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深圳電路板克隆C8051F系列單片機的無線收發電路設計

2012年06月19日08:43

    數據采集及傳輸系統是現代測量儀器的基礎。在工業測控、醫療監護和實驗研究中得到廣泛應用。當數據采集點處于非固定位置或運動狀態時,數據采集系統必須與主機分離。同時還需利用電池供電。因此,由電路或模塊組成的數據采集及傳輸系統是有效的解決方式。比較典型的無線收發電路或模塊有采用2.4 GHz通信頻率的無線網絡傳感器節點,433/868/915 MHz通信頻率的遙控模塊及數傳模塊、900/1 800 MHz通信頻率的GSM模塊,但現有的無線收發電路或模塊易造成系統體積過大、功耗偏高,不能完全滿足采用電池供電的便攜式監測系統的需要,尤其是需要大規模、密集型部署,僅需要近距離通信的場合,傳統的無線通信模塊容易造成網絡通信的阻塞、縮小網絡的容量、增加節點的功耗、縮短節點的壽命。
    這里給出以340單片機作為監測終端控制器,C8051F330D單片機作為探測節點控制器,通過漆包線自行繞制圓形空心天線,分別構成監控終端和探測節點的無線收發電路,實現無線數據傳輸功能。
    1 硬件電路設計
    該系統主要由監測終端、探測節點和天線等組成,硬件結構框圖如圖1所示。圖1中,液晶顯示器是處于調試需要,連接至監測終端,用以顯示探測節點的編號、所傳輸的數據等信息。收發電路均采用直徑為0.8mm的漆包線自行繞制成圓形空心線圈天線,直徑為(3.4±0.3)cm。
    1.1 發射電路
    監測終端與探測節點的硬件電路相似,監測終端通過液晶顯示探測節點的編號、所傳輸的數據等信息并通過5 V開關電源供電。而探測節點則沒有液晶顯示器,通過2節普通干電池構成3 V電源供電。發射電路使用單片機PCA寄存器產生3 MHz的振蕩頻率,直接控制LC諧振線圈進行振蕩。C8051F330D單片機具有睡眠模式,可降低節點電路的功耗,其內部的編程計數器陣列(PCA0)提供增強的定時器功能,與標準8051的計數器/定時器相比,不占用額外的CPU資源。使用PCA0產生3 MHz的載波頻率,以推挽方式輸出,增大后級諧振回路的發射功率。
    1.2 接收放大電路設計
    使用AD8656雙運放芯片組成接收放大電路。該運放適合+2.7~+5.5 V電源電壓供電,是具有低噪聲性能的精密雙運算放大器。AD8656型CMOS放大器在滿共模電壓(VCM)范圍內提供250 mV精密失調電壓最大值,且在10 kHz處提供低電壓噪聲譜密度和0.008%的低真,無需外部三極管增益級或多個并行的放大器以減小系統噪聲。通過干電池提供3V單電源供電,接收放大電路如圖2所示。電路板克隆放大電路由AD8656進行兩級放大,抵消線圈所感應到的信號電壓幅值因距離的增加而產生的衰減,放大所接收到的微弱信號,增加無線傳輸距離。系統接收電路經D8656放大后的輸出電壓輸至單片機進行A/D轉換,對數據進行編解碼,而未采用檢波解調電路,可有效簡化電路結構。
    2 電路參數確定
    2.1 發射電路設計計算
    發射電路通過單片機片內PCA進行控制,采用單片機內部12 MHz晶振,使用頻率輸出方式在單片機CEXn引腳產生頻率可編程的方波,所產生的方

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