一種單工無(wú)線叫數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

近年來，隨著高頻電子技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線通信被廣泛應(yīng)用于云處理系統(tǒng)、惡劣環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和控制、移動(dòng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以及系統(tǒng)之外的其他場(chǎng)景。對(duì)無(wú)線控制和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用市場(chǎng)的需求正在增加。在許多應(yīng)用中，人們希望能夠接收實(shí)時(shí)的語(yǔ)音信息，并了解必要的數(shù)據(jù)信息。本文介紹了基于python的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。在30.40hz下，我們可以大規(guī)模發(fā)送和接收單工制信息和線路輸入的聲音信號(hào)。同時(shí)，數(shù)字控制技術(shù)在主和從機(jī)之間的每個(gè)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)中藥長(zhǎng)距離傳輸。由于采用能耗和智能設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，傳輸方便，可以擴(kuò)展到網(wǎng)站數(shù)量。1語(yǔ)音信號(hào)調(diào)解裝置經(jīng)過方案比較與論證,最終確定發(fā)送及接收系統(tǒng)采用由單片機(jī)控制的FSK調(diào)制和解調(diào)電路,其中發(fā)射機(jī)框圖如圖1所示.發(fā)射機(jī)系統(tǒng)發(fā)送信息分為兩個(gè)信道,語(yǔ)音信道采用FM調(diào)頻技術(shù),將接收的話筒輸入或線路輸入語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制在32MHz載波上,經(jīng)功率放大和射頻電路發(fā)送出去.同時(shí),用于選通從站的站號(hào)和中英文短信等數(shù)字信號(hào)通過數(shù)字信道發(fā)送.由于此類信息相對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)對(duì)誤碼率有更高的要求,所以設(shè)計(jì)時(shí)采用了FSK調(diào)制方式.數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)控制,相關(guān)信息可以通過鍵盤電路輸入,經(jīng)編碼電路編碼后送往FSK調(diào)制電路,調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)放大電路放大后送往天線發(fā)送.同時(shí),站號(hào)和中英文短信等數(shù)字信息可以通過液晶顯示電路顯示.接收機(jī)系統(tǒng)的兩個(gè)信道可以同時(shí)工作,語(yǔ)音FM信號(hào)經(jīng)FM解碼電路處理,解調(diào)出的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)功率放大,輸出到耳機(jī)或揚(yáng)聲器等輸出設(shè)備.站號(hào)和中英文信息等FSK信號(hào)經(jīng)FSK解調(diào)及單片機(jī)電路處理,輸出到液晶顯示電路進(jìn)行顯示.其中站號(hào)用于選呼和群呼控制.從機(jī)系統(tǒng)采用電池組供電,經(jīng)DC/DC電路取得所需工作電壓.2單元電路設(shè)計(jì)2.1與存儲(chǔ)電路該電路以AT89s52單片機(jī)為核心,由人機(jī)接口電路、電源電路、存儲(chǔ)器、FSK信號(hào)輸出電路等部分組成.圖2所示為產(chǎn)生FSK信號(hào)的電路框圖.其中,人機(jī)接口電路用于完成數(shù)字信息的輸入和顯示,存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)站號(hào)并在掉電時(shí)保存相關(guān)數(shù)據(jù),FSK信號(hào)輸出電路用于數(shù)字信號(hào)的發(fā)送.顯示與存儲(chǔ)電路如圖3所示.此單元以89s52為核心,由顯示屏、存儲(chǔ)器以及按鍵等部分組成.這部分電路采用HY12864(128×64)點(diǎn)陣液晶屏作為主要顯示器件,液晶屏自帶雙控芯片,自動(dòng)完成液晶控制.該液晶屏具有較多控制字,其特點(diǎn)包括:①內(nèi)藏64×64=4096位顯示RAM,RAM中每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)LCD屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài);②HD61202是列驅(qū)動(dòng)器,具有64路列驅(qū)動(dòng)輸出;③HD61202讀、寫操作時(shí)序與52處理器相符,因此它可直接與52處理器接口相連;④HD61202的占空比為1/32～1/64.而掉電保護(hù)電路則通過采用I2C串行E-2PROM非易失性存儲(chǔ)器AT24C02實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)掉電存儲(chǔ).單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行判斷,若發(fā)送的數(shù)據(jù)位為0時(shí),則經(jīng)查表和D/A轉(zhuǎn)換輸出100Hz的正弦波;若發(fā)送的數(shù)據(jù)位為1時(shí),則輸出200Hz的正弦波.單片機(jī)模擬的FSK信號(hào)調(diào)制到高頻載波再?gòu)奶炀€發(fā)送出去.2.2低通濾波器截止頻率fc的選擇該電路同樣是以AT89s52單片機(jī)為核心,由人機(jī)接口電路、電源電路、存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)接收電路等部分組成.其中,鍵盤電路用于設(shè)定本機(jī)站號(hào)、信息接收和清除、顯示電路顯示站號(hào)和接收到的中英文信息及其它信息,存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)站號(hào)并在掉電時(shí)保存相關(guān)數(shù)據(jù).由音頻信號(hào)解調(diào)出來的FSK信號(hào)如圖4(a)所示,FSK信號(hào)經(jīng)過放大限幅電路,得到如圖4(b)所示的脈沖信號(hào),再經(jīng)過微分整形后得到如圖4(c)所示的尖脈沖信號(hào),其脈沖個(gè)數(shù)代表FSK信號(hào)過零點(diǎn)的次數(shù).經(jīng)脈沖形成器得到一定高度和一定脈寬的方波,方波的占空比由RC電路調(diào)節(jié).信號(hào)的平均直流分量與脈沖重復(fù)頻率成正比,也就是與輸入信號(hào)的載頻成正比.經(jīng)低通濾波器輸出平均直流分量,再經(jīng)判決整形后,即得到如圖4(d)所示的解調(diào)原始數(shù)字基帶信號(hào).在過零檢測(cè)中兩個(gè)載頻頻差越大,平均直流分量則越大,抗干擾性能也越好,但所占的頻帶也就越寬.低通濾波器的截止頻率fc的選擇原則為fl<fc<f2.3顯示控制電路軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是為了對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收進(jìn)行控制,從而達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求.軟件實(shí)現(xiàn)的功能包括:①顯示要求發(fā)送和接收的數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)信息編碼、解碼;②在發(fā)送端用單片機(jī)模擬FSK信號(hào);③控制AT24C02,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),可存儲(chǔ)256路;④單片機(jī)驅(qū)動(dòng)液晶顯示器;⑤發(fā)送選呼和群呼信號(hào),同時(shí)實(shí)現(xiàn)中英文字符的收發(fā);⑥控制選通電路;⑦軟件傳輸數(shù)據(jù)采用CRC校驗(yàn)技術(shù).3.1液晶屏顯示單元當(dāng)需要對(duì)某從站發(fā)送信息或進(jìn)行廣播時(shí),可用編輯按鍵編輯英文短信,并通過發(fā)送鍵進(jìn)行發(fā)送,通過清除鍵清屏.程序開始時(shí),先對(duì)液晶屏初始化,然后通過控制字指定開始位置,再順序?qū)懭朦c(diǎn)的信息.該液晶屏由兩塊控制芯片控制,各為64×64的方陣.圖象點(diǎn)信息按照縱向每8個(gè)點(diǎn)組成一個(gè)字節(jié),每次寫入后,通過查詢液晶屏狀態(tài),等待寫入完成.由于液晶屏點(diǎn)的組織比較復(fù)雜,且與習(xí)慣的方向不同,故在程序?qū)崿F(xiàn)中一般將內(nèi)存中各個(gè)點(diǎn)都設(shè)置好,再一次性寫入液晶屏.為了使系統(tǒng)更具有實(shí)用性,加入了掉電數(shù)據(jù)保存功能.在改變站號(hào)的同時(shí),將該數(shù)據(jù)寫到AT24C02E2PROM中.每次上電初始化的時(shí)候,先從E2PROM中讀取數(shù)據(jù),送到單片機(jī)內(nèi)部RAM中,同時(shí)送入顯示單元,再進(jìn)行隨后的操作.如果用戶意外掉電或重新開始時(shí),可以恢復(fù)原來設(shè)置的信息.3.2數(shù)據(jù)處理程序接收端的波特率與發(fā)送端相同.同時(shí)內(nèi)部定時(shí)器還產(chǎn)生400Hz的抽樣脈沖提供給FSK解調(diào)電路.當(dāng)主站發(fā)送數(shù)據(jù).從站進(jìn)入數(shù)據(jù)處理程序時(shí),先通過CRC校驗(yàn),如果數(shù)據(jù)正確,繼續(xù)向下執(zhí)行子程序,進(jìn)一步判斷第一個(gè)字節(jié)的值,如果字節(jié)為00H,256個(gè)從站語(yǔ)音通道都打開.若為01H時(shí),256個(gè)從站語(yǔ)音通道都關(guān)閉.若為其它數(shù)據(jù),則打開相應(yīng)的語(yǔ)音通道.在打開語(yǔ)音通道的同時(shí)可接收1到12個(gè)字符范圍內(nèi)任意長(zhǎng)的英文字符或單個(gè)漢字.若CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)有誤,則跳出該子程序,繼續(xù)執(zhí)行其它程序.4信號(hào)輸出編碼質(zhì)量調(diào)試完成后對(duì)設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果如表1和圖5所示.測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)在發(fā)送端聵入300～3400Hz正弦模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí),通過接收機(jī)接收的信號(hào)除低頻段波谷處有輕微失真外,其它頻段無(wú)明顯失真.發(fā)送共20組1～12個(gè)字符范圍內(nèi)任意長(zhǎng)的英文字符或單個(gè)漢字時(shí),接收顯示全部正確,誤碼率為0.設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)均可以實(shí)現(xiàn).盡管發(fā)射功率符合要求,但仍有些偏高,原因可能是功放級(jí)工作點(diǎn)設(shè)置不當(dāng),或前級(jí)增益過高,需精心調(diào)整功放級(jí)工作點(diǎn)及前級(jí)增益來解決此問題.此外,采用雙通道進(jìn)行傳輸,即語(yǔ)音信號(hào)采用模擬調(diào)制,數(shù)字信息采用FSK調(diào)制,這樣有利于降低誤碼率,改善輸出音頻信號(hào)的信噪比.5系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用單工無(wú)線呼叫系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)代通信技術(shù)及單片機(jī)控制技術(shù),除其中的射頻信號(hào)處理電路調(diào)試具有一定難度外,其它電路調(diào)試