高危生產(chǎn)區域人員定位節點(diǎn)的電路設計

參考節點(diǎn)為室內同定的節點(diǎn)，移動(dòng)節點(diǎn)根據參考節點(diǎn)發(fā)射的信號測量跟參考節點(diǎn)之間的距離，移動(dòng)節點(diǎn)再將距離信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)通過(guò)USB接口將距離信息傳送到計算機上，在計算機上實(shí)現對移動(dòng)節點(diǎn)的實(shí)時(shí)跟蹤定位。

3 硬件設計
定位節點(diǎn)由兩塊電路板組成，分別是無(wú)線(xiàn)模塊電路板和處理器電路板，如圖3所示。其中無(wú)線(xiàn)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。節點(diǎn)包括電源模塊、無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)模塊在無(wú)線(xiàn)模塊電路板上。無(wú)線(xiàn)模塊負責射頻信號的接收與發(fā)送，處理器電路板負責電源的供給、控制無(wú)線(xiàn)模塊電路工作以及數據的通信等。無(wú)線(xiàn)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獨特的線(xiàn)性調頻擴頻通訊技術(shù)，其片上點(diǎn)對點(diǎn)測距可達到1 m的精度，同時(shí)提供傳輸距離極佳的可靠數據通信。

3．1 電源模塊
電源模塊由穩壓模塊和電平轉換模塊2個(gè)部分組成。穩壓模塊提供單片機所需要的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穩壓芯片為NCP1402SN33T1單片微功率升壓直流-直流轉換器，NCP1402系列穩壓器專(zhuān)為通過(guò)一節或2節電池為便攜設備供電的應用而設計，可由0．8 V的電池電壓?jiǎn)?dòng)，同時(shí)需要的外部元件少，有5種標準的穩定輸出電壓，NCP1402SN33T1輸出穩定的3．3 V電壓，輸出電流可達200 mA。所使用的2．5 V穩壓芯片為T(mén)I公司的TPS79425DGN低壓差線(xiàn)性穩壓器。 TPS794XX系列的低壓差線(xiàn)性穩壓器具有高電源抑制比、超低噪聲及快速啟動(dòng)等特點(diǎn)，該系列穩壓器具有1．2～5．5 V可調的電壓輸出值。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)行轉換。采用的電平轉換芯片為SN74AVC4T245，可以實(shí)現1．2 V至3．6 V的電平轉換。
3．2 無(wú)線(xiàn)模塊
本文采用的無(wú)線(xiàn)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的免授權頻段，提供3個(gè)可自由調整中心頻率的非重疊2．4 GHzISM頻道和14個(gè)重疊的頻道，提高了與現有2．4 GHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)共存時(shí)的網(wǎng)絡(luò )性能，具有125 Kb／s～2 Mb／s的可編程數據速率，0～33 dBm可調且支持擴展至20 dBm以上的可編程輸出功率，高達大-97 dBm的接收靈敏度，具有節能的掉電模式，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)鐘的基準來(lái)產(chǎn)生線(xiàn)性調頻信號，32．768 kHz時(shí)鐘為實(shí)時(shí)時(shí)鐘及實(shí)現掉電模式下的電源管理。為了使節點(diǎn)有一個(gè)更高的測距精度，基帶的基準時(shí)鐘必須穩定，即32 MHz的時(shí)鐘信號必須穩定。為了確保時(shí)鐘的穩定，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，外電路中的不穩定參數對振蕩回路影響很小，回路的標準性高。