基于NA5TR1的無線定位節(jié)點的設計
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4．1 處理器模塊
處理器型號的選擇關系到定位節(jié)點的工作性能。ATmega644v單片機是一款高性能、低功耗、采用精簡指令集結構、具有64 K在線可編程存儲器、2 K的EEPROM、4 K的內部SRAM。單片機具有JTAG接口、串行通信口和SPI接口。
ATmega644v單片機采用CMOS工藝，基于AVR增強精簡指令集結構的8位微處理器。一個時鐘周期執(zhí)行一條指令，指令執(zhí)行速度達到1MIP-S。AVR內核包含豐富的指令集和32個通用的工作寄存器，通用寄存器直接與算術邏輯單元相連，允許兩個獨立的寄存器在一個指令周期內同時訪問。采用精簡指令集結構的AVR單片機比傳統(tǒng)的采用復雜指令集結構的單片機執(zhí)行代碼的速度快10倍。
單片機通過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現串口通信，也可以與USB轉串口的CH341T的輸出口相連。
4．2 通信模塊
NA5TR1提供3個可自由調整中心頻率的非重疊2.4GHzISM頻道，支持多個獨立物理層網絡，并能夠提高與現有2．4GHz無線技術共存時的網絡性能。數據通訊速率為125 kb／s～2 Mb／s可選。由于芯片采用獨特的窄脈沖擴頻技術天線的調試要求并不十分嚴格，這大大簡化了系統(tǒng)安裝和維護的復雜度，并能夠做到隨拿隨放。包含一個性能卓越的MAC控制器，提供對載波偵聽、多路訪問／沖突避免(CSMA／CA)和時分多址接入(TDMA)協(xié)議的支持，并實現前向糾錯(FEC)和128位硬件加密。為了降低對微控制器和軟件的要求，NA5TR1芯片同時提供不規(guī)則的自動地址匹配及數據包重發(fā)功能。NA5TR1 TRX無線收發(fā)器集成了數字色散延遲線(DDDL)，它負責接收并區(qū)分其他NA5TR1收發(fā)機發(fā)出的兩種信號。接收到的信號可能是Up Chirp、Down Chirp中的一種，或者是一個交疊信號(Up Chirp、Down Chirp同時出現的混合信號)，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，僅表現在復雜頻譜的相位信息中。這個相位信息足以被數字色散延遲線(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)時間)。通過這種方式，數字色散延遲線(DDDL)作為匹配濾波器過濾傳輸脈沖，芯片內部數據傳輸過程如圖3信號接收，圖4信號發(fā)射。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/155724.htm
4．3 電源模塊
NA5TR1芯片內部分成數字部分和模擬部分，數字部分提供控制芯片的可編程的接口和數字緩沖區(qū)，數字緩沖區(qū)用來存放要發(fā)送的數據和接收的數據。模擬部分將數字信號轉換成模擬尖脈沖用來發(fā)送和將接收到的尖脈沖轉換成數字信號。模擬部分只能通過數字部分進行訪問。
為了最大限度的節(jié)能，數字部分分成了兩部分，始終上電的部分和需要運行的時候才上電的部分，始終上電的部分包括需要控制的最小數字部分，用來維持芯片的設置。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據的發(fā)送和接收的部分，只有需要的時候才上電，以達到芯片最大限度的節(jié)能。
4．4 設計注意事項
無線定位節(jié)點的設計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)點的抗干擾性是設計PCB板的關鍵，設計PCB板時可以采用多層板，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達到射頻信號的高質量傳輸。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。
為了達到輸出信號最強，需要在平衡變壓器輸出到天線之間的信號線進行阻抗匹配50Ω，信號傳輸中沒有信號反射產生，這樣就使得到達天線的信號最強。輸出阻抗與制作PCB的板材、線寬、層間距都有關系。所以在制作PCB時，應該向廠家說明輸出部分線路的阻抗匹配要求，由廠家來完成設計和計算，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越小越穩(wěn)定越好。介電常數越小，層間的電子移動越少，射頻信號的泄漏也會越小，射頻信號在板上的損失就越小。
5 結束語
近年來隨著無線通信技術的發(fā)展，無線定位節(jié)點的設計成本不斷降低，無線定位技術的使用領域也不斷擴大。短距離、低功耗、低成本的窄脈沖擴頻技術的提出及應用，使得無線定位節(jié)點的定位精度及抗干擾性有了很大的改善。尤其是其獨特的測距功能，叮滿足不同行業(yè)的應用要求，基于該芯片的無線定位節(jié)點設計方案有很好的應用前景。
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