文档介绍：无线环境监测模拟装置
摘要:本系统设计并实际制作了由1个监测终端和2个探测节点组成的无线环境监测模拟装置。该装置以超低功耗MSP430单片机作为控制核心,采用抗干扰能力强的FSK调制方式,及简化TCP/IP通信协议,采用并联非门驱动电路驱动天线发射FSK信号,采用低功耗高灵敏度解调芯片MC13156解调FSK信号,在实现终端与节点直接通信距离达到40cm功能之外,终端通过近距离节点的转发实现与距离50cm以上的节点进行正确通信。系统环境监测响应快速,。此外,人机交互界面友好,易于操作。
关键词:MSP430单片机通信协议低功耗 FSK调制
一、系统方案
系统要求:
题目要求设计制作一个无线环境监测模拟装置,实现对周边温度和光照信息的探测。系统需考虑环境信息采集电路、信息调制电路、调制信号的驱动及其发送电路、接收解调电路、信息恢复电路和供电电路的设计及制作。此外,系统作为一个通信网络,网络间通信协议的构造也是重中之重。
1. 调制方式的选择及论证
方案一:采用振幅键控(ASK)调制方式。调制解调电路简单且易于调试,但其抗干扰能力差,易于受增益变化的影响。
方案二:采用相移键控(PSK)调制方式。PSK相移键控调制技术在数据传输中,尤其是在中速和中高速的数传机(2400bit/s~4800bit/s)中得到了广泛的应用。相移键控有很好的抗干扰性,在有衰落的信道中也能获得很好的效果。
方案三:采用频移键控(FSK)调制方式。实现电路比较容易,抗噪声和抗衰减性能好,稳定可靠,是中低速数据传输最佳选择。
为使远距离通信,应该采用抗干扰能力强的调制方式,因此否决方案一。而方案二对应的解调电路复杂,无形中增加了系统的功耗,且其调试繁琐,增加了系统调试的难度及延长调试时间。综合距离和功耗因素,选择方案三,采用FSK调制方式。
2. 接收电路的选择及论证
方案一:由集成锁相环搭建FSK解调电路。用CDHC7046锁相环实现FSK解调电路,只需外接部分电容等元器件便可,调试方便,解调输出稳定。不过其最高只适合几百kHz中心频率的FSK信号的解调,不适用于该系统。
方案二:采用专用解调芯片CXA1691实现FSK的解调。。CXA1691的电源电压适应范围宽,2V到7V均能使其正常工作。其本振频率可采用低功耗锁相环BU2614锁定,使其稳定度达到晶振的稳定度。
方案三:采用专用宽带调频解调芯片MC13156。该芯片是一款具有高性能低功耗负电源供电的中频宽带调频解调芯片,适用于数字或模拟通信系统,其接收灵敏度可高达-100dBm。为满足输出的稳定度及接收的高灵敏度,本振信号应需要很高的频率稳定度,它
可用数字集成锁相环CDCE913产生,其频率稳定度可达到晶振的稳定度(即10-5~10-6),也可以直接用晶振提供本振频率。
与CXA1691相比,MC13156具有更高的接收灵敏度,使得通信距离更远成为可能。从通信距离考虑,应采用方案二实现接收部分的电路。
3. 功率驱动电路的选择及论证
方案一:采用三极管等分立元器件搭建丙类功率放大器。电路元件可以根据实际要求自主设计最合适的参数,但使用分立元件设计困难,调试复杂烦琐。
方案二:集成MOS管驱动芯片驱动。37321,其具有很大电流输出能力,可供给大功率输出,电路简单,