高危生產(chǎn)區(qū)域人員定位節(jié)點的電路設(shè)計

參考節(jié)點為室內(nèi)同定的節(jié)點，移動節(jié)點根據(jù)參考節(jié)點發(fā)射的信號測量跟參考節(jié)點之間的距離，移動節(jié)點再將距離信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點，網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過USB接口將距離信息傳送到計算機上，在計算機上實現(xiàn)對移動節(jié)點的實時跟蹤定位。

3 硬件設(shè)計
定位節(jié)點由兩塊電路板組成，分別是無線模塊電路板和處理器電路板，如圖3所示。其中無線模塊電路板作為處理器電路板的一部分焊接到處理器電路板上。節(jié)點包括電源模塊、無線模塊和處理器模塊3個部分，其中電源模塊和處理器模塊2部分在處理器電路板上，無線模塊在無線模塊電路板上。無線模塊負責射頻信號的接收與發(fā)送，處理器電路板負責電源的供給、控制無線模塊電路工作以及數(shù)據(jù)的通信等。無線模塊電路采用的射頻收發(fā)器為德國Nanotron公司的芯片NA5TR1，該收發(fā)器采用Nanotron獨特的線性調(diào)頻擴頻通訊技術(shù)，其片上點對點測距可達到1 m的精度，同時提供傳輸距離極佳的可靠數(shù)據(jù)通信。

3．1 電源模塊
電源模塊由穩(wěn)壓模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊2個部分組成。穩(wěn)壓模塊提供單片機所需要的3．3 V電壓和射頻收發(fā)器需要的2．5 V電壓。所需的0．8～3．0 V輸入電壓由電源適配器或干電池提供。使用的3．3 V穩(wěn)壓芯片為NCP1402SN33T1單片微功率升壓直流-直流轉(zhuǎn)換器，NCP1402系列穩(wěn)壓器專為通過一節(jié)或2節(jié)電池為便攜設(shè)備供電的應用而設(shè)計，可由0．8 V的電池電壓啟動，同時需要的外部元件少，有5種標準的穩(wěn)定輸出電壓，NCP1402SN33T1輸出穩(wěn)定的3．3 V電壓，輸出電流可達200 mA。所使用的2．5 V穩(wěn)壓芯片為TI公司的TPS79425DGN低壓差線性穩(wěn)壓器。 TPS794XX系列的低壓差線性穩(wěn)壓器具有高電源抑制比、超低噪聲及快速啟動等特點，該系列穩(wěn)壓器具有1．2～5．5 V可調(diào)的電壓輸出值。由于NA5TR1的I／O口電平為2．5 V，而ATmega128L的I／O口電平為3．3 V，故需要對電平進行轉(zhuǎn)換。采用的電平轉(zhuǎn)換芯片為SN74AVC4T245，可以實現(xiàn)1．2 V至3．6 V的電平轉(zhuǎn)換。
3．2 無線模塊
本文采用的無線收發(fā)芯片為德國Nanotron公司的NA5TR1，該芯片的工作頻段為2．4 GHz的免授權(quán)頻段，提供3個可自由調(diào)整中心頻率的非重疊2．4 GHzISM頻道和14個重疊的頻道，提高了與現(xiàn)有2．4 GHz無線技術(shù)共存時的網(wǎng)絡(luò)性能，具有125 Kb／s～2 Mb／s的可編程數(shù)據(jù)速率，0～33 dBm可調(diào)且支持擴展至20 dBm以上的可編程輸出功率，高達大-97 dBm的接收靈敏度，具有節(jié)能的掉電模式，掉電模式下的最小電流≤2μA。
3．2．1 時鐘晶振
NA5TR1工作時需要32．768 kHz和32 MHz兩個時鐘信號，32 MHz的時鐘作為基帶時鐘的基準來產(chǎn)生線性調(diào)頻信號，32．768 kHz時鐘為實時時鐘及實現(xiàn)掉電模式下的電源管理。為了使節(jié)點有一個更高的測距精度，基帶的基準時鐘必須穩(wěn)定，即32 MHz的時鐘信號必須穩(wěn)定。為了確保時鐘的穩(wěn)定，本文中的32 MHz時鐘采用了皮爾斯晶體振蕩器。皮爾斯晶體振蕩器穩(wěn)定性能極好，Q值和特征阻抗都很高，低噪音，外電路中的不穩(wěn)定參數(shù)對振蕩回路影響很小，回路的標準性高。