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短距离高可靠无线数据通讯装置

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发表于 2019-7-22 00:08 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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短距离高可靠无线数据通讯装置
. J/ ^, z; W. z- t
摘要:本文分析计算了FSK、ASK、OOK调制模式的误码率、选用了ASH接收器、研制了一套短距离高可靠无线数据通讯装置,给出了测试和应用结果。0 `, B7 \" d+ y3 E" b
    关键词:无线数据通讯  OOK调制模式  ASH接收器
( g! I7 h" ~8 j/ E- P6 F9 h5 d
2 V- S( l& l( I8 T% W5 y$ A1.前言
* Z* j* n9 z; k' z/ q
+ Z6 F; c* B1 i" D    目前,0~100米内的短距离无线通讯装置的应用非常广泛,例如汽车遥控门匙、无线抄表、ID卡、计算机无线数据通讯等。世界各大芯片制造商如TI、MOTOROLA、DIGITAL-WIRELESS等公司,根据需求,研制开发出了各种新式射频芯片,使短距离无线数据通讯装置的设计开发趋于更加容易、方便、周期短、成本低。
* `6 S+ l: M% M$ }( s+ y4 T9 U
    本文通过对常用调制模式误码率的计算和比较,选择了OOK模式,并用RFM公司先进的ASH(Amplifer-Sequenced Hybrid)式接收器[1],研制了一套短距离高可靠无线数据通讯装置,给出了测试和应用结果。9 {9 ?( ~; b3 d# Q( m

/ y7 _% G# W2 `& f: W2.FSK 、ASK、OOK三种调制模式误码率的计算
. h6 c, N9 r% c/ ?- K8 ?/ n! w# q1 b% F2 X
    无线通讯常用的调制模式有FSK(Frequency-Shift-Key)、ASK(Amplitude-Shift-Key)、OOK(On-Off-Key)[2]等,评价调制模式的重要指标是误码率。三种模式的误码率理论计算公式如下:
" Q3 h$ T- d! }6 v8 d0 |. V/ h* y; d
- D1 e6 {4 C7 G2 o" @) n
/ V4 [  M8 F" S7 {    从图可得如下结论:三种模式中FSK模式抗干扰能力虽最强,但当信噪比大于15dB后,三种模式的误码率基本相同。考虑到实际应用中信噪比大的环境特点,且由于三种模式中OOK模式具有低成本、易开发、最省电等特点,本文选取OOK模式作为短距离无线数据通讯调制模式。+ O1 J, O/ G) ^9 [

1 i6 }5 |3 M( G7 K8 p) D( v  ]3.ASH接收器/ N1 z7 i7 V4 A4 B
( m* |/ {4 b/ b1 c8 F/ ]6 g
    在设计短距离无线通讯装置时,必须遵守无线电管理委员会的各项规定。为免除无线信道申请,只有在发射功率受限条件下,增加通讯之间距离,RFM公司提供了一种分时放大ASH式接收器[1], 可满足这一要求,其原理图见图2。* a) z6 _+ S, g' d7 u
" Z% V' V% Z& C$ A
    由图2可见,ASH式接收器由脉冲发生器、SAW带通滤波器、两级射频放大器[3]、SAW延迟线等组成。脉冲发生器控制两级射频放大器,使它们分时工作。当接收的信号经过带通滤波器后,脉冲发生器打开一级放大器并关闭第二级放大器,使信号放大后送入延迟线;当信号通过延迟线后,脉冲发生器打开第二级放大器并关闭一级放大器,使信号再次放大后输出。% X' m1 W/ S% W; r, h% |

  ~( ?4 m: k' G/ f. K9 X  S7 \    同利用分频放大原理的Superheterodyne式接收器[2]相比较,ASH式接收器有以下特点:1)体积小,仅为10.2×7.06×2.03mm;2)耗电量小,可使用电池供电,便于设计手持装置[4];3)不使用高稳定的振荡器,完全消除了本地振荡器的辐射;4) 完全消除了混频器噪声;5)外围电路设计简单、便于开发;6)支持高速数据通讯,波特率达100kb/s;7)成本低。
! A$ G' S' A7 X- N1 c& _1 q: h. Q: X# z0 g
4.设计实例) ?! z  K: N( {1 o  p% `
! I) Y7 R( f2 N9 R
    根据上述计算和分析,本文选用RFM公司的无线收发器ASH式TR3001芯片[5]和OOK模式设计了一个短距离无线数据通讯装置。
% r. _* m) X2 x4 T" D5 R
4 H) n" E$ B+ T( l( x图3为装置原理框图,其中TR3001主要完成无线收发接口,MAX202完成标准RS232接口转换, 80C51CPU主要完成DC平衡编码与解码、无线数据收发控制、串行通讯等任务。图4为TR3001芯片应用电路图。本装置主要性能指标如下:1)体积小,85×50×5mm;2)支持半双工,波特率为9.6kb/s的串行数据通讯;3)较大通讯距离为20米;4)使用315M频点。由于发射功率低,不需要向无线电管理委员会申请执照。6 z# ^4 U. k* F+ @  ?8 l
6 {7 ]/ B  r4 z( p) c
5.结果
1 D$ B) Y/ M0 I0 c- L1 J; j2 f5 N" p+ Q8 {$ A1 a6 `
    使用5211型误码仪在户外空地5至25米距离对本装置进行了测试,测试结果见图5,表明随着距离的增加,信噪比变小,误码率增高。但在20米距离内仍能满足使用要求。本设计已作成小型近距离通讯装置在实际数据采集和传送中使用,获得了满意结果。
) \: {4 c% C5 w" T
3 L6 W  V6 w1 d( m. }% j9 \+ ]

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发表于 2019-7-22 17:49 | 只看该作者
好东东,谢谢分享
8 Q# i8 P, `3 r( |0 o
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