单工无线呼叫及数据传输系统的设计

2012-05-11 15:39:26来源: 互联网

本文基于ATMEGA16L单片机实现一个具有单工语音和数据传输功能的无线呼叫系统。通过编码电路、单片调频发射电路和高频功放电路实现主站的语音及数据发送;通过解码电路、调频解调和语音功放电路实现从站的语音及数据接收。编码和解码用MSK调制方式的调制解调芯片MSM6882实现;主从机的显示电路采用LCD液晶显示,输入电路则采用PS2键盘扫描。

  一、概述

  目前,无线语音和数据通信的应用领域不断扩大,应用形式也趋于多样化。如移动通信系统、智能交通系统、远程控制网络等。本设计完成了一个单工无线呼叫系统,实现主站至多个从站的单工语音及数据传输业务。主站传送一路语音信号或短信,其发射频率为36MHz,发射峰值功率可调,实现小功率远距离发射,可选择对任一从站的呼叫或广播功能。短信发送和接收采用黑白屏LCD显示,支持中文字符显示,支持图形方式显示,支持高速率自动屏幕刷新,带有冷背光功能,可以在黑暗中查看屏幕,界面友好。

  能方便的应用于短距离通信,如小区通信或办公通信或广播系统。稍加改进即可完成半双工和双工通信,扩大其应用范围。

  二、系统设计

  本设计分为数据编码与解码模块、无线发射模块、无线接收模块和控制模块。数据编码与解码模块采用最小频移键控(MSK)调制方式,数据调制解调器芯片MSM6882与控制部分串口通信,实现数据在数字信号与模拟信号之间的相互转换。无线发射模块采用MC2833单片调频电路。无线接收模块由MC3362二次变频解调电路完成。控制部分采用单片机ATmega16L完成,进行数据通道的选择控制、呼叫地址和方式的控制、键盘的输入控制和数据的显示和存储功能。系统框图如图1所示:

  

 

  图1 系统整体框图

  三、系统硬件设计

  1、无线发射模块的设计

  本设计的发射部分以MOTOROLA公司生产的MC2833单片调频发射集成电路为核心,它由话筒放大器、可变电抗器、射频振荡器、输出缓冲器以及两个辅助晶体管构成。具体电路如图2所示:

  

 

  由于本系统工作在36MHz的频率点, 我们用12MHz晶体作为基波晶体,L1用于补偿调制器的电抗和对输出频率进行微调,取4.7uH.调制信号从3脚加入进行频率调制。振荡器输出频率经缓冲放大和外部选频网络三次倍频后,再经内部Q1、Q2放大器由9脚输出。即输出射频为36MHz.LC选频网络的参数可由

计算求得。

 

  如果要加大发射功率,可选用AD公司研制的低噪声,高频带宽度,稳定性好的可变增益运放AD603.

  2、无线接收模块的设计

  无线接收机的功能是能成功解调出所需的信号。

  同时接收机的设计还要考虑把成本降到最低和功耗降到最小。Motorola 公司推出的单片集成调频接收芯片MC3362,具有噪声低、功耗小、镜像选择性好、动态范围宽的特点。MC3362芯片含有二次变频的所有电路,其工作电压可在2.0V-6.0V较宽范围内。工作原理是天线接收到的RF信号经输入匹配回路放大输出后,再和第一本振信号在片内第一混频器中混频,变频到10.7 MHz,并经接于19端的陶瓷滤波器滤波,送至第二混频器的输入端(18端), 第一混频器输出的10.7MHz和第二本振的10.245 MHz信号,在片内进行第二混频,得到455 kHz的第二中频信号,并经接于5端的455 kHz陶瓷滤波器选频后接到限幅器,经限幅和和移相乘积鉴频后得到的音频信号在13端上输出。14、15端中间接有一个比较器,用以检测FSK调制的过零点。解调以后的数据信号在l5端输出。

  第一本振频率为36M-10.7M=25.3M,由LC振荡回路组成,在精度要求高的情况下采用锁相环电路;第二本振频率为10.7M-0.455M=10.245M,由外接晶体和振荡电容构成,通过改变振荡电容可调节第二本振频率。

  12脚接的中周进行调谐。具体电路如图3所示。

  

3、编码与译码模块的设计

  调制解调器的调制方式主要有频移键控( FSK)、相对相移键控(DPSK)等,其中最小频移键控(MSK)调制方式是FSK方式中较好的一种。我们采用了日本OKI公司生产的MSK(最小频移键控)编码调制解调芯MSM6882.该器件内含接收、发送和时钟产生电路,且数据传输波特率可在1200bps和2400bps中选择。芯片集成了调制解调两种功能,且采用模拟串口的数据传送方式,内部自带时钟,单片机资源占用少,接口设计容易,系统稳定性高。

  在本次设计中,使用3.6864MHz的晶振,考虑到数据传输量较小,无线信道易受到干扰,为了保证正确传输所以数据传输波特率选用1200bps.在这个模式下MSM6882的ST引脚产生1.2kHz的方波,在上升沿锁存SD引脚的数据,并进行调制。将1调制为1.2kHz的正弦波,将0调制为1.8kHz的正弦波。在接收从站,我们使用与主站相对应的模式以使数据能够正确接收,从Ai引脚输入调制信号,数据从RD输出,引脚RT输出。

  1.2kHz的方波作为接收同步时钟,在下降沿输出数据。MSM6882的应用接线图和原理图如图4、5所示。

  

MSM6882的应用接线图和原理图

 

  四、软件设计

  本设计采用Atmel公司的mega16L单片微处理器,内部集成了十位的A/D转换器,1KB的片内RAM.流水线工作方式,指令执行速率快。内部资源丰富,方便输入输出数据。算术运算功能强、软件编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。使用8MHz时钟频率能够满足本次1.2kbs的数据传输和处理的要求。软件开发平台采用CodeVisionAVR ,使用C语言,用AVR Studio 4进行软件调试。程序主要包括键盘和液晶的驱动,EEPROM的存储,发送和接收,校验和防干扰。

  程序框图如下所示:

  

 

  图6 发射机流程图

  

 

  图7 接收机流程图

发送端启动模拟通道后, 将液晶复位并初始化MSM6882.语音业务则关闭数字调制器,若为数据短信,则启动数字调制和键盘解码,通过液晶可显示编辑的信息和发送模式,既可选择任一从站, 也可进行广播, 确认后经发送键发送。为了方便应用, 短信内容将写入ATMEGA16L的EEPROM中进行保存,每次上电复位后都可以调出EEPROM中的数据。

  接收端与发射端以相同模式进行接收, 初始化后, 经地址识别判断业务后, 若为语音则打开扬声器, 若为短信则进入接收中断服务程序: 在接收同步时钟的下降沿接收数据, 从同步码后一位开始接收并保存, 当接受完一帧数据经校验无误后进行显示。若校验有误则跳出该子程序, 继续执行其它程序。

  五、结果分析

  经测试后语音和数据可在发射功率为3mW时能准确的传输10米以上,可寻呼任意从站或广播,且本设计掉电后仍有记忆存储功能,并可实现功率在20mW范围内可调。本设计的创新点在于用单片数字调制解调芯片完成了数据传输,并实现了语音小功率远距离传输。

关键字:单工  无线呼叫  数据传输

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0511/article_15884.html
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