无线发射接收系统设计与实现

1、引言

对于环境信息采集是很普遍的，但是将采集的信息如何传输就是关键，传统的系统都是用有线的方法，不仅要铺设线路，而且不方便，可移植性差。随着无线技术的不断发展，无线在各个领域中的应用也不断增加，通过嵌入式系统，用无线的方式实现数据的采集和传输是最好的解决方法，不仅简化了实施的难度，而且成本相对较低。

本文主要是以C51单片机为控制核心，用无线接收发射装置来实现环境数据采集系统。

2、系统目的

设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成(实际制作2个)。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。

探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用三节1.5V干电池串联，单电源供电。

监测终端用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。

每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。

3、方案设计与论证

3.1、方案设计

方案一：采用at89s52单片机，无线发射采用使用LC振荡器，无线接收采用超外差电路，硅光片，DS18B20，8位拨码开关。

方案二：采用at89s52单片机，无线发射采用使用声表器件，无线接收采用超再生电路，硅光片，DS18B20，8位拨码开关。

3.2、方案论证：

（1）无线发射电路选择

早期的发射机较多使用LC振荡器，频率漂移较为严重。声表器件的出现解决了这一问题，其频率稳定性与晶振大体相同，而其基频可达几百兆甚至上千兆赫兹。无需倍频，与晶振相比电路极其简单。以下图电路为常见的发射机电路，由于使用了声表器件，电路工作非常稳定，即使手抓天线、声表或电路其他部位，发射频率均不会漂移。所以显然，发射采用使用声表器件的电路。

图3 无线发射装置

（1）无线接收电路选择

接收机可使用超再生电路或超外差电路，超再生电路成本低，功耗小可达100uA左右，调整良好的超再生电路灵敏度和一级高放、一级振荡、一级混频以及两级中放的超外差接收机差不多。然而，超再生电路的工作稳定性比较差，选择性差，从而降低了抗干扰能力。下图为典型的超再生接收电路。

虽然超生差优势很多，但是根据实际应用，多数普通的无线传输采用超再生电路，主要是由于超生差成本比较高，所以本系统最终还是采用超再生电路。

图4 无线接收装置

3.3、设计方案总结：

经过分析，最终选择了方案二，虽然不是最佳方案，但是总体上已经符合了这个系统的要求，从成本上来说，方案二更好。

4、系统设计与实现

4.1、硬件电路设计

4.1.1、控制单元电路设计

使用AT89C51单片机，由于各个模块独立，需要用电池供电，由于该单片机的正常工作电压是5V，所以三节电池的4.5V电压可以满足其正常工作。外部接一个12MHZ的晶振。

由于需要编码，所以用一个8位拨码开关，使用该单片机的P1口来进行操作，刚好能够实现256种。

4.1.2、无线收发电路设计

接收发射各需要一个引脚，用P0口能够满足。采用315MHZ频率的晶振作为载波的频率。

图6 无线收发装置与单片机连接电路

4.1.3、温度采集电路设计

温度采集用DS18B20，直接实现数字的采集。

4.2、系统软件设计

所有的控制都是由单片机完成，所以单片机要进行控制和数据处理两项操作。

图7 探测节点流程图

图8 检测节点流程图

4.3、系统测试

无线传输频率可选高频315MHz，示波器显示传输效果很好；单片机晶振我选的是12MHz，我测得12MHz对无线收发有一定的影响。无线传输时，由于是电池供电，所以在稳定上还是欠缺一点，在加上电容对电源进行控制时，效果有所改善。

经过以上的系统测试改善，小车能完成要求。

5、结束语

结合我选定的各种模块，通过软件编程与硬件的相互协调，我已经完全实现了设计的要求。本系统的难点主要在于对无线收发的电路的处理。还有就是无线收发的规则上。

通过对本系统的设计和实现，虽然系统仍然有不足，但是深刻了解了无线通信的实现。

参考文献 

[1]《信号与系统(第二版)》A.V.Oppenheim西安交通大学出版社2000年. 
[2]《数字与模拟通信系统》Leon W.Couch,II电子工业出版社. 
[3]《现代通信原理》 曹志刚清华大学出版社. 
[4] 张俊谟：《单片机中级教程——原理及应用》，北京航天航空出版社，2006年10月第2版