一種無線教學網絡系統的設計與實現

為防止學生課后忘記關電源,減少電源耗費,系統采用了電源控制技術,以實現自動關機功能。方法是:在單片機內部設計監控程序,程序內設定一時間常數,實時監測數據入口,若檢測到在此時間常數內單片機一直沒有有效數據輸入,就認為是學生忘記了關機,此時,啟動內部關機程序,關閉工作指示,切斷電源,下次使用時須重新開關電源;若這段時間內至少接收到了一次對應地址信號,則重新設定此時間常數,實現自動關機保護功能。

2.2 地址編碼/解碼電路

地址編碼/解碼電路選用編碼器MC145026和與其對應的解碼器MC145028來實現。其中,地址編碼器MC145026在PC機接口板電路上,地址解碼器MC145028在學生終端電路上。工作過程是:通過單片機控制,PC機接口板從PC機串口讀取地址信號,經MC145026對地址信號進行編碼,再進行調制發射。學生終端將接收的地址編碼信號解調后再經MC145028解碼,所得地址信號若與本終端的地址一致,則產生中斷程序響應,使本終端工作狀態轉換為發射狀態,發射本終端存儲的數據。若不一致,則學生終端仍保持為接收狀態。

2.3 無線收發電路

不管是教師終端、學生終端,還是PC機接口板,都包括無線收發電路部分。如能設計一通用模塊,修改少量參數或更換元器件,各終端都能使用則最為理想,我們采用基于“藍牙”技術設計的無線收發一體芯片TR3001實現了這種設計。

TR3001是RFM公司最新推出的基于“藍牙”技術設計的單片無線收發一體芯片,在一個20腳的芯片中包括了高頻發射、高頻接收、ASK/OOK調制、ASK/OOK解調等電路,是目前集成度很高的無線數據傳輸產品。芯片工作頻率為315MHz,工作電壓范圍為2.7V～3.5V,電壓漂移要求小于10mV,芯片發射功率典型值為1mW,數據調制方式有OOK和ASK兩種,芯片提供了與控制器的接口,用以控制芯片的工作狀態。無線收發電路設計原理圖如圖3所示,從圖中可以看出,整個電路設計簡單,外圍元器件少,無調試元器件,電路參數設定如下:引腳5和6腳電容CBBO為基帶耦合電容,以設置接收機基帶帶寬,設計公式為CBBO=70×SPMAX,SPMAX為數據流的最大脈沖寬度,此電容值可適當調節,以便獲得最佳性能;引腳7為調制數據輸入腳或解調數據輸出腳,工作狀態為發射時,為數據輸入腳,工作狀態為接收時,為數據輸出腳;三極管N1和電阻SR1用于實現電平匹配;8腳為調制數據輸入引腳,芯片發射功率與8腳輸入電流成正比,一般RTXM可取值8.2kΩ;9腳電阻RLPF為3dB帶寬調整電阻,單位為kΩ;電阻RTH1、RTH2設定芯片內部比較器比較門限,典型設定值RTH1=27kΩ,RTH2=100kΩ;14、15腳電阻RPR,RPW對數據率進行設定,電阻RPR、RPW單位均為kΩ;根據教學要求,數據調制率設為19.2kbps,根據經驗公式設定電阻值RPR=330kΩ,RPW=270kΩ;引腳20為射頻輸入/輸出引腳,接ESD保護線圈和匹配電感,以實現與天線阻抗的匹配;TR3001芯片有ASK和OOK兩種調制方式,17、18腳組合控制芯片的工作狀態,具體見表1。其余各外圍參數的設定方法見參考文獻3。