基于MSP430F5438單片機的無線環(huán)境檢測系統設計

　　在節(jié)點上采用高效率的開關狀態(tài)功放，而終端也可以使用戊類放大。設定輸出功率為0.1 w。首先計算C3355的輸出阻抗，假設C3355的輸出功率為0.1 w，根據功放的最佳負載計算得到，我們的電源電壓為Vc=3 V，設Vce=0.1V，輸出功率Po=0.1 w，計算得出最佳輸出電阻為

　　R=

　　從C3355的datasheet上則三極管的輸出得到集電極的輸出電容，故假設輸出電容是15 pF，阻抗可等效為一個42Ω的電阻與一個15 pF左右的電容并聯。取集電極饋電線圈的電感為10 uH兼作為輸出的諧振同路，此時所需的諧振電容為22.12 pF，所以還需要在集電極到地接入一個(10～22.12)pF的電容，為了便于調諧，采用了一只5/35pF的可調電容，經過這樣后，三極管輸出為42n的純阻，然后經過一個42 Ω～16.3 kΩ的三階低通濾波器實現阻抗變換，并且使輸出波形平滑(濾掉載波的高次諧波)。

　　在輸出端接了一個100 nF的隔直電容，這會使得輸出不再是42 Ω的純阻，所以經過PSPICE仿真，進行校準，得到最終的具體參數。

　　圖2 e3355開關狀態(tài)功放

　　2.3 接收機解調電路分析

　　由于本系統采用的是OOK凋制，所以采用靈敏度高的倍壓檢波。當終端與節(jié)點距離較遠時，為了提高接收靈敏度，所以使用了兩級放大，從而在距離較遠的時候也能正常檢測到信號。考慮到在近距離時，在天線線圈接收處加上限幅電路。這樣就保證了在近距離和遠距離時都能夠接收到較好的信號。但是實際上由于在很遠的時候接收到的信號還是很小，這樣就導致了隨著距離的遠近需要改變比較器的參考電平，因此采用一個RC積分保持電路，使得能檢測到最大的峰值，這樣就實現了自適應比較，從而在遠距離時串口依然能夠正確識別信號。

　　為r實現天線的復用，使用一個開關電路來切換收發(fā)模式。這個開關電路使用單片機I/O口來控制高速二極管的導通與關斷來實現切換的。

　　2.4 通信協議分析與設計

　　通信協議采用的是終端發(fā)起同步傳輸，各個節(jié)點根據終端的同步信息同步自己的時鐘，然后在自己編號所分配的時隙內依次傳輸。

　　信息的交換采用幀交換，每個幀由4個字節(jié)組成，結構如下圖示。每一次發(fā)送或者接收都足以幀為單位。其中數據氳揍的低七位表示0～100 oC的溫度，最高位表示光照的有無，1為有，0為無。

　　整個通信過程如下圖示，終端不斷發(fā)起同步傳輸，每個同步傳輸分為信息同步發(fā)送和中繼同步發(fā)送2個階段。信息同步發(fā)送階段收到終端同步信號的節(jié)點在分配給自己的時隙發(fā)送數據。中繼同步階段沒有收到終端同步信號的節(jié)點收到相鄰節(jié)點回復給終端的信息后，在本階段自己的時隙內發(fā)送中繼請求，目的ID為監(jiān)聽到的節(jié)點中的任意一個，由選中的節(jié)點在下一個信息同步發(fā)送階段代替自己發(fā)送信息給終端。

　　圖3數據幀格式

　　為了克服各個節(jié)點定時不夠精確的問題，需在每個幀之間加入保護間隔，在本協議中設計為發(fā)送一個字節(jié)的時間。

　　即發(fā)送一幀數據需要5個字節(jié)的時間。因此可以計算得到滿足要求最低的波特率。按照最壞情況計算，一共需要256×3A“時隙，每個時隙由5個字節(jié)之間，每個字節(jié)10個位，所以波特率大于：

　　這里為了留出余量設置為9 600 bps。

　　3 電路設計與軟件設計

　　3.1 發(fā)射電路分析與設計

　　在發(fā)射電路中(見圖4)，我們選用74HC00，可在3 V電壓下工作，74HC()o實現了lO.7 MHz的載波產生，信號調制，功放驅動為一體。功放的額定輸出功率是0.1 w。

　　3.2 接收電路設計

　　接收電路見圖5。接收機的前端采用了限幅電路，一個很小的電容(22 pF)后面接2個方向相反的二極管到地。這樣就保證了在收發(fā)天線很近的時候，接收到的電壓被限制在0.25 V。

　　控制收發(fā)的開關電路是有2個反向串聯的1N4148和一個4.7mH電感串聯一個5。6k電阻到單片機的I/O口。

　　圖4發(fā)射電路

　　圖5接收電路