短距離高可靠無線數(shù)據(jù)通訊裝置

1.前言

目前，0～100米內(nèi)的短距離無線通訊裝置的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車遙控門匙、無線抄表、ID卡、計(jì)算機(jī)無線數(shù)據(jù)通訊等。世界各大芯片制造商如TI、 MOTOROLA、DIGITAL-WIRELESS等公司，根據(jù)需求，研制開發(fā)出了各種新式射頻芯片，使短距離無線數(shù)據(jù)通訊裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)趨于更加容易、方便、周期短、成本低。

本文通過對(duì)常用調(diào)制模式誤碼率的計(jì)算和比較，選擇了OOK模式，并用RFM公司先進(jìn)的ASH（Amplifer-Sequenced Hybrid）式接收器[1]，研制了一套短距離高可靠無線數(shù)據(jù)通訊裝置，給出了測試和應(yīng)用結(jié)果。

2.FSK 、ASK、OOK三種調(diào)制模式誤碼率的計(jì)算

無線通訊常用的調(diào)制模式有FSK（Frequency-Shift-Key）、ASK（Amplitude-Shift-Key）、OOK（On-Off-Key）[2]等，評(píng)價(jià)調(diào)制模式的重要指標(biāo)是誤碼率。三種模式的誤碼率理論計(jì)算公式如下：


從圖可得如下結(jié)論：三種模式中FSK模式抗干擾能力雖最強(qiáng)，但當(dāng)信噪比大于15dB后，三種模式的誤碼率基本相同?？紤]到實(shí)際應(yīng)用中信噪比大的環(huán)境特點(diǎn)，且由于三種模式中OOK模式具有低成本、易開發(fā)、最省電等特點(diǎn)，本文選取OOK模式作為短距離無線數(shù)據(jù)通訊調(diào)制模式。

3.ASH接收器

在設(shè)計(jì)短距離無線通訊裝置時(shí)，必須遵守?zé)o線電管理委員會(huì)的各項(xiàng)規(guī)定。為免除無線信道申請(qǐng)，只有在發(fā)射功率受限條件下，增加通訊之間距離，RFM公司提供了一種分時(shí)放大ASH式接收器[1]， 可滿足這一要求，其原理圖見圖2。

由圖2可見，ASH式接收器由脈沖發(fā)生器、SAW帶通濾波器、兩級(jí)射頻放大器[3]、SAW延遲線等組成。脈沖發(fā)生器控制兩級(jí)射頻放大器，使它們分時(shí)工作。當(dāng)接收的信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器后，脈沖發(fā)生器打開第一級(jí)放大器并關(guān)閉第二級(jí)放大器，使信號(hào)放大后送入延遲線；當(dāng)信號(hào)通過延遲線后，脈沖發(fā)生器打開第二級(jí)放大器并關(guān)閉第一級(jí)放大器，使信號(hào)再次放大后輸出。

同利用分頻放大原理的Superheterodyne式接收器[2]相比較，ASH式接收器有以下特點(diǎn)：1）體積小，僅為10.2×7.06× 2.03mm；2）耗電量小,可使用電池供電,便于設(shè)計(jì)手持裝置[4]；3）不使用高穩(wěn)定的振蕩器，完全消除了本地振蕩器的輻射；4) 完全消除了混頻器噪聲；5）外圍電路設(shè)計(jì)簡單、便于開發(fā)；6）支持高速數(shù)據(jù)通訊,波特率達(dá)100kb/s；7）成本低。

4.設(shè)計(jì)實(shí)例

根據(jù)上述計(jì)算和分析，本文選用RFM公司的無線收發(fā)器ASH式TR3001芯片[5]和OOK模式設(shè)計(jì)了一個(gè)短距離無線數(shù)據(jù)通訊裝置。

圖3為裝置原理框圖，其中TR3001主要完成無線收發(fā)接口，MAX202完成標(biāo)準(zhǔn)RS232接口轉(zhuǎn)換， 80C51CPU主要完成DC平衡編碼與解碼、無線數(shù)據(jù)收發(fā)控制、串行通訊等任務(wù)。圖4為TR3001芯片應(yīng)用電路圖。本裝置主要性能指標(biāo)如下：1）體積小，85×50×5mm；2）支持半雙工，波特率為9.6kb/s的串行數(shù)據(jù)通訊；3）最大通訊距離為20米；4）使用315M頻點(diǎn)。由于發(fā)射功率低，不需要向無線電管理委員會(huì)申請(qǐng)執(zhí)照。

5.結(jié)果

使用5211型誤碼儀在戶外空地5至25米距離對(duì)本裝置進(jìn)行了測試，測試結(jié)果見圖5，表明隨著距離的增加，信噪比變小，誤碼率增高。但在20米距離內(nèi)仍能滿足使用要求。本設(shè)計(jì)已作成小型近距離通訊裝置在實(shí)際數(shù)據(jù)采集和傳送中使用，獲得了滿意結(jié)果。