無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

圖7節(jié)點(diǎn)軟件流程

　　4 測(cè)試方法與數(shù)據(jù)

測(cè)試條件為：終端供電5 V。室溫為26 qc。下面進(jìn)行的是終端節(jié)點(diǎn)通信距離的測(cè)試。 　終端、節(jié)點(diǎn)放置在同一水平面，在保證兩天線對(duì)準(zhǔn)的情況下，將距離分別設(shè)為1 em，9 cm。將節(jié)點(diǎn)A和B分別放在終端兩側(cè)，距離為10 cm，測(cè)試溫度，光照，編碼預(yù)置功能。測(cè)試結(jié)果如表1（均有預(yù)置編碼的功能，探測(cè)延遲3 s）。

　環(huán)境監(jiān)測(cè)是指通過對(duì)影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表值的測(cè)定，確定環(huán)境質(zhì)量（或污染程度）及其變化趨勢(shì)。隨著科技的不斷進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境檢測(cè)由經(jīng)典的化學(xué)分析向儀器與計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)f無線環(huán)境的檢測(cè)。本文中設(shè)計(jì)了一個(gè)尤線環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，以MSP430F5438單片機(jī)為控制核心，實(shí)際制作一個(gè)終端和2個(gè)節(jié)點(diǎn)，終端能從節(jié)點(diǎn)獲取節(jié)點(diǎn)的環(huán)境溫度和光照信息，并且節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能。整個(gè)系統(tǒng)采用OOK調(diào)制方式，收發(fā)都使用一個(gè)天線，終端發(fā)射信號(hào)時(shí)。

　　將欲傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^串口輸出的電平控制本振的開斷從而實(shí)現(xiàn)OOK調(diào)制，后級(jí)使用丙類功放發(fā)射，接收端節(jié)點(diǎn)將天線上的信號(hào)進(jìn)行放大，然后倍壓檢波，通過自適應(yīng)比較器解調(diào)出數(shù)據(jù)，最后再向終端回傳環(huán)境信息。

　　1 總體方案設(shè)計(jì)

　　在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，終點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)都需要一個(gè)主控芯片進(jìn)行處理。主芯片選用MSP430F5438系列單片機(jī)。在信號(hào)調(diào)制方面采用了OOK（On.Off Keying）調(diào)制方案。在高頻功放方面，采用了分立元件自制戊類放大器使用NEC公司的產(chǎn)品2SC3355做功放管。最后確定通信協(xié)議方案選擇，設(shè)計(jì)思想足由檢測(cè)終端發(fā)起一次信息阿步傳輸，所有的節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的編號(hào)在不同的時(shí)隙發(fā)送信息，中繼節(jié)點(diǎn)自行搜索判斷。通過一系列的選擇和設(shè)汁，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體方案框圖

　　系統(tǒng)以MSP430F5438單片機(jī)作為終端和節(jié)點(diǎn)的主控芯片，光照探測(cè)由光敏電阻來實(shí)現(xiàn)，溫度可由單片機(jī)內(nèi)部自帶的溫度傳感器得到。，數(shù)據(jù)的調(diào)制、接收采用串口通信，使用I／O口來控制天線的收發(fā)模式。

　　2 系統(tǒng)的理論分析與計(jì)算

　　2.1 發(fā)射機(jī)的電路分析與設(shè)計(jì)

　　本地振蕩采用lO.7 M諧振器以及74HC00構(gòu)成的皮爾斯振蕩器，同時(shí)通過門級(jí)電路還可以增大對(duì)后級(jí)丙放的驅(qū)動(dòng)功率，而串121也可以通過與非門來調(diào)制信號(hào)。

　　實(shí)際測(cè)量5圈，直徑為3.4 em的線圈，在lO.7 MHz下測(cè)量得到電感量為1.553 uH，Q值為156。在lO.7 MHz時(shí)的損耗電阻為：

　　得到r=0.669，所以在并聯(lián)諧振下等效電阻為：

　　2.2 開關(guān)狀態(tài)功放輸入輸出匹配

　　在節(jié)點(diǎn)上采用高效率的開關(guān)狀態(tài)功放，而終端也可以使用戊類放大。設(shè)定輸出功率為0.1 w。首先計(jì)算C3355的輸出阻抗，假設(shè)C3355的輸出功率為0.1 w，根據(jù)功放的最佳負(fù)載計(jì)算得到，我們的電源電壓為Vc=3 V，設(shè)Vce=0.1V，輸出功率Po=0.1 w，計(jì)算得出最佳輸出電阻為

R=

　從C3355的datasheet上則三極管的輸出得到集電極的輸出電容，故假設(shè)輸出電容是15 pF，阻抗可等效為一個(gè)42Ω的電阻與一個(gè)15 pF左右的電容并聯(lián)。取集電極饋電線圈的電感為10 uH兼作為輸出的諧振同路，此時(shí)所需的諧振電容為22.12 pF，所以還需要在集電極到地接入一個(gè)（10～22.12）pF的電容，為了便于調(diào)諧，采用了一只5／35pF的可調(diào)電容，經(jīng)過這樣后，三極管輸出為42n的純阻，然后經(jīng)過一個(gè)42 Ω～16.3 kΩ的三階低通濾波器實(shí)現(xiàn)阻抗變換，并且使輸出波形平滑（濾掉載波的高次諧波）。