基于MSP430F5438單片機的無(wú)線(xiàn)環(huán)境檢測系統設計

　　在節點(diǎn)上采用高效率的開(kāi)關(guān)狀態(tài)功放，而終端也可以使用戊類(lèi)放大。設定輸出功率為0.1 w。首先計算C3355的輸出阻抗，假設C3355的輸出功率為0.1 w，根據功放的最佳負載計算得到，我們的電源電壓為Vc=3 V，設Vce=0.1V，輸出功率Po=0.1 w，計算得出最佳輸出電阻為

　　R=

　　從C3355的datasheet上則三極管的輸出得到集電極的輸出電容，故假設輸出電容是15 pF，阻抗可等效為一個(gè)42Ω的電阻與一個(gè)15 pF左右的電容并聯(lián)。取集電極饋電線(xiàn)圈的電感為10 uH兼作為輸出的諧振同路，此時(shí)所需的諧振電容為22.12 pF，所以還需要在集電極到地接入一個(gè)(10～22.12)pF的電容，為了便于調諧，采用了一只5/35pF的可調電容，經(jīng)過(guò)這樣后，三極管輸出為42n的純阻，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)42 Ω～16.3 kΩ的三階低通濾波器實(shí)現阻抗變換，并且使輸出波形平滑(濾掉載波的高次諧波)。

　　在輸出端接了一個(gè)100 nF的隔直電容，這會(huì )使得輸出不再是42 Ω的純阻，所以經(jīng)過(guò)PSPICE仿真，進(jìn)行校準，得到最終的具體參數。

　　圖2 e3355開(kāi)關(guān)狀態(tài)功放

　　2.3 接收機解調電路分析

　　由于本系統采用的是OOK凋制，所以采用靈敏度高的倍壓檢波。當終端與節點(diǎn)距離較遠時(shí)，為了提高接收靈敏度，所以使用了兩級放大，從而在距離較遠的時(shí)候也能正常檢測到信號?？紤]到在近距離時(shí)，在天線(xiàn)線(xiàn)圈接收處加上限幅電路。這樣就保證了在近距離和遠距離時(shí)都能夠接收到較好的信號。但是實(shí)際上由于在很遠的時(shí)候接收到的信號還是很小，這樣就導致了隨著(zhù)距離的遠近需要改變比較器的參考電平，因此采用一個(gè)RC積分保持電路，使得能檢測到最大的峰值，這樣就實(shí)現了自適應比較，從而在遠距離時(shí)串口依然能夠正確識別信號。

　　為r實(shí)現天線(xiàn)的復用，使用一個(gè)開(kāi)關(guān)電路來(lái)切換收發(fā)模式。這個(gè)開(kāi)關(guān)電路使用單片機I/O口來(lái)控制高速二極管的導通與關(guān)斷來(lái)實(shí)現切換的。

　　2.4 通信協(xié)議分析與設計

　　通信協(xié)議采用的是終端發(fā)起同步傳輸，各個(gè)節點(diǎn)根據終端的同步信息同步自己的時(shí)鐘，然后在自己編號所分配的時(shí)隙內依次傳輸。

　　信息的交換采用幀交換，每個(gè)幀由4個(gè)字節組成，結構如下圖示。每一次發(fā)送或者接收都足以幀為單位。其中數據氳揍的低七位表示0～100 oC的溫度，最高位表示光照的有無(wú)，1為有，0為無(wú)。

　　整個(gè)通信過(guò)程如下圖示，終端不斷發(fā)起同步傳輸，每個(gè)同步傳輸分為信息同步發(fā)送和中繼同步發(fā)送2個(gè)階段。信息同步發(fā)送階段收到終端同步信號的節點(diǎn)在分配給自己的時(shí)隙發(fā)送數據。中繼同步階段沒(méi)有收到終端同步信號的節點(diǎn)收到相鄰節點(diǎn)回復給終端的信息后，在本階段自己的時(shí)隙內發(fā)送中繼請求，目的ID為監聽(tīng)到的節點(diǎn)中的任意一個(gè)，由選中的節點(diǎn)在下一個(gè)信息同步發(fā)送階段代替自己發(fā)送信息給終端。

　　圖3數據幀格式

　　為了克服各個(gè)節點(diǎn)定時(shí)不夠精確的問(wèn)題，需在每個(gè)幀之間加入保護間隔，在本協(xié)議中設計為發(fā)送一個(gè)字節的時(shí)間。

　　即發(fā)送一幀數據需要5個(gè)字節的時(shí)間。因此可以計算得到滿(mǎn)足要求最低的波特率。按照最壞情況計算，一共需要256×3A“時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙由5個(gè)字節之間，每個(gè)字節10個(gè)位，所以波特率大于：

　　這里為了留出余量設置為9 600 bps。

　　3 電路設計與軟件設計

　　3.1 發(fā)射電路分析與設計

　　在發(fā)射電路中(見(jiàn)圖4)，我們選用74HC00，可在3 V電壓下工作，74HC()o實(shí)現了lO.7 MHz的載波產(chǎn)生，信號調制，功放驅動(dòng)為一體。功放的額定輸出功率是0.1 w。

　　3.2 接收電路設計

　　接收電路見(jiàn)圖5。接收機的前端采用了限幅電路，一個(gè)很小的電容(22 pF)后面接2個(gè)方向相反的二極管到地。這樣就保證了在收發(fā)天線(xiàn)很近的時(shí)候，接收到的電壓被限制在0.25 V。

　　控制收發(fā)的開(kāi)關(guān)電路是有2個(gè)反向串聯(lián)的1N4148和一個(gè)4.7mH電感串聯(lián)一個(gè)5。6k電阻到單片機的I/O口。

　　圖4發(fā)射電路

　　圖5接收電路