基于C8051F系列單片機的無線收發(fā)電路設計

數據采集及傳輸系統是現代測量儀器的基礎。在工業(yè)測控、醫(yī)療監(jiān)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(tài)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，由無線收發(fā)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(fā)電路或模塊有采用2.4 GHz通信頻率的無線傳感器網絡傳感器節(jié)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(fā)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(jiān)測系統的需要，尤其是需要大規(guī)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(jié)點的功耗、縮短節(jié)點的壽命。
這里給出以C8051F340單片機作為監(jiān)測終端控制器，C8051F330D單片機作為探測節(jié)點控制器，通過漆包線自行繞制圓形空心天線，分別構成監(jiān)控終端和探測節(jié)點的無線收發(fā)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(jiān)測終端、探測節(jié)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(jiān)測終端，用以顯示探測節(jié)點的編號、所傳輸的數據等信息。收發(fā)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(fā)射電路
監(jiān)測終端與探測節(jié)點的硬件電路相似，監(jiān)測終端通過液晶顯示探測節(jié)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(jié)點則沒有液晶顯示器，通過2節(jié)普通干電池構成3 V電源供電。發(fā)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(jié)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(fā)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。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。