单片机与DSP中的基于C8051F系列单片机的无线收发电路设计
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2020-11-03
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单片机与单片机与DSP中的基于中的基于C8051F系列单片机的无线收发电路设系列单片机的无线收发电路设
计计
摘要：基于幅移键控技术ASK（Amplitude-Shift Keying），以C8051F340单片机作为监测终端控制
器，C8051F330D单片机作为探测节点控制器，采用半双工的通信方式，通过监控终端和探测节点的无线收发
电路，实现数据的双向无线传输。收发电路采用直径为0.8 mm的漆包线自行绕制成圆形空心线圈天线，天线直
径为（3.4±0.3）cm。试验表明，探测节点与监测终端的通信距离为24 cm，通过桥接方式，节点收发功率为
102 mW时，节点间的通信距离可达20 cm。与传统无线收发模块相比，该无线收发电路在受体积、功耗、成本
限制的场合有广阔的应用前景。 0 引言 数据采集
摘要：基于幅移键控技术ASK（Amplitude-Shift Keying），以C8051F340单片机作为监测终端控制器，C8051F330D单片
机作为探测节点控制器，采用半双工的通信方式，通过监控终端和探测节点的无线收发电路，实现数据的双向无线传输。收发
电路采用直径为0.8 mm的漆包线自行绕制成圆形空心线圈天线，天线直径为（3.4±0.3）cm。试验表明，探测节点与监测终端
的通信距离为24 cm，通过桥接方式，节点收发功率为102 mW时，节点间的通信距离可达20 cm。与传统无线收发模块相
比，该无线收发电路在受体积、功耗、成本限制的场合有广阔的应用前景。
0 引言引言
数据采集及传输系统是现代测量仪器的基础。在工业测控、医疗监护和实验研究中得到广泛应用。当数据采集点处于非固
定位置或运动状态时，数据采集系统必须与主机分离。同时还需利用电池供电。因此，由无线收发电路或模块组成的数据采集
及传输系统是有效的解决方式。比较典型的无线收发电路或模块有采用2.4 GHz通信频率的无线传感器网络传感器节点，433
／868／915 MHz通信频率的遥控模块及数传模块、900／1 800 MHz通信频率的GSM模块，但现有的无线收发电路或模块易
造成系统体积过大、功耗偏高，不能完全满足采用电池供电的便携式监测系统的需要，尤其是需要大规模、密集型部署，仅需
要近距离通信的场合，传统的无线通信模块容易造成网络通信的阻塞、缩小网络的容量、增加节点的功耗、缩短节点的寿命。
这里给出以C8051F340单片机作为监测终端控制器，C8051F330D单片机作为探测节点控制器，通过漆包线自行绕制圆
形空心天线，分别构成监控终端和探测节点的无线收发电路，实现无线数据传输功能。
1 硬件电路设计硬件电路设计
该系统主要由监测终端、探测节点和天线等组成，硬件结构框图如图1所示。图1中，液晶显示器是处于调试需要，连接
至监测终端，用以显示探测节点的编号、所传输的数据等信息。收发电路均采用直径为0.8mm的漆包线自行绕制成圆形空心
线圈天线，直径为(3.4±0.3)cm。
图1 无线收发电路硬件结构框图
1．．1 发射电路发射电路
监测终端与探测节点的硬件电路相似，监测终端通过液晶显示探测节点的编号、所传输的数据等信息并通过5 V开关电源
供电。而探测节点则没有液晶显示器，通过2节普通干电池构成3 V电源供电。发射电路使用单片机PCA寄存器产生3 MHz的振
荡频率，直接控制LC谐振线圈进行振荡。C8051F330D单片机具有睡眠模式，可降低节点电路的功耗，其内部的编程计数器
阵列(PCA0)提供增强的定时器功能，与标准8051的计数器／定时器相比，不占用额外的CPU资源。使用PCA0产生3 MHz的
载波频率，以推挽方式输出，增大后级谐振回路的发射功率。
1．．2 接收放大电路设计接收放大电路设计
使用AD8656双运放芯片组成接收放大电路。该运放适合+2．7～+5．5 V电源电压供电，是具有低噪声性能的精密双运算
放大器。AD8656型CMOS放大器在满共模电压(VCM)范围内提供250 mV精密失调电压最大值，且在10 kHz处提供低电压噪
声谱密度和0．008％的低真，无需外部三极管增益级或多个并行的放大器以减小系统噪声。通过干电池提供3V单电源供电，
接收放大电路如图2所示。放大电路由AD8656进行两级放大，抵消线圈所感应到的信号电压幅值因距离的增加而产生的衰
减，放大所接收到的微弱信号，增加无线传输距离。系统接收电路经D8656放大后的输出电压输至单片机进行A／D转换，对
数据进行编解码，而未采用检波解调电路，可有效简化电路结构。
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