的方式來(lái)進(jìn)行數據傳送和實(shí)現對接收芯片T5743 的控制，在接收數據之前，微處理器PIC18F6620 通過(guò)DATA 線(xiàn)將MUC 內的程序寫(xiě)入接收芯片的配置寄存器里，對接收芯片進(jìn)行配置，隨后等待接收數據;當有數據來(lái)時(shí)，由接收芯片T5743 的LNA_IN 端接入，經(jīng)低噪聲放大器放大后送入混頻器，使其變換成中頻;在中頻級，經(jīng)變換的信號在送入解調器之前被放大和濾波。

　　三、接收節點(diǎn)芯片

　　ATMEL的T5743芯片是集成UHF 無(wú)線(xiàn)電接收模塊，帶有PLL 鎖相環(huán)結構的接收芯片，采用SO20 封裝[2]。T5743芯片是為滿(mǎn)足低數據率、低成本RF 數據傳輸系統的要求而開(kāi)發(fā)出來(lái)的，其數據傳輸速度為1～10kB/s，編碼方式為曼切斯特或雙相位方式，可用于接收頻率范圍為300MHz～450MHz(433.92MHz 和315MHz)的ASK 數據傳輸;高靈敏度，全集成VCO，可實(shí)現低功耗功能，電源電壓4.5V~5.5V;單端RF 輸出容易與天線(xiàn)或PCB 版的印制天線(xiàn)相適配;

　　工作溫度范圍為-40℃～105℃。

　　T5743 芯片帶有一雙向串行數據接口DATA，通過(guò)DATA 芯片可與MCU 進(jìn)行串行通訊，交換信息。它可以工作在2 種典型頻率433.92MHz 和315MHz，由MODE 引腳來(lái)選擇，置高為433.92MHz，置低為315MHz，接收頻率在1kB～10kB 之間可選，由軟件設定。設計中由于采用1MHz 中頻與前端SAW濾波器相配合實(shí)現了高鏡像抑制，基于使新型SAW 器件，達到了40dB 抑制，并能用簡(jiǎn)單的雙向數據線(xiàn)實(shí)現與微控制器的通信，利用單獨引腳經(jīng)微控制器實(shí)現電源管理。

　　T5743 芯片的RF 前端是一個(gè)超外差結構，將射頻輸入信號變換成1MHz IF 信號。RF 前端由低噪聲放大器LNA，

　　本地振蕩器LO、混頻器和RF 放大器組成。LO 是由PLL 鎖相環(huán)產(chǎn)生的載波頻率，供混頻器使用。RF 信號經(jīng)RF 輸入腳LNA-IN 輸入，在433.92MHz 時(shí)輸入阻抗為1000Ω/pF，在設計輸入網(wǎng)絡(luò )時(shí)首先考慮噪聲匹配，適當調整元件值和印制板的分布電感電容與輸入端的匹配，達到T5743 在高信噪比時(shí)靈敏度最高。這樣，從RF 前端來(lái)的信號經(jīng)全集成4 階IF 濾波器濾波，達到334.92MHz 的應用，中頻的中心頻率為l MHz。

　　設計中解調器的工作方式由寄存器OPMODE 設置，邏輯“L”設置解調器為FSK 方式;邏輯“H”設置解調器為ASK方式。在A(yíng)SK 方式使用了自動(dòng)門(mén)限控制電路，它將檢測參考電壓設置在一個(gè)能獲得好信噪比的適當值上，這個(gè)電路也能有效抑制任何類(lèi)型的帶內噪聲信號或競爭發(fā)射，如果S/N 超過(guò)10dB 即能很好檢測出數據信號。在FSK 方式下，如果S/N超過(guò)2dB 就能檢測出數字信號。

　　解調器的輸出信號，經(jīng)數字濾波器濾波后送到數字信號處理電路，數字濾波器的通帶與數據信號的特性相匹配。數字濾波器由1階高通和3 階低通濾波器組成。高通濾波器的截止頻率fcu _ DF 由公式(1)決定。低通濾波器的截止頻率由所選波特率范圍(BR-Range)決定，BR-Range 在OPMODE 寄存器中設定，BR-Range 的設置必須與波特率相適應。

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )接收節點(diǎn)的數字電路和模擬濾波器的全部定時(shí)都是來(lái)自一個(gè)時(shí)鐘。這一時(shí)鐘周期TCLK 是從晶體振蕩器經(jīng)分頻器得到的，分頻次數由MODE 引腳端的邏輯狀態(tài)控制[3]。晶體振蕩器的頻率是由RF 輸入信號決定的，它也同時(shí)決定了本地振蕩器的頻率(fLO)。T5743 芯片的工作狀態(tài)是由OPMODE 和LIMIT 的兩個(gè)15 位RAM 寄存器進(jìn)行設置的，寄存器可由雙向DATA 口編程。如果寄存器內容由于掉電而改變，這一狀態(tài)由一個(gè)稱(chēng)為復位標識(RM)的輸出表示出來(lái)，在這種情況下的接收電路必須重新編程。在加電復位(POR)后，寄存器被置為默認模式，如果接收機工作默認模式，不需對寄存器編程。同樣，如果接收電路不是在復位方式，就會(huì )啟動(dòng)相應的OFF 指令編程;如果接收電路處在復位方式，相應的OFF 指令編程不會(huì )被啟動(dòng)，在DATA 腳仍呈現復位標志。