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模式速率信号ATA5823/5824及其在短距离无线通信中的应用

摘要:介绍Atmel公司的无线收发器ATA5823/5824的基本工作原理及其在短距离无线传输中的应用。该系统是以C805lF530单片机为控制核心,其内置的A/D转换器将放大的压力、应变等信号转换为数字信号,再通过内置的SPI通信模块传送给ATA5823/5824,经ATA5823/5824编码调制后发射;接收端同样经ATA5823/5824接收并处理后传送至CPU或计算机,实现短距离无线传输。
关键词:ATA5823/5824;无线传输;收发器;UHF频段

随着通信和信息技术的发展,短距离无线通信技术的应用日益成熟。一般通信双方只要通过无线电波传输信息且传输距离限制在较短距离(几十米)以内。就可称为短距离无线通信。
Atmel公司生产的ATA5823/5824是UHF频段短距离无线收发专用器件,具备ASK和FSK两种调制方式,具有接收灵敏度高、功耗小、传输速率高、外围电路简单以及工作温度范同宽等特点,可用于轮胎气压监测、无匙进入系统及遥控、家庭自动化等短距离无线传输系统。

1 ATA5823/5824内部结构及特性
ATA5823/5824是一款高度集成的多通道、半双工,全双工的UHF频段ASK/FSK收发器,其内部结构如图l所示。FSK发射模式使用一个具有N位小数分频的频率合成器,采用直接锁相环调制方式,而ASK发射模式采用功放模块的开关调制;在FSK模式下,ATA5823/5824的传输速率范围为l~20 KBaud;在ASK模式下,其传输速率范围为1~10KBaud,其编码方式有曼彻斯特编码和二相编码等。ATA5824工作在433~435 MHz或867~870 MHz的频段,而ATA5823仅工作在313~316 MHz的频段,仅需极少的外围元件。


ATA5823/5824内部接收部分是一个低中频接收机,并具有很高的接收灵敏度。FSK模式下,传输速率20 KBaud时,接收灵敏度高达-105.5 dBm,而传输速率2.4 KBaud时接收灵敏度为-109 dBm;在ASK模式下,传输速率为10 KBaud时,接收灵敏度达-111.5 dBm,而传输速率为214 KBaud时,接收灵敏度高达-116 dBm。
ATA5823/5824采用7 mm×7 mm的QFN48贴片封装,工作温度范围宽达-40~105℃,低功耗模式下的耗电电流低于10 nA,电源工作范围为2.15~3.6 V或4.4~5.25 V,适用于电池供电场合。该器件具有多种基本工作模式:OFF模式、IDLE模式、TX模式、RX模式、Full dupl-ex模式等,并能在单片机指令控制下从一种工作模式进入另一种工作模式。

2 ATA5823/5824的SPI接口
ATA5823/5824通过高速的4线SPI接口与控制器连接,分别为片选CS、串行时钟SCK、串行数据输入SDI-TMDI和串行数据输出SDO-FMDO。该器件可通过硬件连接改变SPI接口从而实现与不同类型的控制器连接。例如,当CS-POL引脚为高电平时,片选信号CS是低电平有效,而CS-POL为低电平时,CS则高电平有效。
SCK-POL和SCK-PHA定义接口时序的极性和SCK信号的相位。根据这2个引脚的高、低电平可组合成4种不同的接口时序,图2为其中一种接口时序。


3 在短距离无线传输中的应用
短距离无线传输领域中。无线传感器网络综合有传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等技术,并通过各类微型传感器协作,实时监测、感知和采集各种环境或监测对象信息,以无线方式发送信息,并以自组多跳的网络方式传送到用户终端。由于ATA5-823/5824工作温度范围宽泛,能够满足那些工作环境苛刻的应用要求,因此可作为无线传输的收发器应用于短距离无线传输。
图3(a)和图3(b)分别给出无线传输系统结构框图和无线传感网络模块结构框图。


当系统工作于315 MHz时选用ATA5823,而工作于433 MHz时则应选用ATA5824。图3(b)中,单片机选用C8051F530。其工作温度范围为-40~+105℃,内部集成有A/D转换器、SPI总线接口、温度传感器等;压力传感器选用扩散硅压力传感器,而AM417是压力器件的激励和放大电路,其输出是由单片机内部A/D转换器转换的数字量;加速度传感器选用BMAl50型三维数字加速度传感器,可直接输出数字量到单片机;射频功放选用HMC454ST89,发射功率检测选用HMC600。
ATA5823/5824内部集成有收发开关。但其接收和发射引脚是独立的,在图4所示的应用电路中,为增大传输距离,在发射输出后进行功率放大,并采用收发天线分离方式,而未使用ATA5823/5824内部的收发转换开关。ATA5823/5824的射频输出引脚输出的射频信号经匹配网络后送入相应的滤波器,滤波后的信号送入功率放大器HMC454。经功率放大后的输出由功率分配器分为两路,一路送至功率检测电路,实时监控发射功率,另一路送至天线发射。为便于涮试,应在射频输出引脚与滤波器、滤波器与功率放大器之间的适当位置连接短接电阻RTA、RTB、RTC。调试中,当无需滤波、功放而直接输出时,只需在RTA的位置焊接一只0 Ω的电阻,即可使输出信号直接送至天线;同样,当仅RTC焊接时,滤波后的信号直接送至天线,不再经功率放大器放大。这里需要注意的是,不用的电路分最好不要焊接。


接收通道连接有与发射通道RTA等电阻具有类似作用的电阻RR。接收天线接收到的信号经匹配网络和滤波器进入ATA5823/5824的输入引脚。当接收通道无需滤波时,可不焊接滤波器,可在RR处焊接一只0 Ω的电阻。
主机通过RS232串口与计算机相连,将采集到的信息传送至计算机,同时启动计算机监控程序,进而对各个模块进行控制。

4 结束语
根据该系统结构和电路设计方案,应用ATA5823实现了压力、温度、加速度、应变测量结果的无线传输,其传输距离达20 m。通过所设计的相应计算机管理程序,能够实时显示测量数据并绘制变化曲线,并能将数据转换为EXCEL文档保存。实际试验证明,该系统无线传输模块埋入半米深的湿土层下,仍能有效传输测量数据,但此时传输距离仅约10 m。如果进一步完善传输协议,采用接力传输的方式将能拓展其应用场合。

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