./無(wú)線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案為了能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行傳輸?shù)哪康?采用hopeRF公司的無(wú)線單片收發(fā)ICRF12完成無(wú)線收發(fā)功能。為了能對(duì)RF12進(jìn)行控制,采用ATMEL公司單片機(jī)AVRMEGA48對(duì)RF12進(jìn)行控制,為了與PC機(jī)連接方便,采用了沁恒公司的USB轉(zhuǎn)串口電路CH340與單片機(jī)相連。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：二、電路設(shè)計(jì)2.1RF12電路設(shè)計(jì)RF12功能簡(jiǎn)介RF12是通用ISM頻段的FSK發(fā)送接收集成單片電路,低功耗,多通道,可以工作在免許可的433,868和915MHz頻段。RF12首發(fā)電路為需要外部很少器件的集成電路,具有低成本,柔韌性好的高度集成的解決方案。芯片集成所有射頻要求功能,完整的模擬射頻部分和數(shù)字基帶收發(fā)部分,多頻段PLL頻率合成器,射頻功率放大器PA,低噪聲放大器LNA。正交<I/Q>下變頻混頻器,基帶濾波器和基帶放大器,和正交〔I/Q解調(diào)器。唯一需要的外部器件就是外部晶振和帶同濾波器。RF12具有一個(gè)全集成的PLL,便于射頻設(shè)計(jì),它的快速設(shè)定時(shí)間可以用于快速調(diào)頻,對(duì)于多路徑衰落信道可以獲得強(qiáng)健的無(wú)線連接。PLL的高分辨率允許在任一頻段進(jìn)行多信道應(yīng)用。接收部分的基帶濾波帶寬〔BW是可編程的,以可以包納各種偏差,數(shù)據(jù)速率和晶振偏差的要求。接收部分應(yīng)用了零中頻方法,該方法采用了正交解調(diào)技術(shù)。同樣在大多數(shù)應(yīng)用中不需要外部器件〔除了晶振和耦合電路。RF12通過(guò)集成的數(shù)字信號(hào)處理特性：數(shù)字濾波,時(shí)鐘恢復(fù),數(shù)字判決,集成的FIFO和發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器〔TXdataregister,顯著的減小了微處理器的負(fù)擔(dān)。自動(dòng)頻率控制特性允許使用低精度〔低成本晶振。對(duì)于低功耗應(yīng)用,RF12支持基于部喚醒定時(shí)器的小占空比的周期工作模式。功能模塊框圖RF12電路設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中采用RF12接收部分采用片數(shù)字濾波器來(lái)提取接收數(shù)據(jù)流的位時(shí)鐘方案,通過(guò)SPI接口設(shè)置工作參數(shù),發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。頻帶設(shè)計(jì)為433MHz,射頻匹配濾波電路根據(jù)生產(chǎn)商提供的資料設(shè)計(jì)電路如下：2.2、RF112與單片機(jī)Mega48接口設(shè)計(jì)Mega48單片機(jī)通過(guò)SPI接口與RF12相接,系統(tǒng)圖如下：由于SPI接口是單片機(jī)在線編程的下載口,同時(shí)又是與RF12的通信接口,為了在下載時(shí)不受RF12的影響,特在SPI接口與RF12接口之間通過(guò)電阻進(jìn)行隔離。2.3USB轉(zhuǎn)傳串口電路設(shè)計(jì)：CH340集成電路可以完成USB轉(zhuǎn)串口的功能,PC機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序有沁恒公司提供,在PC上的界面與串口通信界面相同,根據(jù)廠家提供的參考電路設(shè)計(jì)如下：射頻參數(shù)計(jì)算2.1、RF12的工作原理：RF12為單片無(wú)線收發(fā)芯片,接收部分為采用正交解調(diào)的零中頻技術(shù),片上集成有基帶低通濾波器,其帶寬可程序控制,達(dá)到減低噪聲系數(shù)的目的,同時(shí)還具有頻率自動(dòng)控制功能,以離散步進(jìn)方式使得本振頻率與發(fā)射機(jī)的載波頻率差最小。對(duì)于RF12的應(yīng)用需要根據(jù)接收信號(hào)的特性需要對(duì)基帶濾波器的代換進(jìn)行計(jì)算。2.2、正交零中頻解調(diào)原理及低通濾波器帶寬的計(jì)算：接收機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示：設(shè)射頻輸入信號(hào)為：s<t>=Acos<ω0t+<-1>DΔωt>;本振信號(hào)為：L<t>=cos<ωLt+φ>通過(guò)正交下變頻器：I<t>=s<t>×L<t>=A{cos<ω0t+<-1>DΔωt-ωLt-φ>+cos<ω0t+<-1>DΔωt+ωLt+φ>}/2Q<t>=s<t>×sin<ωLt+φ>=A{sin<ω0t+<-1>DΔωt-ωLt-φ>+sin<ω0t+<-1>DΔωt+ωLt+φ>}/2通過(guò)低通濾波器有：Ib〔t＝Acos<ω0t+<-1>DΔωt-ωLt-φ>/2Qb<t>＝Asin<ω0t+<-1>DΔωt-ωLt-φ>/2當(dāng)ω0＝ωL,φ＝０時(shí)有：Ib〔t＝Acos<<-1>DΔωt>/2Qb<t>＝<-1>DAsin<Δωt>/2當(dāng)Ｄ＝０時(shí)Ib和Qb構(gòu)成正方向旋轉(zhuǎn)向量,標(biāo)識(shí)為頻偏大于零；判讀為0或1當(dāng)D=1時(shí)Ib和Qb構(gòu)成反方向旋轉(zhuǎn)向量,標(biāo)識(shí)為頻偏小于零；判讀為1或0.在這里對(duì)于碼元寬度為T,頻偏為Δω,那么低通濾波器的帶寬不應(yīng)小于：Δω+2∏/T當(dāng)考慮到本振與信號(hào)載波的偏差,濾波器的帶寬應(yīng)包含：頻偏,數(shù)據(jù)速率和頻率誤差。RF12的命令RF12的命令通過(guò)SPI口發(fā)送,共有15條命令：1ConfigurationSettingCommandFrequencyband,crystaloscillatorloadcapacitance,basebandfilterbandwidth,etc.el,ef,b1tob0,x3tox02PowerManagementCommandReceiver/Transmittermodechange,synthesizer,xtalosc,PA,wake-uptimer,clockoutputcanbeenabledhereer,ebb,et,es,ex,eb,ew,dc3FrequencySettingCommandDatafrequencyofthelocaloscillator/carriersignalf11tof04DataRateCommandBitratecs,r6tor05ReceiverControlCommandFunctionofpin16,ValidDataIndicator,basebandbw,LNAgain,digitalRSSIthresholdp16,d1tod0,i2toi0,g1tog0,r2tor06DataFilterCommandDatafiltertype,clockrecoveryparametersal,ml,s1tos0,f2tof07FIFOandResetModeCommandDataFIFOITlevel,FIFOstartcontrol,FIFOenableandFIFOfillenablef3tof0,s1tos0,ff,fe8ReceiverFIFOReadCommandRXFIFOcanbereadwiththiscommand9AFCCommandAFCparametersa1toa0,rl1torl0,st,fi,oe,en10TXConfigurationControlCommandModulationparameters,outputpower,eamp,m3tom0,p2top011TransmitterRegisterWriteCommandTXdataregistercanbewrittenwiththiscommandt7tot012Wake-UpTimerCommandWake-uptimeperiodr4tor0,m7tom013LowDuty-CycleCommandEnablelowduty-cyclemode.Setduty-cycle.d6tod0,en14LowBatteryDetectorandMicrocontrollerClockDividerCommandLBDvoltageandmicrocontrollerclockdivisionratiod2tod0,v4tov015StatusReadCommandStatusbitscanbereadout對(duì)于部分命令說(shuō)明如下：頻率設(shè)置命令12位參數(shù)F取值在96到3903之間,當(dāng)送入的F值在圍之外,以前的F數(shù)據(jù)任然被保留。頻率合成器的中心頻率f0可以計(jì)算如下：f0=10*C1*<C2+F/4000>[MHz]常數(shù)C1和C2由所選擇頻段確定：Band[MHz]C1C2433143868243915330數(shù)據(jù)速率命令在發(fā)射模式中發(fā)送數(shù)據(jù)的實(shí)際位速率和接收模式中接收數(shù)據(jù)期望的位速率通過(guò)7位參數(shù)R<bitsr6tor0>和cs位確定。BR=10000/29/<R+1>/<1+cs*7>[kbps]在接收部分根據(jù)下面的函數(shù)設(shè)置R參數(shù)：R=<10000/29/<1+cs*7>/BR>–1,這里BR是期望的位速率kbps。除了設(shè)定客戶數(shù)值外,標(biāo)準(zhǔn)位速率可以很小的誤差設(shè)定從600bps到115.2kbps數(shù)據(jù)數(shù)率精度要求：在慢模式恢復(fù)時(shí)鐘：ΔBR/BR<1/<29*Nbit>在快模式恢復(fù)時(shí)鐘：ΔBR/BR<3/<29*Nbit>BR是在接收機(jī)設(shè)置的位速率,ΔBR是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的數(shù)率偏差。Nbit是在數(shù)據(jù)流中最大的連續(xù)1或0的個(gè)數(shù)。建議在長(zhǎng)數(shù)據(jù)包中要包含足夠多的1/0或0/1的變換,并在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中小心應(yīng)用相同的分頻比。發(fā)送設(shè)置命令：位8-4<mp,m3tom0>:FSK調(diào)制參數(shù)為：導(dǎo)致輸出的頻率為：fout=f0+<-1>SIGN*<M+1>*<15kHz>這里：f0為信道的中心頻率<見頻率設(shè)置命令>Mis思維二進(jìn)制數(shù)：<m3:m0>SIGN=<mp>XOR<Databit>控制接口時(shí)序：對(duì)RF12的命令以串行方式發(fā)送。只要當(dāng)引腳nSEL信號(hào)為低邏輯電平,在SDI引腳上的數(shù)據(jù)在引腳SCK上的時(shí)鐘信號(hào)的上升沿被移入器件。當(dāng)nSEL信號(hào)為高,接口被初始化。所有命令由命令碼,后跟可變數(shù)量的參數(shù)或數(shù)據(jù)位構(gòu)成。所有數(shù)據(jù)以高位先發(fā)送〔例如對(duì)于16位命令的第15位。用X標(biāo)識(shí)的位沒(méi)有影響。上電復(fù)位〔POR電路所有控制寄存器和命令寄存器設(shè)置默認(rèn)值。當(dāng)下列事件發(fā)生,接收機(jī)通過(guò)將nIRQ引腳拉低對(duì)微處理機(jī)產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求：TX寄存器準(zhǔn)備接收下一個(gè)字節(jié)〔RGITFIFO已經(jīng)接收到程序設(shè)定的位數(shù)量〔FFIT上電復(fù)位〔PORFIFO溢出〔FFOV/TX寄存器覆蓋〔RGUR喚醒定時(shí)器溢出〔WKUP在中斷輸出引腳nINT有負(fù)脈沖〔EXT電源電壓低于設(shè)定的電壓〔LBD當(dāng)FIFO許可時(shí)FFIT和FFOV才能應(yīng)用。當(dāng)TX寄存器許可時(shí)RGIT和RGUR才能應(yīng)用。通過(guò)讀出狀態(tài)位來(lái)識(shí)別中斷源?？刂平涌诘臅r(shí)序圖調(diào)試方法：對(duì)于發(fā)射功能調(diào)試的方法為采用頻譜分析儀測(cè)量RF12的發(fā)射功率和頻率,調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：PC機(jī)通過(guò)USB口發(fā)送命令使無(wú)線模塊工作在不同的通道上,連續(xù)發(fā)射,來(lái)觀察整個(gè)頻段的功率大小分布,頻率精度等情況,以檢驗(yàn)是否工作正常。天線的制作：采用四分之一波長(zhǎng)的天線,設(shè)計(jì)過(guò)程主要計(jì)算天線的尺寸,關(guān)鍵是調(diào)試其阻抗,調(diào)到50歐姆。截取略長(zhǎng)與四分之一波長(zhǎng)硬銅線20CM,與50歐姆同軸電纜芯線焊接。通過(guò)微波網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量天線的駐波比,用手鉗對(duì)天線頂端小心剪截,改變天線長(zhǎng)度,使其駐波比最小即可。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)：兩個(gè)模塊分別通過(guò)USB口與PC機(jī)連接,PC機(jī)上運(yùn)行串口調(diào)試程序,兩臺(tái)PC可以互相收發(fā)數(shù)據(jù),下面是單片機(jī)程序：//////////////////////////////////////////////////////芯片采用mega48,時(shí)鐘采用外部晶振11.0592M////連線圖mega48RFM12////<PB5>SCK——>SCK//<PB3>MOSI——>SDI//<PB4>MISO——>SDO////<PB2>SS——>nSEL////<PD2>——>nIRQ//編譯器用CodeVisionAVRCCompiler//////////////////////////////////////////////////////#include<mega48.h>#include<delay.h>typedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;#defineSDIPORTB.3#defineSDOPINB.4#defineSCKPORTB.5#definenSELPORTB.2#definenIRQPIND.2#defineLEDPORTD.6voidInit_RF12<void>;voidWrite0<void>;voidWrite1<void>;voidWriteCMD<uintCMD>;voidWriteFSKbyte<uchar*ptr,ucharnum>;voiduart0_init<void>;voidINT0_init<void>;ucharRF12_RDFIFO<void>;//ucharmes[]={0xAA,0xAA,0x2D,0xD4,0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x3A,0x3B,0x3C,0x3D,0x3E,0x61,0xAA};//eepromucharmes1[25];ucharmes[50]={0xAA,0xAA,0x2D,0xD4};ucharRF_RXBUF[50];uchari=0,j=0,t=0;ucharflag1=0,flag2=0;uchartempdata;voidInit_RF12<void>{DDRB=0x2c;DDRD=0x42;PORTD.2=1; nSEL=1; SDI=1; SCK=0; WriteCMD<0x80D8>;//EL,EF,433Mband,12.5pF WriteCMD<0x82D8>;//turnoncrystal,!PA WriteCMD<0xA640>;//434MHz// WriteCMD<0xAE10>;//439M//WriteCMD<0xA9B0>;//436.2M WriteCMD<0xC647>;//4.8kbps WriteCMD<0x94A0>;//VDI,FAST,134kHz,0dBm,-103dBm WriteCMD<0xC2AC>;//AL,!ml,DIG,DQD4 WriteCMD<0xCA80>;//FIFO8,SYNC,!ff,DR WriteCMD<0xCA83>; WriteCMD<0xC49B>;//PWR,NORSTRIC,!st,!fi,OE,EN WriteCMD<0x9850>;//!mp,9810=30kHz,MAXOUT WriteCMD<0xE000>;//NOTUSE WriteCMD<0xC80E>;//NOTUSE WriteCMD<0xC000>;//1.0MHz,2.2V}voidmain<>{ Init_RF12<>;uart0_init<>;//INT0_init<>;delay_us<10>;#asm<"sei">; while<1> { if<flag1> { #asm<"cli">; LED=0; flag1=0; WriteCMD<0x8228>;//OPENPA delay_us<4>; WriteCMD<0x8238>; #asm<"nop">; #asm<"nop">; WriteFSKbyte<mes,i+4>; delay_ms<10>; WriteCMD<0x8208>;//CLOSEPA LED=1; i=0; #asm<"sei">; }WriteCMD<0x82D8>;WriteCMD<0xCA83>; if<!nIRQ> { LED=0;//WriteCMD<0xCA83>; RF_RXBUF[t++]=RF12_RDFIFO<>; //tempdata=RF_RXBUF[t--]; //if<tempdata=='a'> if<RF_RXBUF[t-1]==0x61> { flag2=0; 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