基于C8051F系列單片機的無線收發電路設計

數據采集及傳輸系統是現代測量儀器的基礎。在工業測控、醫療監護和實驗研究中得到廣泛應用。當數據采集點處于非固定位置或運動狀態時，數據采集系統必須與主機分離。同時還需利用電池供電。因此，由無線收發電路或模塊組成的數據采集及傳輸系統是有效的解決方式。比較典型的無線收發電路或模塊有采用2.4 GHz通信頻率的無線傳感器網絡傳感器節點，433／868／915 MHz通信頻率的遙控模塊及數傳模塊、900／1 800 MHz通信頻率的GSM模塊，但現有的無線收發電路或模塊易造成系統體積過大、功耗偏高，不能完全滿足采用電池供電的便攜式監測系統的需要，尤其是需要大規模、密集型部署，僅需要近距離通信的場合，傳統的無線通信模塊容易造成網絡通信的阻塞、縮小網絡的容量、增加節點的功耗、縮短節點的壽命。
這里給出以C8051F340單片機作為監測終端控制器，C8051F330D單片機作為探測節點控制器，通過漆包線自行繞制圓形空心天線，分別構成監控終端和探測節點的無線收發電路，實現無線數據傳輸功能。

1 硬件電路設計
該系統主要由監測終端、探測節點和天線等組成，硬件結構框圖如圖1所示。圖1中，液晶顯示器是處于調試需要，連接至監測終端，用以顯示探測節點的編號、所傳輸的數據等信息。收發電路均采用直徑為0.8mm的漆包線自行繞制成圓形空心線圈天線，直徑為(3.4±0.3)cm。

1．1 發射電路
監測終端與探測節點的硬件電路相似，監測終端通過液晶顯示探測節點的編號、所傳輸的數據等信息并通過5 V開關電源供電。而探測節點則沒有液晶顯示器，通過2節普通干電池構成3 V電源供電。發射電路使用單片機PCA寄存器產生3 MHz的振蕩頻率，直接控制LC諧振線圈進行振蕩。C8051F330D單片機具有睡眠模式，可降低節點電路的功耗，其內部的編程計數器陣列(PCA0)提供增強的定時器功能，與標準8051的計數器／定時器相比，不占用額外的CPU資源。使用PCA0產生3 MHz的載波頻率，以推挽方式輸出，增大后級諧振回路的發射功率。
1．2 接收放大電路設計
使用AD8656雙運放芯片組成接收放大電路。該運放適合+2．7～+5．5 V電源電壓供電，是具有低噪聲性能的精密雙運算放大器。AD8656型CMOS放大器在滿共模電壓(VCM)范圍內提供250 mV精密失調電壓最大值，且在10 kHz處提供低電壓噪聲譜密度和0．008％的低真，無需外部三極管增益級或多個并行的放大器以減小系統噪聲。通過干電池提供3V單電源供電，接收放大電路如圖2所示。放大電路由AD8656進行兩級放大，抵消線圈所感應到的信號電壓幅值因距離的增加而產生的衰減，放大所接收到的微弱信號，增加無線傳輸距離。系統接收電路經D8656放大后的輸出電壓輸至單片機進行A／D轉換，對數據進行編解碼，而未采用檢波解調電路，可有效簡化電路結構。