高危生產區域人員定位節點的電路設計

參考節點為室內同定的節點，移動節點根據參考節點發射的信號測量跟參考節點之間的距離，移動節點再將距離信息發送給網關節點，網關節點通過USB接口將距離信息傳送到計算機上，在計算機上實現對移動節點的實時跟蹤定位。

3 硬件設計
定位節點由兩塊電路板組成，分別是無線模塊電路板和處理器電路板，如圖3所示。其中無線模塊電路板作為處理器電路板的一部分焊接到處理器電路板上。節點包括電源模塊、無線模塊和處理器模塊3個部分，其中電源模塊和處理器模塊2部分在處理器電路板上，無線模塊在無線模塊電路板上。無線模塊負責射頻信號的接收與發送，處理器電路板負責電源的供給、控制無線模塊電路工作以及數據的通信等。無線模塊電路采用的射頻收發器為德國Nanotron公司的芯片NA5TR1，該收發器采用Nanotron獨特的線性調頻擴頻通訊技術，其片上點對點測距可達到1 m的精度，同時提供傳輸距離極佳的可靠數據通信。

3．1 電源模塊
電源模塊由穩壓模塊和電平轉換模塊2個部分組成。穩壓模塊提供單片機所需要的3．3 V電壓和射頻收發器需要的2．5 V電壓。所需的0．8～3．0 V輸入電壓由電源適配器或干電池提供。使用的3．3 V穩壓芯片為NCP1402SN33T1單片微功率升壓直流-直流轉換器，NCP1402系列穩壓器專為通過一節或2節電池為便攜設備供電的應用而設計，可由0．8 V的電池電壓啟動，同時需要的外部元件少，有5種標準的穩定輸出電壓，NCP1402SN33T1輸出穩定的3．3 V電壓，輸出電流可達200 mA。所使用的2．5 V穩壓芯片為TI公司的TPS79425DGN低壓差線性穩壓器。 TPS794XX系列的低壓差線性穩壓器具有高電源抑制比、超低噪聲及快速啟動等特點，該系列穩壓器具有1．2～5．5 V可調的電壓輸出值。由于NA5TR1的I／O口電平為2．5 V，而ATmega128L的I／O口電平為3．3 V，故需要對電平進行轉換。采用的電平轉換芯片為SN74AVC4T245，可以實現1．2 V至3．6 V的電平轉換。
3．2 無線模塊
本文采用的無線收發芯片為德國Nanotron公司的NA5TR1，該芯片的工作頻段為2．4 GHz的免授權頻段，提供3個可自由調整中心頻率的非重疊2．4 GHzISM頻道和14個重疊的頻道，提高了與現有2．4 GHz無線技術共存時的網絡性能，具有125 Kb／s～2 Mb／s的可編程數據速率，0～33 dBm可調且支持擴展至20 dBm以上的可編程輸出功率，高達大-97 dBm的接收靈敏度，具有節能的掉電模式，掉電模式下的最小電流≤2μA。
3．2．1 時鐘晶振
NA5TR1工作時需要32．768 kHz和32 MHz兩個時鐘信號，32 MHz的時鐘作為基帶時鐘的基準來產生線性調頻信號，32．768 kHz時鐘為實時時鐘及實現掉電模式下的電源管理。為了使節點有一個更高的測距精度，基帶的基準時鐘必須穩定，即32 MHz的時鐘信號必須穩定。為了確保時鐘的穩定，本文中的32 MHz時鐘采用了皮爾斯晶體振蕩器。皮爾斯晶體振蕩器穩定性能極好，Q值和特征阻抗都很高，低噪音，外電路中的不穩定參數對振蕩回路影響很小，回路的標準性高。