無線終端測試電子電路設(shè)計圖集錦 —電路圖天天讀（86）

　　TOP1 nRF24L01無線溫濕度測試系統(tǒng)電路設(shè)計

　　在當(dāng)今的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要進行溫濕度采集的場合越來越多，準(zhǔn)確方便地測量溫度變得至關(guān)重要。傳統(tǒng)的有線測溫方式存在著布線復(fù)雜，線路容易老化，線路故障難以排查，設(shè)備重新布局要重新布線等問題。特別是在有線網(wǎng)絡(luò)不通暢或由于現(xiàn)場環(huán)境因素的限制而不便架設(shè)線路的情況下，給溫濕度的數(shù)據(jù)采集帶來了很大的麻煩。要想監(jiān)測到實時的溫濕度數(shù)據(jù)，就必須采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)進行采集、發(fā)送、接收并對無線采集來的數(shù)據(jù)通過上位機進行處理，以控制并監(jiān)測設(shè)備的運行情況，減少不必要的線路設(shè)備開支。

　　溫濕度采集電路設(shè)計

　　DHT11是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。該傳感器應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。圖2所示為其溫度采集電路。DHT11傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件，可與高性能8位單片機相連接。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的過程中可調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口可使系統(tǒng)集成變得簡易而快捷，而且信號傳輸距離可達20m 以上。當(dāng)連接線長度短于20m 時，應(yīng)使用5kΩ上拉電阻，大于20m 時，應(yīng)根據(jù)情況使用合適的上拉電阻。

　　無線發(fā)射、接收電路設(shè)計

　　nRF24L01是NORDIC 公司生產(chǎn)的一款無線通信芯片，采用FSK 調(diào)制方式，內(nèi)部集成有NORDIC 自己的Enhanced Short Burst 協(xié)議?？梢詫崿F(xiàn)點對點或是1對6的無線通信。無線通信速度可以達到2 Mb/s.NORDIC 無線發(fā)射、接收芯片nRF24L01的電路原理圖如圖3所示。

　　nRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4~2.5 GHz 的ISM 頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01芯片的能耗非常低，以 -5 dBm 的功率發(fā)射時，工作電流只有10.5 mA，接收時的工作電流只有18 mA，它具有多種低功率工作模式，節(jié)能環(huán)保，設(shè)計方便。nRF24L01無線收發(fā)模塊的各管腳功能如表1所列，圖4所示是nRF24L01與單片機連接時的電路圖。

　　本無線發(fā)射接收模塊需要的電源為1.9~3.6 V，本系統(tǒng)中采用3.3 V 直流電源來直接對無線發(fā)射接收模塊供電，5 V 電源經(jīng)。ASM1117-3.3芯片轉(zhuǎn)換后可得到穩(wěn)定的直流電源，其電源轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。

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　　TOP2 串行通信模塊電路設(shè)計

　　主機單片機接收到nRF24L01的數(shù)據(jù)后，經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn)換可實現(xiàn)單片機程序下載與升級，同時可實現(xiàn)單片機與PC 機（上位機）的通信，以便將顯示數(shù)據(jù)信息通過此電路傳送到PC 機，并存PC 機上顯示，其串行通信電路如圖6所示。

　　本文提出了一種針對無線數(shù)據(jù)傳輸問題的解決方案，該方案基于nRF24L01來設(shè)計無線溫度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用低功耗、高性能單片機 STC12C5A08S2和溫濕度傳感器DHT11來構(gòu)成多點、實時溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，最后在PC 機上完成配置、顯示和報警等功能。該系統(tǒng)使用方便，擴展十分容易，可廣泛應(yīng)用于各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和養(yǎng)殖等場合。

　　射頻技術(shù)在糧倉無線測試終端應(yīng)用電路設(shè)計

　　糧食的安全存儲是關(guān)系到國計民生的戰(zhàn)略大事，科學(xué)保糧具有重要的社會意義與經(jīng)濟價值。糧倉監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對糧食溫度、濕度和氣體濃度等參數(shù)的采集、存儲和向監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)以及執(zhí)行監(jiān)控中心的指令等功能。傳統(tǒng)的糧倉監(jiān)控系統(tǒng)中糧倉與監(jiān)控中心大多采用RS-485等有線連接的數(shù)據(jù)通信方式，使得系統(tǒng)抗干擾差、連線繁多、擴展困難;當(dāng)一個節(jié)點出現(xiàn)問題時還會影響整個系統(tǒng)，不利于糧倉的監(jiān)控與管理。為此，本文給出了一種基于射頻技術(shù)的糧庫無線監(jiān)控系統(tǒng)。

　　無線通信終端的硬件設(shè)計

　　無線通信終端由無線收發(fā)芯片和微控制器組成。本系統(tǒng)中的無線通信終端采用CC1020為收發(fā)芯片，PIC16F73單片機為微控制器。CC1020是基于SmartRF技術(shù)的全集成無線收發(fā)芯片。它工作在402-470MHZ、804-940MHZ等 ISM（Industrial， ScienTIfic and Medical）與SRD（Short Range Device）頻段，采用頻移鍵控（FSK）調(diào)制，集成鎖相環(huán)（PLL）、壓控振蕩器（VCO）、功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、調(diào)制解調(diào)器（DEMOD）等功能，具有低電壓、低功耗、高靈敏度、傳輸距離遠、尺寸小等優(yōu)點，與很少的一些外圍器件搭配就可以設(shè)計成強大的具有無線通信功能的嵌入式系統(tǒng)。PIC16F73是低功耗、高性能的8位單片機，采用雙總線結(jié)構(gòu)（指令總線和數(shù)據(jù)總線分離）和精簡指令結(jié)構(gòu)，具有8Kb的Flash、192字節(jié)的片內(nèi)RAM、串口和SPI接口，很好的滿足了本終端對微控制器的要求。CC1020有32個引腳，它通過PDI、PDO、PCLK和PSEL這四個引腳與PIC16F73單片機的I/O端口相連，CC1020的應(yīng)用原理圖如圖2所示。

　　圖2. CC1020的應(yīng)用電路示意圖

　　測試終端兩種電源電路設(shè)計攻略

　　在多功能智能儀器儀表中，在不同的工作現(xiàn)場，有時需要不同的供電方式。目前來說，在電源的研究方面，冗余電源和多種供電方式是現(xiàn)在的研究熱點。冗余技術(shù)已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛，現(xiàn)在很多儀器儀表都是基于冗余電源設(shè)計的。多種供電方式應(yīng)用的也比較多，但是把多種供電方式集成于同一電子產(chǎn)品中的還不多。本文實現(xiàn)了兩種供電方式的設(shè)計，并使其應(yīng)用于多功能手持測試終端，有效降低產(chǎn)品的成本，并且為設(shè)備維護帶來了方便。

　　總線供電電路

　　總線供電系統(tǒng)就是通過總線給掛在總線的設(shè)備提供電壓，本設(shè)計能給設(shè)備提供5 V、3．3 V和1．8 V的電壓。因為RJ45輸出標(biāo)準(zhǔn)的+24 V，為了得到5 V、3．3 V和1．8 V的電壓，必須進行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計是通過LM2576-5、ASlll7-1．8和ASlll7-3．3電源轉(zhuǎn)換芯片，得到所需的電壓?？偩€供電電路如圖1所示。

　　RJ45提供的24 V電壓通過電阻熔絲，輸入到電壓轉(zhuǎn)換芯片LM2576-5HV的VIN端，從FOB輸出5 V的電壓VCCl。VCCl經(jīng)過去耦和濾波后，輸入到電壓轉(zhuǎn)換芯片ASlll7-1．8V和ASlll7-3．3V的IN端，得到1．8 V的電壓和3．3 V的電壓DVCC。同時，總線供電也可以給鋰電池提供充電電壓，鋰電池充電控制芯片的充電電壓是3．5～7 V，所以可以用VCCl為其充電。具體實現(xiàn)時，在VCCl和MAXlll5的DC輸入之間設(shè)計了一個充電開關(guān)。當(dāng)采用總線充電時，把開關(guān)打到開的位置；當(dāng)采用充電適配器充電時，把開關(guān)打到關(guān)的位置。

　　鋰電池供電電路設(shè)計

　　在鋰電池供電系統(tǒng)中，電池輸出電壓經(jīng)過 TPS60110、 TPS60l00電源芯片，電平轉(zhuǎn)換后，得到所需的5 V、3．3 V和1．8 V電壓。在充電電路中，MAXl555作為控制芯片。MAXl555通過充電接口和AC適配器電源為單節(jié)鋰離子（Li+）電池充電。它不需要外部FET或二極管，可以接受最高7 V的輸入電壓。片上溫度限制簡化了PCB布局，通過優(yōu)化充電速率，可以在電池狀況和輸入電壓處于最糟糕的情況下不受散熱問題的制約。當(dāng)達到MAXl555 溫度限制時，充電器并不關(guān)斷，而是逐漸降低充電電流。電池充電電路如圖2所示。

　　充電電壓輸入到VCC_PLUG，開始給鋰電池充電，指示燈D1變亮，表明充電完成。

　　為了得到3種規(guī)格的電壓（5 V、3．3 V和1．8 V），需要對鋰電池的輸出電壓實行電平轉(zhuǎn)換，這里選擇TPS601lO和TPS60100兩款集成DC-DC的電荷泵芯片。TPS60110能輸出5 V±0．2 V的電壓，TPS60100能輸出3．3 V±O．132 V的電壓。兩款芯片具有如下特點：

　?、僮罡呖梢暂敵?00 mA的電流；

　?、诰哂休^寬的輸入電壓范圍；

　?、鄣凸妮敵鰰r具有能量存儲功能；

　?、苣芎芎玫匾种齐姶鸥蓴_。

　　TOP3 兩款電源轉(zhuǎn)換芯片的外圍電路

　　兩款電源轉(zhuǎn)換芯片的外圍電路比較簡單，只需要在外面配置輸入電容、輸出電容及電感，具體電路如圖3所示。

　　由于系統(tǒng)還需要1．8 V的電壓，所以通過1片ASlll7-1．8V實現(xiàn)1．8 V電壓的轉(zhuǎn)換。

　　本文較為詳盡地介紹了兩種供電方式的硬件實現(xiàn)過程，重點突出其在手持測試終端中的應(yīng)用。兩種供電方式的設(shè)計，能提供5 V、3．3 V和l．8 V的電壓，滿足了一款智能儀器應(yīng)用于多工業(yè)現(xiàn)場所需的兩種供電方式的要求，在多功能智能儀器儀表的設(shè)計中，有著廣闊的應(yīng)用和市場前景。

　　GPRS無線終端測試系統(tǒng)電路設(shè)計

　　基于高性能單片機STM32和GPRS無線通信方案實現(xiàn)了對測試點CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況的實時監(jiān)測，并利用GPS接收器將測試終端的地理位子信息上傳到服務(wù)器端，完成了對監(jiān)測終端的精準(zhǔn)定位。終端板卡供電方式采用太陽能供電系統(tǒng)，保障其在無電源和人員看守的情況下長期穩(wěn)定的工作。最后通過綜合測試，能實現(xiàn)所有要求的功能，完全滿足本次設(shè)計的要求。

　　系統(tǒng)分為測試終端和服務(wù)器端，服務(wù)器端只需要一臺性能良好的個人計算機，而測試終端主要由以下幾個模塊構(gòu)成：射頻前端模塊模塊、功率測量與存儲模塊、GPS接收器、太陽能供電模塊、處理器模塊及GPRS無線通信模塊。各個模塊主要是通過 STM32微處理器的GPIO口連接與通信。處理器需要對射頻前端的調(diào)諧器和解調(diào)器進行調(diào)諧頻道和解調(diào)參數(shù)設(shè)置，并對RS誤包率、LDPC誤包率等信息進行讀取。CMMB信號調(diào)諧器主要是對從天線接收的高頻信號進行調(diào)諧輸出中頻信號；CMMB調(diào)諧解調(diào)模塊主要是對信號進行解調(diào)和信道解碼；功率的測量與存儲模塊負(fù)責(zé)將信號功率轉(zhuǎn)換為電平信號送給STM32的ADC和將系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)進行存儲，GPS接收器用于獲取監(jiān)測點地理位子信息，最后處理器通過 GPRS無線模塊將信息發(fā)送至服務(wù)器端并從服務(wù)器接收控制命令。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　GPS接收器

　　監(jiān)測終端通過GPS接收器采集監(jiān)測點地理信息，包括：經(jīng)緯度、海拔等，測試系統(tǒng)根據(jù)得到的GPS信息在地圖的相應(yīng)位置顯示測試數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中選用 GTS-4E-00模塊，采用郵票貼片封裝，可適應(yīng)高溫高濕，電磁干擾等惡劣工作環(huán)境。其簡化的電路圖如圖 2中所示，TXD連接STM32串口1，模塊喚醒端連接PA9，J1為接收天線。

　　該監(jiān)測系統(tǒng)采用了處理器STM32開發(fā)平臺和GPRS無線通信方案，成功地實現(xiàn)了對用戶端CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況的實時監(jiān)測，為廣大工程技術(shù)人員提供了一種高效、便捷的監(jiān)管手段，達到了設(shè)計要求。

　　TOP4 解讀ZigBee射頻芯片CC2430應(yīng)用電路設(shè)計

　　電路原理： 使用一個非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L341、L321、L331以及一個PCB微波傳輸線組成，整個結(jié)構(gòu)滿足RF輸入／輸出匹配電阻（50Ω）的要求。內(nèi)部T／R交換電路完成LNA和PA之問的交換。R221和R261為偏置電阻，電阻 R221主要用來為32MHz的晶振提供一個合適的工作電流。用1個32MHz的石英諧振器（XTAL1）和2個電容（C191和C211）構(gòu)成一個32 MHz的晶振電路。用i個32．768 kHz的石英諧振器（XTAL2）和2個電容（CA41和CA31）構(gòu)成一個32．768 kHz的晶振電路。電壓調(diào)節(jié)器為所有要求1．8 V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，C241和C421電容是去耦合電容，用來電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性。

　　硬件應(yīng)用電路

　　CC2430芯片需要很少的外圍部件配合就能實現(xiàn)信號的收發(fā)功能。圖1為CC2430芯片的一種典型硬件應(yīng)用電路。

　　目前，國內(nèi)外嵌入式射頻芯片中，CC2430芯片是性能最好、功能更強的一個。它結(jié)合了市場領(lǐng)先的Z-StackTMZigBeeTM協(xié)議軟件和其他 Chipcon公司的軟件工具，為開發(fā)出無接口、緊湊、高性能和可靠的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品提供了便利。相信在未來幾年，它的應(yīng)用將會涉及到社會的更多領(lǐng)域。

　　TC35型無線氣體測試系統(tǒng)硬件電路

　　基于TC35 GSM模塊的CO氣體監(jiān)測儀的設(shè)計，其主要特點是能夠應(yīng)用SMS進行數(shù)據(jù)傳遞。對無線通訊模塊TC35進行了詳細介紹，并給出TCC35短消息收發(fā)模塊在 CO氣體監(jiān)測儀中的應(yīng)用。CO氣體濃度監(jiān)測儀是用來測量相關(guān)環(huán)境空氣中CO含量的便攜式智能儀器。目前，國內(nèi)CO氣體監(jiān)測儀與控制中心的數(shù)據(jù)通信最常見的是通過CAN總線、RS485總線或RS232總線來完成。RS232總線的通訊距離是12 m，最大可達15．4 m；RS485總線的通訊距離是1200 m。CAN總線的直接通訊距離最大可達10 km。但無論哪種方式都有距離的限制．而且最終決定了控制中心的固定性。隨著GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅速普及和競爭的日益激烈．GSM模塊作為一種主要的 GSM網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備．應(yīng)用越來越廣泛，并已開發(fā)出多種前景樂觀的應(yīng)用。

　　TC35型模塊是終端的主要功能部件，由GSM基帶處理器、電源專用集成電路、射頻電路和閃速存儲器等部分組成，負(fù)責(zé)處理GSM蜂窩設(shè)備中的音頻、數(shù)據(jù)和信號，內(nèi)嵌的軟件部分執(zhí)行應(yīng)用接口和所有GSM協(xié)議站的功能?；鶐幚砥靼涓C無線部分的所有模，數(shù)轉(zhuǎn)換功能，為滿足GSM、PCS蜂窩用戶市場日益增長的要求．在不用外接電路的情況下就能支持FR、HR和 EFR語音和信道編碼。射頻部分基于SMARTI型電路．模塊內(nèi)的天線電纜連接到GSC類型的 50Ω 連接器。TC35模塊適合最小功率的GSM蜂窩設(shè)備．這種蜂窩設(shè)備的應(yīng)用部分構(gòu)成人機接口（MMI）。通過串口（RS232）可接入TC35。TC35通過40針ZIF連接蜂窩應(yīng)用部分，ZIF連接器提供控制數(shù)據(jù)、音頻信號和電源線的應(yīng)用接口。終端系統(tǒng)的工作電壓為5 VDC。由于TC35的突發(fā)耗電電流峰值可達3 A．故外加穩(wěn)壓器件必須達到足以提供該額定電流的條件。在該終端中。采用LM2596型開關(guān)電源完成12V到5V的轉(zhuǎn)換．作為TC35終端的電源。必須注意的是。由LM2596完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感器和電容器．以提高儲能能力．滿足TC35的耗電要求。

　　CO氣體監(jiān)測儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　具有GSM短消息收發(fā)功能的便攜式CO氣體濃度監(jiān)測儀的結(jié)構(gòu)如圖所示。筆者研制的監(jiān)測儀主要用于公共場所及某些生產(chǎn)車間空氣中CO濃度的監(jiān)測．采用電池作為供電電源．CO傳感器N1選用日本根本特殊化學(xué)株式會社生產(chǎn)的NAP一505型電化學(xué)式傳感器。傳感器輸出電流與CO氣體濃度成線性。 A1（OP90）可以保證工作電極和參考電極等電位。傳感器輸出OμA～70μA電流經(jīng)Aa（OP90）轉(zhuǎn)換成0 V～O．7 V的電壓，以保證當(dāng)CO濃度在0“10-3時A3的輸出為0 V～2．5V，以滿足MD轉(zhuǎn)換器U．I（ADS7822）的輸入要求。OP90具有內(nèi)部調(diào)零電路．允許儀器放大器提供真正的零輸入零輸出操作。NAP一 505的溫度特性用常數(shù)B為3 435 K的NTC熱敏電阻器進行補償，溫度經(jīng)過補償后．其輸出在一10℃”50℃范圍內(nèi)能夠滿足精度要求。

　　智能無線網(wǎng)絡(luò)汽車測試系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　汽車試驗是發(fā)現(xiàn)汽車設(shè)計開發(fā)中各種問題的重要手段，依據(jù)試驗結(jié)果能對汽車各種性能做出客觀的評價。作為汽車工業(yè)的基礎(chǔ)工程之一，汽車試驗在汽車工業(yè)的整體發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。汽車性能測試系統(tǒng)是汽車試驗工程的關(guān)鍵組成部分，它是由若干相互聯(lián)系、相互作用的傳感器和儀器設(shè)備等元件，為實現(xiàn)對汽車各項性能的測試而組成的有機整體，汽車測試系統(tǒng)的性能往往對整個汽車試驗的效用產(chǎn)生重要影響。

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　汽車試驗主要包括動力性能、燃油經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性和排放特性等測試項目，主要性能參數(shù)有速度、加速度、燃油消耗量、溫度以及操縱穩(wěn)定性試驗中的動態(tài)運動參數(shù)等，通過傳感器得到的這些參數(shù)的測試信號，經(jīng)過前端處理模塊處理（整形、濾波、放大等） 后送入C805l-F020微處理器中，在單片機內(nèi)部進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理后通過串口實現(xiàn)與Zigbee終端節(jié)點的連接，再由終端節(jié)點在WLAN中將數(shù)據(jù)發(fā)出，Zi-gbee中心節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后經(jīng)串口與上位機進行通訊。中心節(jié)點也可將上位機的命令發(fā)送給終端節(jié)點，控制終端節(jié)點執(zhí)行。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

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　　機器視覺技術(shù)資料集錦——讓機器視覺產(chǎn)品設(shè)計練就慧眼神通！

　　TOP5 前端處理模塊電路設(shè)計

　　傳感器將各種常見的非電量信號轉(zhuǎn)換為電量信號，一般都較微弱，前端處理模塊將這些信號進行處理后送至單片機的A／D轉(zhuǎn)換端口。本系統(tǒng)共有8路傳感器信號，包括2路壓變傳感器信號、2路-5～+5 V電壓信號、2路4～20 mA電流信號和2路熱電偶信號的前端處理。其中壓變傳感器信號和熱電偶信號前端處理硬件電路分別如圖2和圖3所示。

　　AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需1個外部電阻設(shè)置增益，增益范圍為l～10 000。對壓變傳感器信號的前端處理采用AD62-0、AD705組成的放大電路，該部分采用單電源供電，AD705是電壓跟隨器，為AD620提供輸出電壓的零點。將VREF、AGND送至MCU的8位精度AD-Cl的AINl．0、AINl．1端口，利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)該路信號的參考電壓和模擬地的計算。熱電偶傳感器用來測量汽車關(guān)鍵部件溫度，其前端處理電路采用OP07的可調(diào)增益放大電路。OP07是一種低噪聲、非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路，具有非常低的輸入失調(diào)電壓，低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等。在對精確度要求不高的場合，OP07的失調(diào)電壓可忽略，該電路中R25和R24用來調(diào)整系統(tǒng)放大倍數(shù)，在選用不同類別的熱電偶時可適當(dāng)調(diào)整兩者的阻值。

　　ZigBee節(jié)點模塊

　　汽車測試系統(tǒng)初步采用2個終端節(jié)點和1個中心協(xié)調(diào)器組成星狀網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，3個節(jié)點均選用SZ05-ADV型無線收發(fā)模塊，Zig-bee終端節(jié)點和中心節(jié)點通過標(biāo)準(zhǔn)串口分別與C8051F020模塊和PC設(shè)備相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。SZ05-ADV是高性能嵌入式無線收發(fā)模塊，其核心器件是 Freescale公司的MCl3213。它是第2代標(biāo)準(zhǔn)ZigBee無線通信平臺，在9 mmx9 mmxl mm 7l引腳LGA封裝中集成有低功耗的2．4 GHz RF收發(fā)器和8位微控制器，MCl3213器件具有60 kB的閃存，MCl32lx解決方案能在簡單的點對點連接到完整的ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中用作無線連接，小占位面積封裝中的無線電收發(fā)器和微控制器的組合使其成為成本效益的解決方案，MCl321x中的RF收發(fā)器工作在2．4 GHzISM頻段，和802．15．4標(biāo)準(zhǔn)兼容，收發(fā)器包括低噪音放大器，1 mW的RF輸出功率，帶VCO的功率放大器（PA），集成的發(fā)送／接收開關(guān)，板內(nèi)的電源穩(wěn)壓器以及完全的擴展頻譜的編碼和譯碼，MCl32lx中的微控制器基于HCS08系列微控制器單元（MCU），HCS08 A版本，高達60 kB的閃存和4 kB的RAM。

　　SZ05-ADV嵌入式無線通信模塊集成有符合ZIGBEE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器，其數(shù)據(jù)接口包括：TTL電平收發(fā)接口、標(biāo)準(zhǔn)串口RS2-32 數(shù)據(jù)接口，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的廣播方式發(fā)送和目標(biāo)地址發(fā)送模式。除可實現(xiàn)一般的點對點數(shù)據(jù)通信功能外，還可實現(xiàn)多點之間的數(shù)據(jù)通訊。其模塊連接電路如圖4所示。DATA、RUN、NET、ALARM為SZ05-ADV無線通信模塊的4個工作狀態(tài)指示端口，分別是數(shù)據(jù)收發(fā)、系統(tǒng)運行、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和告警。 SLEEP引腳用來控制系統(tǒng)進入低功耗狀態(tài)，低電平進入低功耗，高電平或懸空正常運行。

　　485CTL引腳是485收發(fā)控制，模塊485接收時低電平輸出，發(fā)送時高電平輸出。CENTER、DEVICE引腳是節(jié)點功能配置接口，均為低電平有效，或分別與引腳TIao7、TIao8接跳線帽實現(xiàn)，如這2個引腳都為高電平或懸空則為路由節(jié)點。CONFIG引腳是配置接口，低電平有效，或加跳線帽，可在超級終端中進入系統(tǒng)配置狀態(tài)。模塊標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為DC-5V，正常工作電壓范圍為5～12V。數(shù)據(jù)接口有RS-232和TTL收發(fā)2種接口模式。 RS-232串口為TX2、RX2、SGND三線工作模式，TTL為TX1、RXl兩線工作模式，TTL

　　本文設(shè)計的基于 C805lF020和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車測試系統(tǒng)實現(xiàn)了汽車試驗中數(shù)據(jù)的無線傳輸，簡化了試驗現(xiàn)場布線，提高了試驗效率，實驗證明了該系統(tǒng)取代傳統(tǒng)汽車測試系統(tǒng)的可行性，同時系統(tǒng)的擴展也比較容易，可以實現(xiàn)更多功能。本研究側(cè)重于Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用開發(fā)，可為Zigbee技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用提供一定的參考，但局限于軟件程序系統(tǒng)和試驗的電磁干擾，該系統(tǒng)的同步機制和抗干擾性能有待于進一步研究。

　　TOP6 物品無線測試終端系統(tǒng)電路設(shè)計詳解

　　整個系統(tǒng)的工作方式如下：將DTGS-800 模塊、行程開關(guān)、天線和其他輔助電路封裝成一個獨立單元制成定位終端，固定在存放物品集裝箱的開箱口。運輸過程中，當(dāng)集裝箱密封完好并正常運輸時，此定位終端可以定時向監(jiān)控平臺發(fā)送經(jīng)緯度、時間等信息；而當(dāng)集裝箱被非正常開啟時會觸及行程開關(guān)，該定位終端可及時向監(jiān)控平臺發(fā)送報警信息和定位信息。

　　定位終端硬件總體框圖如圖2所示。

　　整個定位終端系統(tǒng)包括電源和電池供電模塊、MCU模塊及外圍電路、DTGS-800模塊及外圍電路。由一片單片機來控制具有定位功能的DTGS- 800，它們之間的通信是通過串口來完成的。由于所選單片機和DTGS-800的工作電平都在各自的工作電平范圍之內(nèi)，所以可以直接互連，無需額外的電平變換電路。

　　電源和電池供電模塊

　　電源供電部分包括兩部分：專門的電池供電和汽車電源供電。整個終端系統(tǒng)使用的是專門的電池供電，在運輸行程較長而導(dǎo)致電池供電不足時，系統(tǒng)電壓檢測電路會發(fā)出報警，這時可以轉(zhuǎn)換成由汽車電源對其進行供電。專門的電池供電。DTGS-800 供電有兩種方法：電池供電（VBATT_INT引腳輸入）和外部供電（VEXT_DC引腳輸入）。當(dāng)用電池供電時，要求供電電壓VBATT_INT范圍為+4.O V±10%。因此選用的是容量為10Ah、輸出電壓為3.7 V的鋰聚合物電池。由于選擇的單片機是3.3 V供電，故電池在向單片機供電時需加一片LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）芯片MIC5219，其最小壓差可以達到0.3 V，滿足設(shè)計要求。

　　MCU模塊及外圍電路

　　MCU按其存儲器類型可分為無片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對于無片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用。帶片內(nèi)ROM型的芯片又分為片內(nèi)EPROM型、MASK片內(nèi)掩模ROM型、片內(nèi)FLASH型等類型，一些公司還推出帶有片內(nèi)一次性可編程ROM的芯片。MASKROM的MCU價格便宜，但程序在出廠時已經(jīng)固化，適合程序固定不變的應(yīng)用場合。MCU選用的是宏晶科技公司的STC12LE5410AD，其工作電壓為3.3 V，便于在所選定的系統(tǒng)電源下工作。這是一款帶A／D轉(zhuǎn)換的單片機芯片，具有超強抗干擾的特性，并且具有超低的功耗，正常工作時電流僅為4～7mA，空閑時電流《1 mA。它的工作周期僅為一個時鐘周期，可以大大降低使用的晶振頻率，從而降低EMI。

　　MCU外圍電路包括晶振電路、復(fù)位電路、開關(guān)檢測電路和電壓測量部分。開關(guān)檢測電路用來檢測行程開關(guān)的動作，電壓測量部分利用單片機的A／D轉(zhuǎn)換功能是來測量DTGS-800供電的電池電壓，當(dāng)檢測到電池電壓不足時會發(fā)出報警，此時需將供電部分轉(zhuǎn)換到汽車電源上。MCU及外圍模塊電路如圖4所示。

　　傳統(tǒng)的GPS定位技術(shù)在物流中應(yīng)用時，除了使用GPS模塊之外，還需要另外使用GSM模塊等其他輔助硬件才能實現(xiàn)定位報警功能。而在本文基于GPSOne 技術(shù)的定位終端中，DTGS-800模塊融合了定位、GSM及CDMA網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等多種功能，集成度和性價比高。

　　TOP7 無線環(huán)境終端測試系統(tǒng)電路設(shè)計方案

　　在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中，終點和節(jié)點都需要一個主控芯片進行處理。主芯片選用MSP430F5438系列單片機。在信號調(diào)制方面采用了OOK調(diào)制方案。在高頻功放方面，采用了分立元件自制戊類放大器使用NEC公司的產(chǎn)品2SC3355做功放管。最后確定通信協(xié)議方案選擇，設(shè)計思想足由檢測終端發(fā)起一次信息阿步傳輸，所有的節(jié)點根據(jù)自己的編號在不同的時隙發(fā)送信息，中繼節(jié)點自行搜索判斷。通過一系列的選擇和設(shè)汁，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)整體方案框圖

　　系統(tǒng)以MSP430F5438單片機作為終端和節(jié)點的主控芯片，光照探測由光敏電阻來實現(xiàn)，溫度可由單片機內(nèi)部自帶的溫度傳感器得到。，數(shù)據(jù)的調(diào)制、接收采用串口通信，使用I／O口來控制天線的收發(fā)模式。從C3355的datasheet上則三極管的輸出得到集電極的輸出電容，故假設(shè)輸出電容是15 pF，阻抗可等效為一個42Ω的電阻與一個15 pF左右的電容并聯(lián)。取集電極饋電線圈的電感為10 uH兼作為輸出的諧振同路，此時所需的諧振電容為22.12 pF，所以還需要在集電極到地接入一個（10～22.12）pF的電容，為了便于調(diào)諧，采用了一只5／35pF的可調(diào)電容，經(jīng)過這樣后，三極管輸出為 42n的純阻，然后經(jīng)過一個42 Ω～16.3 kΩ的三階低通濾波器實現(xiàn)阻抗變換，并且使輸出波形平滑（濾掉載波的高次諧波）。

　　在輸出端接了一個100 nF的隔直電容，這會使得輸出不再是42 Ω的純阻，所以經(jīng)過PSPICE仿真，進行校準(zhǔn)，得到最終的具體參數(shù)。

　　圖2 e3355開關(guān)狀態(tài)功放

　　接收機解調(diào)電路分析

　　由于本系統(tǒng)采用的是OOK凋制，所以采用靈敏度高的倍壓檢波。當(dāng)終端與節(jié)點距離較遠時，為了提高接收靈敏度，所以使用了兩級放大，從而在距離較遠的時候也能正常檢測到信號?？紤]到在近距離時，在天線線圈接收處加上限幅電路。這樣就保證了在近距離和遠距離時都能夠接收到較好的信號。但是實際上由于在很遠的時候接收到的信號還是很小，這樣就導(dǎo)致了隨著距離的遠近需要改變比較器的參考電平，因此采用一個RC積分保持電路，使得能檢測到最大的峰值，這樣就實現(xiàn)了自適應(yīng)比較，從而在遠距離時串口依然能夠正確識別信號。

　　為r實現(xiàn)天線的復(fù)用，使用一個開關(guān)電路來切換收發(fā)模式。這個開關(guān)電路使用單片機I／O口來控制高速二極管的導(dǎo)通與關(guān)斷來實現(xiàn)切換的。

　　圖4發(fā)射電路

　　圖5接收電路

　　將欲傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^串口輸出的電平控制本振的開斷從而實現(xiàn)OOK調(diào)制，后級使用丙類功放發(fā)射，接收端節(jié)點將天線上的信號進行放大，然后倍壓檢波，通過自適應(yīng)比較器解調(diào)出數(shù)據(jù)，最后再向終端回傳環(huán)境信息。

　　TOP8 解讀一種采用NE567接近無線探測器電路

　　具有一個AM鎖定檢測和輸出驅(qū)動電路內(nèi)置PLL電路。NE567的主要功能是推動負(fù)載（通常為LED）時，在其探測波段的頻率是在IC的輸入。中心頻率，頻段輸入，輸出延遲等可以使用外部元件編程。

　　NE567音解碼器/PLLIC電路

　　NE567是具有一個AM鎖定檢測和輸出驅(qū)動電路內(nèi)置PLL電路。NE567的主要功能是推動負(fù)載（通常為LED）時，在其探測波段的頻率是在IC的輸入。中心頻率，頻段輸入，輸出延遲等可以使用外部元件編程。NE567集成電路的功能包括0.01Hz至500kHz的頻率范圍內(nèi)，高度穩(wěn)定的中心頻率，可編程帶寬，高噪聲抑制，可吸收輸出百毫安的，外部可調(diào)VCO頻率等NE567，常見的應(yīng)用是高度免疫的誤觸發(fā)，雙音頻解碼，遙控器，超聲波控制，監(jiān)測頻率等。

　　NE567接近探測器電路

　　一個簡單的接近探測器電路采用NE567在這里顯示。第8針是內(nèi)部輸出驅(qū)動電路IC內(nèi)部的輸出終端。此引腳變?yōu)榈碗娖綍r，輸入頻率的IC（PIN3）在檢測帶。電阻R7和電容C4設(shè)置的振蕩頻率。這些振蕩是在5腳和它耦合到終端的組裝起來使用電容C3挑。候機樓B拿起通過電容C1的晶體管Q1的基振蕩，和夫婦。Q1和Q2形成了一個兩階段的集電極基極偏置2級放大器。R1和R4是基地偏置電阻，Q1和Q2的集電極。C2的夫婦輸出第一階段到第二階段。拿起信號，從而放大并應(yīng)用于IC的輸入引腳（PIN3）通過電容C7。5233形成輸出濾波電容器和電容C5決定接收信號的頻帶寬度。C9是由電源旁路電容。C2和R2提供了一個VCO信號的相移與此相移信號從IC由IC檢測。當(dāng)一些附近的成立大會，其終端的變化之間的電容挑對象。這種電容的變化而變化的頻率，IC檢測到這一變化，并顯示指示。電阻R8限制輸出LED電流。

　　解讀ZigBee無線終端溫度測試系統(tǒng)電路

　　隨著人們生活水平的提高，食品的安全衛(wèi)生越來越受到人們的重視。每年技術(shù)監(jiān)督部門都要對全市各冷庫食品進行抽檢，檢查后發(fā)現(xiàn)市民每年消費的農(nóng)產(chǎn)品及其他易腐食品中有很大部分就是因為冷藏、冷凍未達到要求而變質(zhì)的，因此對冷庫溫度的實時監(jiān)測對于貯藏品的質(zhì)量保證顯得尤為重要。由于ZigBee應(yīng)用的低帶寬要求，ZigBee節(jié)點可以在大部分時間內(nèi)為睡眠模式，以節(jié)省電池能量。當(dāng)接收到廣播信標(biāo)時被喚醒并迅速發(fā)送數(shù)據(jù)，然后重新進入睡眠模式。 ZigBee可以在15毫秒或更短的時間內(nèi)由睡眠模式進入活動模式，因此即使處于睡眠的節(jié)點也可以實現(xiàn)低時延的目的。

　　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　單個冷庫溫度無線監(jiān)測系統(tǒng)的下位機主要是由單片機與溫度傳感器、無線射頻收發(fā)器、鍵盤電路、顯示電路、時鐘電路等構(gòu)成，上位機由單片機與無線射頻收發(fā)器構(gòu)成。下面將主要介紹上述幾個模塊的電路設(shè)計。上位機與下位機的單片機AT89C51的最小系統(tǒng)均如圖3所示，圖中外接晶體以及電容C2、C3構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30PF左右，晶振頻率選6MHZ。外接復(fù)位信號采用的是上電復(fù)位和手動復(fù)位的結(jié)合。

　　本系統(tǒng)為多點溫度測試，溫度傳感器DS18B20既可寄生供電也可外部電源供電。為了盡可能減少使用單片機的I/O口，我們采用外部電源供電方式。同時注意單總線上所掛接的DS18B20的數(shù)目不宜超過8個，否則需考慮總線驅(qū)動問題。其硬件連接電路如圖4所示：

　　XBee Pro模塊自帶軟件包，可以直接實現(xiàn)點對點的無線通訊，但需要提前將XBee Pro模塊進行匹配，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線通訊功能。因為單片機管腳電壓為5V，而XBee Pro模塊的管腳電壓為3.3V，故若將兩模塊連接需使用光電隔離。其中上位機與下位機分別都有XBee Pro模塊與單片機的連接，其硬件連接均如圖5，設(shè)計采用的是獨立式鍵盤，以查詢方式工作。直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)相互不會產(chǎn)生影響，其接口電路如圖6所示：

　　TOP9 獨立式鍵盤電路設(shè)計

　　P2.1口表示起動鍵，起動系統(tǒng)工作。P2.2口表示停止鍵，停止系統(tǒng)工作。P2.3口表示通道切換鍵，選擇要觀察的那路溫度。P2.4口表示設(shè)限鍵，設(shè)定系統(tǒng)工作環(huán)境的范圍。P2.5口表示加一鍵，數(shù)字“+”鍵，按一下則上限溫度設(shè)定值加1。P2.6口表示減一鍵，數(shù)字“—”鍵，按一下則下限溫度設(shè)定值減1。

　　顯示電路采用的是如圖7所示的共陰極七段數(shù)碼管，顯示方式為節(jié)約硬件資源的動態(tài)掃描方式。

　　DSl337是一種超小型的串行實時時鐘芯片，除了具有其他時鐘芯片所具有的記錄秒、分、時、星期、日、月、年，鬧鐘，可編程方波輸出外，最大的特點是體積小，連線少，性能良好。下位機單片機AT89C51與串行時鐘DS1337的硬件連接如圖8所示（其中R1=R1=R3=R4=3K）：

　　NE56604能為多種微處理器和邏輯系統(tǒng)提供復(fù)位信號，其門限電平為4.2V。在電源突然掉電或電源電壓下降到低于門限電平時，NE56604將產(chǎn)生精確的復(fù)位信號。要實現(xiàn)上位機單片機的輸出信號與監(jiān)測單元PC機的通訊，通常利用監(jiān)測單元PC機配置的異步通信適配器，通過MAX232電平轉(zhuǎn)換器即可實現(xiàn)。其電平轉(zhuǎn)換電路如圖10所示：

　　低溫有毒的環(huán)境中解脫出來，為企業(yè)節(jié)約人力成本，又可以方便我們隨時對其現(xiàn)場環(huán)境溫度進行監(jiān)控。毫無疑問，在監(jiān)溫系統(tǒng)中應(yīng)用無線傳感器技術(shù)以及適于它的 ZigBee無線通信協(xié)議，是現(xiàn)在及將來冷庫溫度監(jiān)控的研究熱點并具有廣泛的應(yīng)用前景。本文介紹了冷庫溫度無線監(jiān)測系統(tǒng)，采用了近年發(fā)展起來的 ZigBee無線通信技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸時，一旦建立了數(shù)據(jù)傳輸鏈路，后續(xù)的數(shù)據(jù)幀傳輸就可以直接采用CSMA.CA機制，點對點沿樹傳輸直到完成所有數(shù)據(jù)幀的傳輸。