短距離高可靠無(wú)線(xiàn)數據通訊裝置

1.前言

目前，0～100米內的短距離無(wú)線(xiàn)通訊裝置的應用非常廣泛，例如汽車(chē)遙控門(mén)匙、無(wú)線(xiàn)抄表、ID卡、計算機無(wú)線(xiàn)數據通訊等。世界各大芯片制造商如TI、 MOTOROLA、DIGITAL-WIRELESS等公司，根據需求，研制開(kāi)發(fā)出了各種新式射頻芯片，使短距離無(wú)線(xiàn)數據通訊裝置的設計開(kāi)發(fā)趨于更加容易、方便、周期短、成本低。

本文通過(guò)對常用調制模式誤碼率的計算和比較，選擇了OOK模式，并用RFM公司先進(jìn)的ASH（Amplifer-Sequenced Hybrid）式接收器[1]，研制了一套短距離高可靠無(wú)線(xiàn)數據通訊裝置，給出了測試和應用結果。

2.FSK 、ASK、OOK三種調制模式誤碼率的計算

無(wú)線(xiàn)通訊常用的調制模式有FSK（Frequency-Shift-Key）、ASK（Amplitude-Shift-Key）、OOK（On-Off-Key）[2]等，評價(jià)調制模式的重要指標是誤碼率。三種模式的誤碼率理論計算公式如下：


從圖可得如下結論：三種模式中FSK模式抗干擾能力雖最強，但當信噪比大于15dB后，三種模式的誤碼率基本相同?？紤]到實(shí)際應用中信噪比大的環(huán)境特點(diǎn)，且由于三種模式中OOK模式具有低成本、易開(kāi)發(fā)、最省電等特點(diǎn)，本文選取OOK模式作為短距離無(wú)線(xiàn)數據通訊調制模式。

3.ASH接收器

在設計短距離無(wú)線(xiàn)通訊裝置時(shí)，必須遵守無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì )的各項規定。為免除無(wú)線(xiàn)信道申請，只有在發(fā)射功率受限條件下，增加通訊之間距離，RFM公司提供了一種分時(shí)放大ASH式接收器[1]， 可滿(mǎn)足這一要求，其原理圖見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，ASH式接收器由脈沖發(fā)生器、SAW帶通濾波器、兩級射頻放大器[3]、SAW延遲線(xiàn)等組成。脈沖發(fā)生器控制兩級射頻放大器，使它們分時(shí)工作。當接收的信號經(jīng)過(guò)帶通濾波器后，脈沖發(fā)生器打開(kāi)第一級放大器并關(guān)閉第二級放大器，使信號放大后送入延遲線(xiàn)；當信號通過(guò)延遲線(xiàn)后，脈沖發(fā)生器打開(kāi)第二級放大器并關(guān)閉第一級放大器，使信號再次放大后輸出。

同利用分頻放大原理的Superheterodyne式接收器[2]相比較，ASH式接收器有以下特點(diǎn)：1）體積小，僅為10.2×7.06× 2.03mm；2）耗電量小,可使用電池供電,便于設計手持裝置[4]；3）不使用高穩定的振蕩器，完全消除了本地振蕩器的輻射；4) 完全消除了混頻器噪聲；5）外圍電路設計簡(jiǎn)單、便于開(kāi)發(fā)；6）支持高速數據通訊,波特率達100kb/s；7）成本低。

4.設計實(shí)例

根據上述計算和分析，本文選用RFM公司的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器ASH式TR3001芯片[5]和OOK模式設計了一個(gè)短距離無(wú)線(xiàn)數據通訊裝置。

圖3為裝置原理框圖，其中TR3001主要完成無(wú)線(xiàn)收發(fā)接口，MAX202完成標準RS232接口轉換， 80C51CPU主要完成DC平衡編碼與解碼、無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)控制、串行通訊等任務(wù)。圖4為T(mén)R3001芯片應用電路圖。本裝置主要性能指標如下：1）體積小，85×50×5mm；2）支持半雙工，波特率為9.6kb/s的串行數據通訊；3）最大通訊距離為20米；4）使用315M頻點(diǎn)。由于發(fā)射功率低，不需要向無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì )申請執照。

5.結果

使用5211型誤碼儀在戶(hù)外空地5至25米距離對本裝置進(jìn)行了測試，測試結果見(jiàn)圖5，表明隨著(zhù)距離的增加，信噪比變小，誤碼率增高。但在20米距離內仍能滿(mǎn)足使用要求。本設計已作成小型近距離通訊裝置在實(shí)際數據采集和傳送中使用，獲得了滿(mǎn)意結果。