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无线传感器网络的T5743芯片接受节点设计

传感器世界 李慕华 耿振亚 盛健?? 2011年09月05日 ?? 收藏0

  无线传感器网络节点是一个微型嵌入式系统,有采集、发送、接收数据等功能,本文以无线通信技术为基础设计网络接收节点,采用RF射频接收芯片T5743的网络接收节点,达到了网络节点数据的短距离接收,并降低接收数据的误码率,实现传感器数据无线通信。

  一、引言

  无线传感器网络将成百上千的传感器节点布置在一个特定的区域内形成监测网络,这些节点通过特定的协议高效、稳定、正确的组织起来,协同工作完成某项应用任务,达到数据采集、无线通信和信息处理的能力。无线传感器网络节点可以实时传送监测数据,具有快速构建、部署方便的特点,不易受到目标环境的限制,因此在环境监测、城市交通管理、医疗监护、仓储管理、汽车电子等领域有较好的应用。

  在无线传感器网络中的节点通常是一个微型的嵌入式系统,对采集数据、接收数据、处理数据、发送数据等的功能要求各有兼顾,其处理能力、存储能力和通信能力都是对采集的数据进行管理和协同工作,因此传感器网络节点的软硬件技术是传感器网络研究的重点。本文主要是对无线传感器网络节点数据的短距离接收进行设计探讨。

  二、接收节点工作原理

  无线传感器网络数据接收节点模块主要由接收芯片T5743和MCU微处理器PIC18F6620构成,如图1,发射端采用ATMEL公司的的T5754做为数据发射芯片,与接收芯片T5743相匹配,以一定的发射接收频率和数据传输速率协同工作。接收芯片T5743通过DATA串行双向数据线与MCU微处理器PIC18F6620的I/O口进行通讯,MCU微处理器接收数据时,用DATA_CLK作为同步时钟,微处理器PIC18F6620向接收芯片T5743发送指令时依靠特殊时序来达成数据接收和处理。接收过程用软件控制的方式来进行数据传送和实现对接收芯片T5743的控制,在接收数据之前,微处理器PIC18F6620通过DATA线将MUC内的程序写入接收芯片的配置寄存器里,对接收芯片进行配置,随后等待接收数据;当有数据来时,由接收芯片T5743的LNA_IN端接入,经低噪声放大器放大后送入混频器,使其变换成中频;在中频级,经变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波。

无线传感器网络数据接收节点模块

  三、接收节点芯片

  ATMEL的T5743芯片是集成UHF无线电接收模块,带有PLL锁相环结构的接收芯片,采用SO20封装。T5743芯片是为满足低数据率、低成本RF数据传输系统的要求而开发出来的,其数据传输速度为1~10kB/s,编码方式为曼切斯特或双相位方式,可用于接收频率范围为300MHz~450MHz(433.92MHz和315MHz)的ASK数据传输;高灵敏度,全集成VCO,可实现低功耗功能,电源电压4.5V~5.5V;单端RF输出容易与天线或PCB版的印制天线相适配;工作温度范围为-40℃~105℃。

  T5743芯片带有一双向串行数据接口DATA,通过DATA芯片可与MCU进行串行通讯,交换信息。它可以工作在2种典型频率433.92MHz和315MHz,由MODE引脚来选择,置高为433.92MHz,置低为315MHz,接收频率在1kB~10kB之间可选,由软件设定。设计中由于采用1MHz中频与前端SAW滤波器相配合实现了高镜像抑制,基于使新型SAW器件,达到了40dB抑制,并能用简单的双向数据线实现与微控制器的通信,利用单独引脚经微控制器实现电源管理。

  T5743芯片的RF前端是一个超外差结构,将射频输入信号变换成1MHz IF信号。RF前端由低噪声放大器LNA,本地振荡器LO、混频器和RF放大器组成。LO是由PLL锁相环产生的载波频率,供混频器使用。RF信号经RF输入脚LNA-IN输入,在433.92MHz时输入阻抗为1000Ω/pF,在设计输入网络时首先考虑噪声匹配,适当调整元件值和印制板的分布电感电容与输入端的匹配,达到T5743在高信噪比时灵敏度最高。这样,从RF前端来的信号经全集成4阶IF滤波器滤波,达到334.92MHz的应用,中频的中心频率为l MHz。

  设计中解调器的工作方式由寄存器OPMODE设置,逻辑“L”设置解调器为FSK方式;逻辑“H”设置解调器为ASK方式。在ASK方式使用了自动门限控制电路,它将检测参考电压设置在一个能获得好信噪比的适当值上,这个电路也能有效抑制任何类型的带内噪声信号或竞争发射,如果S/N超过10dB即能很好检测出数据信号。在FSK方式下,如果S/N超过2dB就能检测出数字信号。


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传感器网络? T5743? 接受节点? PIC18F6620?

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