2011年08月22日17:02
　　摘要：
　　無線傳感器網絡節(jié)點是一個微型嵌入式系統(tǒng)，有采集、發(fā)送、接收數據等功能，本文以無線通信技術為基礎設計網絡接收節(jié)點，采用RF射頻接收芯片T5743的網絡接收節(jié)點，達到了網絡節(jié)點數據的短距離接收，并降低接收數據的誤碼率，實現傳感器數據無線通信。
　　一、引言
　　無線傳感器網絡將成百上千的傳感器節(jié)點布置在一個特定的區(qū)域內形成監(jiān)測網絡，這些節(jié)點通過特定的協議高效、穩(wěn)定、正確的組織起來，協同工作完成某項應用任務，達到數據采集、無線通信和信息處理的能力。無線傳感器網絡節(jié)點可以實時傳送監(jiān)測數據，具有快速構建、部署方便的特點，不易受到目標環(huán)境的限制，因此在環(huán)境監(jiān)測、城市交通管理、醫(yī)療監(jiān)護、倉儲管理、汽車電子等領域有較好的應用。
　　在無線傳感器網絡中的節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，對采集數據、接收數據、處理數據、發(fā)送數據等的功能要求各有兼顧，其處理能力、存儲能力和通信能力都是對采集的數據進行管理和協同工作，因此傳感器網絡節(jié)點的軟硬件技術是傳感器網絡研究的重點。本文主要是對無線傳感器網絡節(jié)點數據的短距離接收進行設計探討。
　　二、接收節(jié)點工作原理
　　無線傳感器網絡數據接收節(jié)點模塊主要由接收芯片T5743和MCU微處理器PIC18F6620構成，如圖1，發(fā)射端采用ATMEL公司的的T5754做為數據發(fā)射芯片，與接收芯片T5743相匹配，以一定的發(fā)射接收頻率和數據傳輸速率協同工作。接收芯片T5743通過DATA串行雙向數據線與MCU微處理器PIC18F6620的I/O口進行通訊，MCU微處理器接收數據時，用DATA_CLK作為同步時鐘，微處理器PIC18F6620向接收芯片T5743發(fā)送指令時依靠特殊時序來達成數據接收和處理。接收過程用軟件控制的方式來進行數據傳送和實現對接收芯片T5743的控制，在接收數據之前，微處理器PIC18F6620通過DATA線將MUC內的程序寫入接收芯片的配置寄存器里，對接收芯片進行配置，隨后等待接收數據；當有數據來時，由接收芯片T5743的LNA_IN端接入，經低噪聲放大器放大后送入混頻器，使其變換成中頻；在中頻級，經變換的信號在送入解調器之前被放大和濾波。
　　三、接收節(jié)點芯片
　　ATMEL的T5743芯片是集成UHF無線電接收模塊，帶有PLL鎖相環(huán)結構的接收芯片，采用SO20封裝。T5743芯片是為滿足低數據率、低成本RF數據傳輸系統(tǒng)的要求而開發(fā)出來的，其數據傳輸速度為1～10kB/s，編碼方式為曼切斯特或雙相位方式，可用于接收頻率范圍為300MHz～450MHz（433.92MHz和315MHz）的ASK數據傳輸；高靈敏度，全集成VCO，可實現低功耗功能，電源電壓4.5V~5.5V；單端RF輸出容易與天線或PCB版的印制天線相適配；工作溫度范圍為-40℃～105℃。
　　T5743芯片帶有一雙向串行數據接口DATA，通過DATA芯片可與MCU進行串行通訊，交換信息。它可以工作在2種典型頻率433.92MHz和315MHz，由MODE引腳來選擇，置高為433.92MHz，置低為315MHz，接收頻率在1kB～10kB之間可選，由軟件設定。設計中由于采用1MHz中頻與前端SAW濾波器相配合實現了高鏡像抑制，基于使新型SAW器件，達到了40dB抑制，并能用簡單的雙向數據線實現與微控制器的通信，利用單獨引腳經微控制器實現電源管理。
　　T5743芯片的RF前端是一個超外差結構，將射頻輸入信號變換成1MHz IF信號。RF前端由低噪聲放大器LNA，本地振蕩器LO、混頻器和RF放大器組成。LO是由PLL鎖相環(huán)產生的載波頻率，供混頻器使用。RF信號經RF輸入腳LNA-IN輸入，在433.92MHz時輸入阻抗為1000Ω/pF，在設計輸入網絡時首先考慮噪聲匹配，適當調整元件值和印制板的分布電感電容與輸入端的匹配，達到T5743在高信噪比時靈敏度最高。這樣，從RF前端來的信號經全集成4階IF濾波器濾波，達到334.92MHz的應用，中頻的中心頻率為l MHz。
　　設計中解調器的工作方式由寄存器OPMODE設置，邏輯“L”設置解調器為FSK方式；邏輯“H”設置解調器為ASK方式。在ASK方式使用了自動門限控制電路，它將檢測參考電壓設置在一個能獲得好信噪比的適當值上，這個電路也能有效抑制任何類型的帶內噪聲信號或競爭發(fā)射，如果S/N超過10dB即能很好檢測出數據信號。在FSK方式下，如果S/N超過2dB就能檢測出數字信號。
　　解調器的輸出信號，經數字濾波器濾波后送到數字信號處理電路，數字濾波器的通帶與數據信號的特性相匹配。數字濾波器由1階高通和3階低通濾波器組成。高通濾波器的截止頻率fcu _ DF由公式（1）決定。低通濾波器的截止頻率由所選波特率范圍(BR-Range)決定，BR-Range在OPMODE寄存器中設定，BR-Range的設置必須與波特率相適應。
　　無線傳感器網絡接收節(jié)點的數字電路和模擬濾波器的全部定時都是來自一個時鐘。這一時鐘周期TCLK是從晶體振蕩器經分頻器得到的，分頻次數由MODE引腳端的邏輯狀態(tài)控制。晶體振蕩器的頻率是由RF輸入信號決定的，它也同時決定了本地振蕩器的頻率(fLO)。T5743芯片的工作狀態(tài)是由OPMODE和LIMIT的兩個15位RAM寄存器進行設置的，寄存器可由雙向DATA口編程。如果寄存器內容由于掉電而改變，這一狀態(tài)由一個稱為復位標識(RM)的輸出表示出來，在這種情況下的接收電路必須重新編程。在加電復位(POR)后，寄存器被置為默認模式，如果接收機工作默認模式，不需對寄存器編程。同樣，如果接收電路不是在復位方式，就會啟動相應的OFF指令編程；如果接收電路處在復位方式，相應的OFF指令編程不會被啟動，在DATA腳仍呈現復位標志。

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