無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收系統設計與實(shí)現

1、引言

對于環(huán)境信息采集是很普遍的，但是將采集的信息如何傳輸就是關(guān)鍵，傳統的系統都是用有線(xiàn)的方法，不僅要鋪設線(xiàn)路，而且不方便，可移植性差。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的不 斷發(fā)展，無(wú)線(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域中的應用也不斷增加，通過(guò)嵌入式系統，用無(wú)線(xiàn)的方式實(shí)現數據的采集和傳輸是最好的解決方法，不僅簡(jiǎn)化了實(shí)施的難度，而且成本相對較低。

本文主要是以C51單片機為控制核心，用無(wú)線(xiàn)接收發(fā)射裝置來(lái)實(shí)現環(huán)境數據采集系統。

2、系統目的

設計并制作一個(gè)無(wú)線(xiàn)環(huán)境監測模擬裝置，實(shí)現對周邊溫度和光照信息的探測。該裝置由1個(gè)監測終端和不多于255個(gè)探測節點(diǎn)組成(實(shí)際制作2個(gè))。監測終端和探測節點(diǎn)均含一套無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路，要求具有無(wú)線(xiàn)傳輸數據功能，收發(fā)共用一個(gè)天線(xiàn)。

探測節點(diǎn)有編號預置功能，編碼預置范圍為00000001B～11111111B。探測節點(diǎn)能夠探測其環(huán)境溫度和光照信息。溫度測量范圍為0℃～100℃，絕對誤差小于2℃；光照信息僅要求測量光的有無(wú)。探測節點(diǎn)采用三節1.5V干電池串聯(lián)，單電源供電。

監測終端用外接單電源供電。探測節點(diǎn)分布示意圖如圖1所示。監測終端可以分別與各探測節點(diǎn)直接通信，并能顯示當前能夠通信的探測節點(diǎn)編號及其探測到的環(huán)境溫度和光照信息。

每個(gè)探測節點(diǎn)增加信息的轉發(fā)功能，節點(diǎn)轉發(fā)功能示意圖如圖2所示。即探測節點(diǎn)B的探測信息，能自動(dòng)通過(guò)探測節點(diǎn)A轉發(fā)，以增加監測終端與節點(diǎn)B之間的探測距離D+D1。該轉發(fā)功能應自動(dòng)識別完成，無(wú)需手動(dòng)設置，且探測節點(diǎn)A、B可以互換位置。

3、方案設計與論證

3.1、方案設計

方案一：采用at89s52單片機，無(wú)線(xiàn)發(fā)射采用使用LC振蕩器，無(wú)線(xiàn)接收采用超外差電路，硅光片，DS18B20，8位撥碼開(kāi)關(guān)。

方案二：采用at89s52單片機，無(wú)線(xiàn)發(fā)射采用使用聲表器件，無(wú)線(xiàn)接收采用超再生電路，硅光片，DS18B20，8位撥碼開(kāi)關(guān)。

3.2、方案論證：

（1）無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路選擇

早 期的發(fā)射機較多使用LC振蕩器，頻率漂移較為嚴重。聲表器件的出現解決了這一問(wèn)題，其頻率穩定性與晶振大體相同，而其基頻可達幾百兆甚至上千兆赫茲。無(wú)需 倍頻，與晶振相比電路極其簡(jiǎn)單。以下圖電路為常見(jiàn)的發(fā)射機電路，由于使用了聲表器件，電路工作非常穩定，即使手抓天線(xiàn)、聲表或電路其他部位，發(fā)射頻率均不 會(huì )漂移。所以顯然，發(fā)射采用使用聲表器件的電路。

圖3 無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置

（1）無(wú)線(xiàn)接收電路選擇

接 收機可使用超再生電路或超外差電路，超再生電路成本低，功耗小可達100uA左右，調整良好的超再生電路靈敏度和一級高放、一級振蕩、一級混頻以及兩級中 放的超外差接收機差不多。然而，超再生電路的工作穩定性比較差，選擇性差，從而降低了抗干擾能力。下圖為典型的超再生接收電路。

雖然超生差優(yōu)勢很多，但是根據實(shí)際應用，多數普通的無(wú)線(xiàn)傳輸采用超再生電路，主要是由于超生差成本比較高，所以本系統最終還是采用超再生電路。

圖4 無(wú)線(xiàn)接收裝置

3.3、設計方案總結：

經(jīng)過(guò)分析，最終選擇了方案二，雖然不是最佳方案，但是總體上已經(jīng)符合了這個(gè)系統的要求，從成本上來(lái)說(shuō)，方案二更好。

4、系統設計與實(shí)現

4.1、硬件電路設計

4.1.1、控制單元電路設計

使用AT89C51單片機，由于各個(gè)模塊獨立，需要用電池供電，由于該單片機的正常工作電壓是5V，所以三節電池的4.5V電壓可以滿(mǎn)足其正常工作。外部接一個(gè)12MHZ的晶振。

由于需要編碼，所以用一個(gè)8位撥碼開(kāi)關(guān)，使用該單片機的P1口來(lái)進(jìn)行操作，剛好能夠實(shí)現256種。

4.1.2、無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路設計

接收發(fā)射各需要一個(gè)引腳，用P0口能夠滿(mǎn)足。采用315MHZ頻率的晶振作為載波的頻率。

圖6 無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置與單片機連接電路

4.1.3、溫度采集電路設計

溫度采集用DS18B20，直接實(shí)現數字的采集。

4.2、系統軟件設計

所有的控制都是由單片機完成，所以單片機要進(jìn)行控制和數據處理兩項操作。

圖7 探測節點(diǎn)流程圖

圖8 檢測節點(diǎn)流程圖

4.3、系統測試

無(wú)線(xiàn)傳輸頻率可選高頻315MHz，示波器顯示傳輸效果很好；單片機晶振我選的是12MHz，我測得12MHz對無(wú)線(xiàn)收發(fā)有一定的影響。無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)，由于是電池供電，所以在穩定上還是欠缺一點(diǎn)，在加上電容對電源進(jìn)行控制時(shí)，效果有所改善。

經(jīng)過(guò)以上的系統測試改善，小車(chē)能完成要求。

5、結束語(yǔ)

結合我選定的各種模塊，通過(guò)軟件編程與硬件的相互協(xié)調，我已經(jīng)完全實(shí)現了設計的要求。本系統的難點(diǎn)主要在于對無(wú)線(xiàn)收發(fā)的電路的處理。還有就是無(wú)線(xiàn)收發(fā)的規則上。通過(guò)對本系統的設計和實(shí)現，雖然系統仍然有不足，但是深刻了解了無(wú)線(xiàn)通信的實(shí)現。