電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課件

1、電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)電子設(shè)計競賽培訓講座之電子設(shè)計競賽培訓講座之無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)福州大學通信工程系許志猛電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)主要內(nèi)容主要內(nèi)容o電子設(shè)計競賽無線通信類題目概述電子設(shè)計競賽無線通信類題目概述o電子系統(tǒng)設(shè)計步驟電子系統(tǒng)設(shè)計步驟o電子系統(tǒng)設(shè)計常用工具電子系統(tǒng)設(shè)計常用工具o討論討論電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)導導 言言o大學生電子設(shè)計競賽n從前幾屆全國電子設(shè)計競賽的試題來看，可以歸納成5類：o電源類電源類o信號源類信號源類o無線電類無線電類o儀器類儀器類o數(shù)據(jù)采集與控制類數(shù)據(jù)采集與控制類從各個題目看，不是簡單的電路設(shè)計，而是“系統(tǒng)設(shè)計”電子設(shè)計競賽講座之無線

2、通信系統(tǒng)歷屆無線電類題目歷屆無線電類題目o2009第九屆 無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置（D題）n設(shè)計并制作一個無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置，實現(xiàn)對周邊溫度和光照信息的探測。該裝置由1個監(jiān)測終端和不多于255個探測節(jié)點組成（實際制作2個）。監(jiān)測終端和探測節(jié)點均含一套無線收發(fā)電路，要求具有無線傳輸數(shù)據(jù)功能，收發(fā)共用一個天線。 o2007第八屆 無線識別裝置（B題）n設(shè)計制作一套無線識別裝置。該裝置由閱讀器、應(yīng)答器和耦合線圈組成。閱讀器能識別應(yīng)答器的有無、編碼和存儲信息。不得使用現(xiàn)有射頻識別卡或用于識別的專用芯片。o2005第七屆 單工無線呼叫系統(tǒng)（D題）n設(shè)計并制作一個單工無線呼叫系統(tǒng)，實現(xiàn)主站至從站間的單工語音

3、及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。o2003第六屆 電壓控制LC 振蕩器（A 題）n輸出頻率范圍：15MHz35MHz電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)歷屆無線電類題目歷屆無線電類題目 (Cont.)o2001第五屆 F題 調(diào)頻收音機n用SONY公司提供的FM/AM收音機集成芯片CXA1019和鎖相頻率合成調(diào)諧集成芯片BU2614，制作一臺調(diào)頻收音機。o1999第四屆 D題 短波調(diào)頻接收機n短波調(diào)頻接收機，接收頻率（f0）范圍：8MHz10MHz。o1997第三屆 D題 調(diào)幅廣播收音機n利用所提供的元器件（附有資料）制作一個中波廣播收音機。接收頻率范圍：540kHz1600kHz；o1995第二屆 題目三 簡易無線

4、電遙控系統(tǒng)n設(shè)計并制作無線電遙控發(fā)射機和接收機。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)2009年年 賽題解析賽題解析o探測節(jié)點有編號預置功能；o溫度測量范圍為0100，絕對誤差小于2 ；o光照信息僅要求測量光的有無；o探測節(jié)點采用兩節(jié)1.5V干電池串聯(lián)，單電源供電；o探測時延不大于5s，距離D不小于10cm。o探測節(jié)點增加信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能；o監(jiān)測終端電源供給功率1W，使探測距離D+D1達到50cm；o降低各探測節(jié)點的功耗，以延長干電池的供電時間。探測節(jié)點A探測節(jié)點B監(jiān)測終端D圖1 探測節(jié)點分布示意圖探測節(jié)點A探測節(jié)點B監(jiān)測終端DD1圖2 節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)功能示意圖電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)要點分析要點分析o

5、1對多通信，需要設(shè)計數(shù)據(jù)幀格式；o轉(zhuǎn)發(fā)功能，需要設(shè)計傳輸協(xié)議；o低功耗設(shè)計，電池供電，設(shè)計芯片的選擇和電源的設(shè)計；o不能采用現(xiàn)成收發(fā)模塊，需要設(shè)計無線收發(fā)電路。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o溫度和光照測量n光照：開關(guān)信號，可用光敏二/三極管（ST-1KL3B），光敏電阻（電阻分壓或加比較器或三極管構(gòu)成開關(guān)信號）或?qū)Ｓ瞄_關(guān)傳感器On9668n溫度：精度不高，為了實現(xiàn)低功耗和簡化電路，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，省去ADC等電路，直接用單片機可以讀取數(shù)字溫度，精度和測量范圍滿足題目要求。o溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.

6、0625溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o電源n監(jiān)測終端使用外接單電源供電，可以直接采用實驗室電源，電源電壓也沒有具體限制。o在電壓輸入端，可以采用穩(wěn)壓芯片。具體型號可用LM317，LM196等n探測節(jié)點使用兩節(jié)1.5V干電池串聯(lián)，單電源供電。o由于現(xiàn)有的大部分元器件工作電壓都是3.3V和5V，電壓上會涉及升壓的操作。o可采用專用DC-DC升壓芯片，如MC33063，MAX1771，MAX1674，uc3843等。o由于沒有限制，可采用專用的DC-DC逆變模塊，如A0505S電子設(shè)計競

7、賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o控制器n不計功耗，可采用51系列單片機，開發(fā)環(huán)境比較熟悉n對功耗要求較高，可采用TI的MSP430系列n其余可選ATMEL的ATmega16系列nPIC系列o顯示部件n顯示內(nèi)容不多，可采用LCD1602字符液晶，編程比采用LED數(shù)碼管要方便電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o無線收發(fā)電路n采用OOK方案比較簡單，也可采用FSK方案n收發(fā)直接的切換可采用繼電器，默認都處于接收狀態(tài)發(fā)射部分電路電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o無線收發(fā)電路接收電路三極管選頻放大 有效值檢測 比較輸出整形 電子設(shè)計競賽講座之無線通

8、信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o無線收發(fā)電路2并行增加驅(qū)動LM393比較器Op4340運放多級放大二極管檢波電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o無線收發(fā)電路3電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)n低層傳輸采用串口，可以利用控制器的UART接口，并容易進行編程實現(xiàn)n在此基礎(chǔ)上，根據(jù)題目要求，設(shè)計如下幀結(jié)構(gòu)電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議n路由協(xié)議分析 o設(shè)計目標要求系統(tǒng)具有中繼功能。考慮到實現(xiàn)復雜度的限制，擬采用洪泛（Flooding）機制。Flooding是一種簡單的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機制，它不需要專門的控制分組，即可

9、以完成多跳路由功能。基本原理是節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，如果目的節(jié)點不是自己且該分組的生存時間（TTL）不為，則轉(zhuǎn)發(fā)出去。nMAC協(xié)議分析o設(shè)計目標是避免節(jié)點之間的沖突。本題中，主要采用隨機退避和多次重傳的方法，同時，為簡化設(shè)計，不采用握手機制。有兩個關(guān)鍵點： 1）同步； 2）隨機退避。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議nMAC協(xié)議分析（Cont.）n同步o數(shù)據(jù)幀都具有相同長度，可以把時間分成時隙，每個時隙是無誤發(fā)送一幀的時間，記作t0。監(jiān)測終端周期地發(fā)送信標分組，所有節(jié)點在接入信道時總是先處于接收狀態(tài)，在收到信標后與之同步，并在下一個時隙轉(zhuǎn)發(fā)信標。所有節(jié)點只在時隙起始

10、點發(fā)送。 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案討論設(shè)計方案討論o數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議nMAC協(xié)議分析（Cont.）n隨機退避o探測節(jié)點隨機選擇k個時隙，在每個時隙發(fā)送一次原始數(shù)據(jù)的副本。只要其中有1個分組被正確接收，則發(fā)送成功。實際上，成功率與發(fā)送次數(shù)、參與信道競爭的節(jié)點數(shù)和允許的最大時延等因素都有關(guān)。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)2007年無線通信類課題解析年無線通信類課題解析無線識別裝置（無線識別裝置（B題）題） o任務(wù)任務(wù)圖1 無線識別裝置方框圖 設(shè)計制作一套無線識別裝置。該裝置由閱讀器、應(yīng)答器和耦合線圈組成，其方框圖參見圖1。閱讀器能識別應(yīng)答器的有無、編碼和存儲信息。電子設(shè)計競賽講座之無線通

11、信系統(tǒng)無線識別裝置（無線識別裝置（B題）題）o任務(wù)（任務(wù)（Cont.）n裝置中閱讀器、應(yīng)答器均具有無線傳輸功能，頻率和調(diào)制方式自由選定。n不得使用現(xiàn)有射頻識別卡或用于識別的專用芯片。n裝置中的耦合線圈為圓形空芯線圈，用直徑不大于1mm的漆包線或有絕緣外皮的導線密繞10圈制成。線圈直徑為6.60.5 cm（可用直徑6.6 cm左右的易拉罐作為骨架，繞好取下，用絕緣膠帶固定即可）。線圈間的介質(zhì)為空氣。兩個耦合線圈最接近部分的間距定義為D。n閱讀器、應(yīng)答器不得使用其他耦合方式。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)無線識別裝置（無線識別裝置（B題）題）o要求要求n基本要求基本要求o應(yīng)答器采用兩節(jié)1.5V干電

12、池供電，閱讀器用外接單電源供電。閱讀器采用發(fā)光二極管顯示識別結(jié)果，能在D盡可能大的情況下，識別應(yīng)答器的有無。識別正確率80%，識別時間5秒，耦合線圈間距D5cm。 o應(yīng)答器增加編碼預置功能，可以用開關(guān)預置四位二進制編碼。閱讀器能正確識別并顯示應(yīng)答器的預置編碼。顯示正確率80%，響應(yīng)時間5秒，耦合線圈間距D5cm。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)無線識別裝置（無線識別裝置（B題）題）o要求（要求（Cont.）n發(fā)揮部分發(fā)揮部分 o應(yīng)答器所需電源能量全部從耦合線圈獲得（通過對耦合到的信號進行整流濾波得到能量），不允許使用電池及內(nèi)部含有電池的集成電路。閱讀器能正確讀出并顯示應(yīng)答器上預置的四位二進制編碼

13、。顯示正確率80%，響應(yīng)時間5秒，耦合線圈間距D5cm。 o閱讀器采用單電源供電，在識別狀態(tài)時，電源供給功率2W。在顯示編碼正確率80%、響應(yīng)時間5秒的條件下，盡可能增加耦合線圈間距D。 o應(yīng)答器增加信息存儲功能，其存儲容量大于等于兩個四位二進制數(shù)。裝置斷電后，應(yīng)答器存儲的信息不丟失。無線識別裝置具有在閱讀器端寫入、讀出應(yīng)答器存儲信息的功能。 o其他。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)題目背景題目背景o先從自動識別技術(shù)說起o目前，實際應(yīng)用中的自動識別技術(shù)主要有：n條形碼nIC卡nRFIDn生物特征識別：指紋、人臉、虹膜n自動識別技術(shù)是以計算機技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合性科學技術(shù)，它是信息數(shù)據(jù)自動識

14、讀、自動采集到計算機的重要方法和手段。 無線射頻識別技術(shù)無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一種非接觸的自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）或雷達反射的傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)題目分析題目分析o此為功能性題目。題目的初衷是要做一個無線讀卡裝置。（RFID）o此題最簡單的方法是用一對現(xiàn)有的收發(fā)芯片，配上題目給出的天線。o此題基本要求部分是進行簡單的數(shù)字通信，發(fā)揮部分主要是無線功率傳輸?shù)膯栴}。o解決的方法是，可在發(fā)送端不斷地進行高頻等幅波的發(fā)射，在接收端接收其高頻能量，檢

15、波成直流分量并存儲起來，可用電容作為存儲元件。由于題目要求傳輸?shù)男畔⒘亢苄?，可有較多時間進行高頻能量的傳輸。o此題的結(jié)果可能有三種：一是不能傳輸信息也就是失??；二是只完成基本部分；三是可進行無源接收。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計方案論證與比較o方案方案0n采用供能、通信相分離的方式來實現(xiàn)無線識別。 n該方案的原理就是將供能和通信分開，用線圈的耦合作用實現(xiàn)應(yīng)答器的無源供電；而通信則使用無線收發(fā)電路制作，比如應(yīng)用10米波段的MC2833、MC3363收發(fā)電路或者315MHz、433MHz等頻段的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊來制作。這樣的設(shè)計，線圈主要完成能量的傳輸，比較容易實現(xiàn)，而信號的耦合

16、則是通過其他無線通信途徑來完成的，與題目中的“不依靠任何其他耦合方式”這一要求不符不符。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計方案論證與比較（Cont.）o方案一方案一o采用單片機與有源晶振振蕩器組成無線識別系統(tǒng)。閱讀器：用串口通信方式掃描應(yīng)答信號，接受到應(yīng)答信號后，判別其是否有效，若有效則顯示應(yīng)答器信息，并蜂鳴提示。應(yīng)答器：當靠近閱讀器時，通過線圈耦合獲得工作能量，讀取撥碼開關(guān)狀態(tài)，發(fā)送應(yīng)答信號。特點：采用單片機異步串口通信方式，具有較高的顯示正確率。但對于本設(shè)計任務(wù)，考慮到耦合能量有限，不足以驅(qū)動單片機。 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計方案論證與比較（Cont.）o

17、方案二方案二o采用PT2262編碼芯片，與PT2272解碼芯片組成無線識別系統(tǒng)。應(yīng)答器通過四位撥碼開關(guān)進行卡號設(shè)置，PT2262對卡號進行編碼并通過耦合線圈發(fā)射出去；閱讀器通過耦合線圈接收信號并交給PT2272解碼芯片譯碼輸出應(yīng)答器卡號，由發(fā)光二極管顯示。 特點：系統(tǒng)組成簡單，成本低，功耗小，且PT2262起始工作電壓低非常適合能量供應(yīng)有限的場合。 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計方案論證與比較調(diào)制方式論證與比較調(diào)制方式論證與比較o方案一方案一 頻移鍵控（頻移鍵控（FSK）n傳輸速率快，數(shù)據(jù)正確率高，但調(diào)制電路復雜，成本高，尤其功耗較高，而且解調(diào)電路較為復雜。本題目要求低功耗，且

18、對通訊指標要求不是很苛刻，如傳輸數(shù)據(jù)正確率80%，響應(yīng)時間 5S，故不宜選用該方案。o方案二方案二 相移鍵控（相移鍵控（PSK）n與FSK類似。o方案三方案三 幅移鍵控（幅移鍵控（ASK）n調(diào)制電路簡單，功耗較低，常用于簡單的低速數(shù)據(jù)通信，解調(diào)電路也十分簡單，滿足本設(shè)計任務(wù)要求，綜合考慮我們選用該方案。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計總體設(shè)計總體設(shè)計1閱讀器部分閱讀器部分（參考）o電能由振蕩電路產(chǎn)生經(jīng)后經(jīng)多級放大電路放大，通過耦合線圈發(fā)送出去；o閱讀器通過耦合線圈接收應(yīng)答器發(fā)送的信號，信號經(jīng)檢波電路檢波后送給PT2272串口接收，PT2272對編碼信號進行解調(diào)后輸出識別結(jié)果。o振

19、蕩電路與檢波電路是交替工作的，周期由555產(chǎn)生，單工切換可由電子開關(guān)控制。（在此采用繼電器，功耗較大，速度較慢）電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)閱讀器設(shè)計閱讀器設(shè)計閱讀器原理圖電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計總體設(shè)計總體設(shè)計2應(yīng)答器部分應(yīng)答器部分（參考）o應(yīng)答器通過耦合線圈諧振耦合獲取能量，再經(jīng)放大整流電路向儲能電容充電獲得系統(tǒng)工作所需電能；o當電容電壓經(jīng)電壓判斷電路判斷達到指定幅值時，應(yīng)答器開始工作，PT2262讀取撥碼開關(guān)值，并通過串口發(fā)送編碼信號，此時有源晶振產(chǎn)生載波信號，編碼信號再經(jīng)ASK調(diào)制，從耦合線圈輻射出去。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)應(yīng)答器設(shè)計應(yīng)答器設(shè)計應(yīng)答器原理

20、圖電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計總體設(shè)計 閱讀器電路圖電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計總體設(shè)計總體設(shè)計 應(yīng)答器電路圖電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計理論分析與計算理論分析與計算1耦合線圈匹配理論耦合線圈匹配理論 o采用線圈與可變電容組成并聯(lián)諧振回路，測試得線圈電感為11uH，可變電容容量為525PF，可得諧振頻率為：21MHZ到9MHZ之間。o對 回 路 進 行 諧 振 頻 率 測 量 得 到 諧 振 頻 率 為11.4MHZ。o因而，閱讀器采用11.0952MHZ有源晶振產(chǎn)生接近與諧振頻率的能源載波頻率。應(yīng)答器采用11.0952MHZ有源晶振作為載

21、波頻率。 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計理論分析與計算理論分析與計算2.閱讀器發(fā)射電路分析閱讀器發(fā)射電路分析 o主振電路采用有源晶振作為振蕩器，頻率穩(wěn)定，電路簡單，調(diào)試容易而且輸出幅度大。有源晶振輸出的方波，經(jīng)過二階低通濾波器濾除高次諧波，得到穩(wěn)定的正弦波輸出，經(jīng)Q6及其外圍電路組成的第一級放大電路后送至由Q9 及其外圍電路組成的功率放大電路進行功率放大，最后輸出至C45和L21組成的并聯(lián)諧振回路輻射出去，為應(yīng)答器提供能量。 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計理論分析與計算理論分析與計算3閱讀器接收電路分析閱讀器接收電路分析 o從555來的控制信號經(jīng)過74LS04反

22、相后控制繼電器的吸合，當繼電器吸合時，C1與耦合線圈接通，Q1及其外圍電路組成了以及電壓放大電路，放大后的信號經(jīng)二極管檢波后送至LM311進行比較，還原波形。 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計識別裝置工作流程圖識別裝置工作流程圖 閱讀器應(yīng)答器電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計測試方法與測試數(shù)據(jù) 1耦合線圈電感量大小與諧振頻率耦合線圈電感量大小與諧振頻率 o測試方法：n直接用LC 電橋測耦合線圈電感量，用射頻信號發(fā)生器與示波器測試耦合線圈并聯(lián)一電容后的諧振頻率。 2整機調(diào)試與測試整機調(diào)試與測試 o識別正確率與識別時間測試 n測試方法：閱讀器接+15V外接電源，將閱讀器與

23、應(yīng)答器之間耦合線圈距離設(shè)置為5cm，撥動撥碼開關(guān)改變應(yīng)答器編碼，觀察閱讀器顯示輸出的識別結(jié)果。重復5次，計算正確率。用秒表測出響應(yīng)時間S。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計測試方法與測試數(shù)據(jù)測試方法與測試數(shù)據(jù)（Cont.）o識別距離測試識別距離測試 n測試方法：閱讀器接+15V外接電源，將閱讀器與應(yīng)答器之間耦合線圈起始距離設(shè)置為5cm，每次增加識別距離1cm，觀察閱讀器識別正確率，直到識別正確率80%，此時，耦合線圈之間的距離即為本識別裝置的最大識別距離。o識別時功耗測量識別時功耗測量 n測試方法：閱讀器接+15V外接電源，將閱讀器與應(yīng)答器之間耦合線圈距離設(shè)置為5cm，閱讀器識別結(jié)

24、果正確的情況下，測量外接單電源供電電壓U與供電電流I。多次測量取平均功耗作為識別裝置識別時功耗。n計算公式：識別裝置識別功耗P：P=UI 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)課題設(shè)計課題設(shè)計改進及擴展功能改進及擴展功能o應(yīng)答器采用低功耗MCUn采用低功耗MCU。如選用Philips的P89LPC938作為應(yīng)答器的控制核心，其自帶EEPROM，且功耗低 。nTI的MSP430系列是超低功耗Flash型MCU也很適合，但是指令系統(tǒng)和MCS-51有所區(qū)別。o閱讀器采用MCU控制o自定義通信協(xié)議n收發(fā)兩端都采用MCU，可以通過軟件編程設(shè)計通信協(xié)議，免去PT2262/2272。o考慮天線與放大器的阻抗匹配，增

25、強效率。o考慮到讀寫器要向應(yīng)答器提供足夠的能量，ASK調(diào)制時信號的占空比要盡可能大一些。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計實例設(shè)計實例2單工無線呼叫系統(tǒng)單工無線呼叫系統(tǒng)o本題要求設(shè)計并制作一個單工無線呼叫系統(tǒng)，實現(xiàn)主站至從站間的單工語音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。發(fā)射頻率要求在30MHz40MHz之間，發(fā)送功率不大于20mW，需要在主站與從站間進行間距不小于5米的單工通信。在本系統(tǒng)中，需要編碼方式具有一定檢糾錯能力，而又兼顧到效率。在通信量不大，信道較簡單的系統(tǒng)中選擇奇偶校驗和多發(fā)的措施可以大大提高通信的可靠性。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)設(shè)計實例設(shè)計實例2方案論證方案論證o總體方案設(shè)計n采用全模擬信號

26、傳輸o 需要把短信變成模擬，在接收端再變回數(shù)字，電路較復雜且容易出錯n采用全數(shù)字信號傳輸 o需要把語音的模擬信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換之后，再把數(shù)字信號經(jīng)過ASK、FSK或PSK的方式調(diào)制到30MHz40MHz的載波上，硬件電路較為復雜 n語音信號采用模擬傳輸，短信息采用數(shù)字傳輸 o采用不同頻率來傳輸兩種信號；o主站在發(fā)送數(shù)字信號或模擬信號之前先發(fā)送不同的編碼，接收端的從機通過判斷編碼來決定是接收語音信號，還是接收短信息。 不僅不用A/D、D/A轉(zhuǎn)換，更為重要的是用軟件的方法實現(xiàn)了硬件的功能，極大地簡化了硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)硬件單元設(shè)計與論證硬件單元設(shè)計與論證 o微處理器選擇

27、微處理器選擇 n選用單片機，在性能滿足要求的情況下，選擇自己最熟悉的類型o按鍵類型選擇按鍵類型選擇 o按鍵分為獨立式按鍵和矩陣式的鍵盤。o獨立按鍵硬件連接簡單，軟件編程也容易，但是占用微處理器的I/O口多。矩陣式鍵盤相對來說雖占用I/O少，可輸入的狀態(tài)多，但是需要在軟件設(shè)計中以相應(yīng)的鍵盤掃描程序來支持。根所系統(tǒng)設(shè)計要求，只需進行簡單的控制與英文字符輸入，只要把英文字符的輸入用上選、下選兩個鍵就能快速地進行確定。因此，本設(shè)計選擇簡單的獨立式按鍵。小建議：再次也可選擇外接鍵盤，但是考慮競賽時間短，電路制作簡陋，因此建議設(shè)計時能用軟件實現(xiàn)最好用軟件實現(xiàn)，如此處的鍵盤，使用少量的獨立按鍵必然增加軟件編

28、程工作量，但是較好地保證了可靠性電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)系統(tǒng)工作原理及框圖系統(tǒng)工作原理及框圖 o通信概述 n采用一對多半雙工通信系統(tǒng)模型 o通信協(xié)議 n必須設(shè)計有地址碼、功能碼，這些特殊字符還要與ASCII碼區(qū)分開n傳輸采用RS-232異步串行協(xié)議o調(diào)制方式nAM方式頻帶利用率高，但可靠性差；FM方式雖然頻帶利用率不高，但可靠性好，信噪比大；FSK，ASK，PSK，QPSK中，ASK抗噪性能差，PSK頻帶利用率不如QPSK高，F(xiàn)SK頻帶利用率大，但抗噪性能好。 n綜合考慮，模擬信號采用FM，數(shù)字采用FSK。電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)發(fā)射機方案發(fā)射機方案o采用變?nèi)荻O管和晶體管構(gòu)成的石

29、英晶體振蕩器，使其振蕩頻率在30MHz-40MHz之間，調(diào)頻后進行發(fā)射 o采用專用的調(diào)頻發(fā)射芯片，如BA1404等，借助于外圍的LC振蕩回路來改變載波頻率，從而實現(xiàn)調(diào)頻 o采用MC145151鎖相環(huán)集成電路，配合單管型壓控振蕩器實現(xiàn)o采用AD9851構(gòu)成的DDS，實現(xiàn)軟件調(diào)頻電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)接收機方案接收機方案o采用MC3362/MC3363等窄帶調(diào)頻接收專用芯片，該系列芯片接收信號的頻偏典型值為3KHz，鑒頻器的靈敏度較高，但解調(diào)后音質(zhì)不如調(diào)頻廣播的音質(zhì)好 o采 用 常 規(guī) 的 調(diào) 頻 廣 播 收 音 機 接 收 芯 片 （ 如CXA1691），調(diào)整本振頻率，使得接收頻率范圍落在30MHz-40MHz之間。調(diào)頻廣播的典型頻偏為75KHz，音質(zhì)動態(tài)范圍好 o從性能和實現(xiàn)成本上考慮，還可選用專用芯片LA1800 電子設(shè)計競賽講座之無線通信系統(tǒng)其他外圍電路其他外圍電