基于NA5TR1的無線定位節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
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4．1 處理器模塊
處理器型號的選擇關(guān)系到定位節(jié)點(diǎn)的工作性能。ATmega644v單片機(jī)是一款高性能、低功耗、采用精簡指令集結(jié)構(gòu)、具有64 K在線可編程存儲(chǔ)器、2 K的EEPROM、4 K的內(nèi)部SRAM。單片機(jī)具有JTAG接口、串行通信口和SPI接口。
ATmega644v單片機(jī)采用CMOS工藝，基于AVR增強(qiáng)精簡指令集結(jié)構(gòu)的8位微處理器。一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令，指令執(zhí)行速度達(dá)到1MIP-S。AVR內(nèi)核包含豐富的指令集和32個(gè)通用的工作寄存器，通用寄存器直接與算術(shù)邏輯單元相連，允許兩個(gè)獨(dú)立的寄存器在一個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)訪問。采用精簡指令集結(jié)構(gòu)的AVR單片機(jī)比傳統(tǒng)的采用復(fù)雜指令集結(jié)構(gòu)的單片機(jī)執(zhí)行代碼的速度快10倍。
單片機(jī)通過SPI接口控制NA5TR1工作，端口9和端口10為通用串口，可以直接與外部串口線相連實(shí)現(xiàn)串口通信，也可以與USB轉(zhuǎn)串口的CH341T的輸出口相連。
4．2 通信模塊
NA5TR1提供3個(gè)可自由調(diào)整中心頻率的非重疊2.4GHzISM頻道，支持多個(gè)獨(dú)立物理層網(wǎng)絡(luò)，并能夠提高與現(xiàn)有2．4GHz無線技術(shù)共存時(shí)的網(wǎng)絡(luò)性能。數(shù)據(jù)通訊速率為125 kb／s～2 Mb／s可選。由于芯片采用獨(dú)特的窄脈沖擴(kuò)頻技術(shù)天線的調(diào)試要求并不十分嚴(yán)格，這大大簡化了系統(tǒng)安裝和維護(hù)的復(fù)雜度，并能夠做到隨拿隨放。包含一個(gè)性能卓越的MAC控制器，提供對載波偵聽、多路訪問／沖突避免(CSMA／CA)和時(shí)分多址接入(TDMA)協(xié)議的支持，并實(shí)現(xiàn)前向糾錯(cuò)(FEC)和128位硬件加密。為了降低對微控制器和軟件的要求，NA5TR1芯片同時(shí)提供不規(guī)則的自動(dòng)地址匹配及數(shù)據(jù)包重發(fā)功能。NA5TR1 TRX無線收發(fā)器集成了數(shù)字色散延遲線(DDDL)，它負(fù)責(zé)接收并區(qū)分其他NA5TR1收發(fā)機(jī)發(fā)出的兩種信號。接收到的信號可能是Up Chirp、Down Chirp中的一種，或者是一個(gè)交疊信號(Up Chirp、Down Chirp同時(shí)出現(xiàn)的混合信號)，且所有的這些信號具有相同的中心頻率和帶寬。Up Chirp信號和Down Chirp信號的區(qū)別，僅表現(xiàn)在復(fù)雜頻譜的相位信息中。這個(gè)相位信息足以被數(shù)字色散延遲線(DDDL)用來在輸出口壓縮脈沖并在另一端展開(也就是說，將接收到的信號展開到雙倍持續(xù)時(shí)間)。通過這種方式，數(shù)字色散延遲線(DDDL)作為匹配濾波器過濾傳輸脈沖，芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸過程如圖3信號接收，圖4信號發(fā)射。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/155724.htm
4．3 電源模塊
NA5TR1芯片內(nèi)部分成數(shù)字部分和模擬部分，數(shù)字部分提供控制芯片的可編程的接口和數(shù)字緩沖區(qū)，數(shù)字緩沖區(qū)用來存放要發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)。模擬部分將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬尖脈沖用來發(fā)送和將接收到的尖脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。模擬部分只能通過數(shù)字部分進(jìn)行訪問。
為了最大限度的節(jié)能，數(shù)字部分分成了兩部分，始終上電的部分和需要運(yùn)行的時(shí)候才上電的部分，始終上電的部分包括需要控制的最小數(shù)字部分，用來維持芯片的設(shè)置。此部分與I／O口連接，這些接口控制電源管理器。不始終上電的部分包含了控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的部分，只有需要的時(shí)候才上電，以達(dá)到芯片最大限度的節(jié)能。
4．4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
無線定位節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求定位精度越高越好，體積越小越好，NA5TR1集成度高、外部電路簡單，合理布局電源管腳去耦電容，使用0403電容封裝可以滿足要求。由于芯片工作的頻率比較高，提高定位節(jié)點(diǎn)的抗干擾性是設(shè)計(jì)PCB板的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)PCB板時(shí)可以采用多層板，第一層為信號層，第二層為接地層，第三層為電源層，第四層為信號層，利用第二層接地層的屏蔽效應(yīng)達(dá)到射頻信號的高質(zhì)量傳輸。在板子信號層的空白地方敷銅接地，減少信號線之間的干擾。
為了達(dá)到輸出信號最強(qiáng)，需要在平衡變壓器輸出到天線之間的信號線進(jìn)行阻抗匹配50Ω，信號傳輸中沒有信號反射產(chǎn)生，這樣就使得到達(dá)天線的信號最強(qiáng)。輸出阻抗與制作PCB的板材、線寬、層間距都有關(guān)系。所以在制作PCB時(shí)，應(yīng)該向廠家說明輸出部分線路的阻抗匹配要求，由廠家來完成設(shè)計(jì)和計(jì)算，以確保最終的電路板能夠符合阻抗匹配要求。通常無線射頻電路要求板材的介電常數(shù)越小越穩(wěn)定越好。介電常數(shù)越小，層間的電子移動(dòng)越少，射頻信號的泄漏也會(huì)越小，射頻信號在板上的損失就越小。
5 結(jié)束語
近年來隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線定位節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)成本不斷降低，無線定位技術(shù)的使用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。短距離、低功耗、低成本的窄脈沖擴(kuò)頻技術(shù)的提出及應(yīng)用，使得無線定位節(jié)點(diǎn)的定位精度及抗干擾性有了很大的改善。尤其是其獨(dú)特的測距功能，叮滿足不同行業(yè)的應(yīng)用要求，基于該芯片的無線定位節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案有很好的應(yīng)用前景。
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