摘  要： 以收音芯片CXA1019為核心，巧妙結(jié)合編碼技術(shù)和單片機技術(shù)，實現(xiàn)了一個高靈敏度的無線傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特色在于將高靈敏度的收音技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相融合，使系統(tǒng)具有性能優(yōu)良、造價低廉、調(diào)整方便等優(yōu)點，能很好地滿足各種常規(guī)的無線數(shù)據(jù)傳輸需求。
關(guān)鍵詞： 無線數(shù)據(jù)傳輸；CXA1019；編碼

　隨著社會生活和生產(chǎn)領(lǐng)域自動化和智能化程度的不斷提高，各種智能控制和采集系統(tǒng)已在環(huán)境監(jiān)測、工農(nóng)業(yè)控制、安防等領(lǐng)域得到了廣泛應用，其中高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸是保障系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠運行的先決條件[1]。與傳統(tǒng)的硬接線傳輸方式相比，無線傳輸因具有距離遠、成本低、維護方便、安裝簡單和配置靈活等優(yōu)點而備受青睞。目前無線數(shù)據(jù)傳輸方案多采用專用數(shù)傳模塊實現(xiàn)，這些專用模塊具有功能多樣、技術(shù)成熟、易于使用等優(yōu)點，但一般來說價格較高。當需要大量布設(shè)節(jié)點時采用專用模塊的系統(tǒng)造價會大大提高，難以滿足低成本、多節(jié)點應用環(huán)境下的用戶需求。
    基于這一點，本文提出了一種基于CXA1019的低成本無線數(shù)傳方案，主要面向數(shù)據(jù)量小、節(jié)點數(shù)多、成本敏感的無線傳輸需求。該方案將傳統(tǒng)的收音技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，在保留CXA1019靈敏度高、調(diào)節(jié)方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，通過編碼器件和單片機功能擴展，實現(xiàn)了數(shù)字信號的無線傳輸。CXA1019是一款性能優(yōu)良的收音芯片，但缺點是無法進行數(shù)字通信，如何基于CXA1019實現(xiàn)數(shù)字擴展是本文的研究重點。
    無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩部分組成。發(fā)射部分結(jié)構(gòu)較簡單，由分立元件搭建，采用AM調(diào)制方式。接收部分的核心是CXA1019芯片，配以必要的外圍電路。由于設(shè)計中僅利用到了CXA1019的放大、混頻和濾波功能，其他隸屬收音功能的各種繁雜電路皆可省去，從而電路結(jié)構(gòu)得以大大簡化。編碼和解碼芯片采用PT2262和PT2272，使用編解碼既保證了數(shù)據(jù)通信可靠，還能利用編解碼芯片的地址設(shè)置功能實現(xiàn)多點通信。整個系統(tǒng)由分布于不同位置的多個從節(jié)點和一個主節(jié)點構(gòu)成。為驗證系統(tǒng)功能，各節(jié)點均設(shè)置了一個溫度傳感器DS18B20，主節(jié)點定時與從節(jié)點通信獲取現(xiàn)場溫度。系統(tǒng)拓撲和節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

1 接收電路
    接收電路包括射頻前端和數(shù)字處理兩部分，下面分別予以介紹。
    （1）射頻前端
    射頻接收的一般結(jié)構(gòu)應包括天線、預選濾波器、低噪放大器、混頻器和中頻濾波器，如果每一部分都獨立設(shè)計，則不僅設(shè)計調(diào)試的難度和工作量很大，成本也會較高。本文利用CXA1019的內(nèi)部電路，配以少許外部元件，不但完全實現(xiàn)了射頻接收的功能，而且簡化了設(shè)計，節(jié)省了時間和造價兩方面的設(shè)計開銷。
    CXA1019是日本索尼公司研制的單片大規(guī)模收音電路，因其集成度高、外圍元件少、性能優(yōu)良，在我國相當流行，廣受歡迎的“德生”收音機內(nèi)部多數(shù)采用了這款芯片[2]。CXA1019包括了AM/FM收音機從天線輸入、高放、混頻、本振、中放、檢波直至音頻功放的全部功能。圖3所示為CXA1019調(diào)頻電路部分（圖中檢波解碼部分是本設(shè)計的擴展）。

    采用CXA1019調(diào)頻收音時，無線信號經(jīng)帶通濾波器濾除87 MHz~109 MHz以外的信號，進入12腳進行高頻放大。接收機設(shè)計中第一級放大器是關(guān)鍵，CXA1019內(nèi)置的低噪聲高放性能優(yōu)異，保證了系統(tǒng)具有較高的靈敏度。放大后的信號與本振混頻產(chǎn)生10.7 MHz的中頻信號。在正常收音模式下（如圖中虛線所示），該中頻信號經(jīng)10.7 MHz陶瓷濾波器選頻后接至17腳，在內(nèi)部鑒頻、檢波和音頻放大，最后驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。
    由以上分析可以做一設(shè)想：如果有一ASK（振幅鍵控）信號，載頻在87 MHz~109 MHz之間，則這個信號可以通過帶通濾波器進入高放和混頻電路。通過調(diào)節(jié)本振，可以在陶瓷濾波器輸出端獲得10.7 MHz的ASK信號，此信號仍保留著原始的調(diào)制信息，只是載頻有所降低，這正是希望得到的中頻ASK信號。對這個信號再做檢波和解碼處理，即可得到所需的數(shù)字信號。經(jīng)實驗驗證，這個設(shè)想是可行的。
    具體設(shè)計如圖3所示。改造方法十分簡單，在原CXA1019調(diào)頻電路的基礎(chǔ)上，斷開10.7 MHz濾波器與17腳的連接，將濾波器的輸出接至后面的檢波電路。CXA1019的其他功能如中波和短波接收均未用到，與之關(guān)聯(lián)的電路皆可省去，使設(shè)計和調(diào)試的任務大大減輕。實際調(diào)試時要注意適當調(diào)節(jié)高放和本振的兩個調(diào)諧回路，同時觀察陶瓷濾波器的輸出，盡量使輸出幅度最大，噪聲和失真最小。

3 編解碼電路
    無線通信易受干擾影響，需要采用編解碼技術(shù)提高檢錯和容錯能力，保證數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)采用PT2262/PT2272完成編解碼功能。PT2262/PT2272是一對帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線發(fā)射接收芯片[3]。發(fā)射時（見圖4）單片機將數(shù)據(jù)送至PT2262數(shù)據(jù)引腳（7、8、10-13），置14腳為低電平啟動發(fā)射，由17腳輸出串行脈沖信號作為調(diào)制信號。解碼時（見圖5），來自10.7 MHz濾波器的ASK信號先經(jīng)VD、C1、R2檢波，再通過LM358放大后送入PT2272的解碼輸入14腳。解碼成功時VT由低變高，解碼后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)引腳上供單片機讀取。需要注意的是，發(fā)射和接收芯片地址碼設(shè)置必須相同，PT2272對收到的信號要進行2次地址比對，只有地址正確才有有效數(shù)據(jù)輸出。

4 單片機程序設(shè)計
    為驗證系統(tǒng)功能，將溫度數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，溫度數(shù)據(jù)的采集由DS18B20實現(xiàn)。單片機是整個系統(tǒng)的控制核心，其任務主要有3個：（1）控制DS18B20定時采集溫度數(shù)據(jù)；（2）控制數(shù)據(jù)收發(fā)；（3）驅(qū)動鍵盤和顯示電路，實現(xiàn)人機交互（只有主節(jié)點具備該功能）。出于實驗目的，單片機選擇常用的AT89S51，但實際應用時應選擇低功耗的單片機，以保證電池供電條件下能持久工作。
    整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[4-6]采用一主多從的結(jié)構(gòu)，主從通信協(xié)議是半雙工的查詢方式。主節(jié)點定時輪流向各節(jié)點發(fā)出含有節(jié)點地址碼的查詢命令。每個從節(jié)點都編有不同的地址，從節(jié)點僅對與自身地址相符的命令作出回應，將采集的溫度數(shù)據(jù)發(fā)回主節(jié)點。采用查詢方式避免了節(jié)點間通信的沖突現(xiàn)象，而且協(xié)議簡單，易于實現(xiàn)。對于實時性要求不高的數(shù)據(jù)采集應用，查詢方式足以滿足要求。系統(tǒng)軟件流程如圖6、圖7所示。

    本文提出的CXA1019與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的無線傳輸方案具有較高的性價比和一定的實用價值，特別適于節(jié)點數(shù)量多、成本要求低、數(shù)據(jù)傳輸量不大的應用場合。經(jīng)實測，制作的實驗電路在80 m內(nèi)無障礙物的條件下數(shù)據(jù)正確率為100%。如果對電路進一步優(yōu)化，可以擴展通信距離，優(yōu)化措施主要有：(1)加大發(fā)射功率；(2)調(diào)整發(fā)射與接收端的天線匹配電路至最佳狀態(tài)；(3)采用FSK等抗干擾能力更強的調(diào)制方式。另外，改進制作工藝，合理化布局布線，也是提高性能的重要手段。
參考文獻
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