?開關(guān)狀態(tài)功放輸入輸出匹配 - 基于MSP430F5438單片機(jī)的無線環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在節(jié)點(diǎn)上采用高效率的開關(guān)狀態(tài)功放，而終端也可以使用戊類放大。設(shè)定輸出功率為0.1 w。首先計(jì)算C3355的輸出阻抗，假設(shè)C3355的輸出功率為0.1 w，根據(jù)功放的最佳負(fù)載計(jì)算得到，我們的電源電壓為Vc=3 V，設(shè)Vce=0.1V，輸出功率Po=0.1 w，計(jì)算得出最佳輸出電阻為

　　R=

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　　從C3355的datasheet上則三極管的輸出得到集電極的輸出電容，故假設(shè)輸出電容是15 pF，阻抗可等效為一個(gè)42Ω的電阻與一個(gè)15 pF左右的電容并聯(lián)。取集電極饋電線圈的電感為10 uH兼作為輸出的諧振同路，此時(shí)所需的諧振電容為22.12 pF，所以還需要在集電極到地接入一個(gè)(10～22.12)pF的電容，為了便于調(diào)諧，采用了一只5/35pF的可調(diào)電容，經(jīng)過這樣后，三極管輸出為42n的純阻，然后經(jīng)過一個(gè)42 Ω～16.3 kΩ的三階低通濾波器實(shí)現(xiàn)阻抗變換，并且使輸出波形平滑(濾掉載波的高次諧波)。

　　在輸出端接了一個(gè)100 nF的隔直電容，這會使得輸出不再是42 Ω的純阻，所以經(jīng)過PSPICE仿真，進(jìn)行校準(zhǔn)，得到最終的具體參數(shù)。

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　　圖2 e3355開關(guān)狀態(tài)功放

　　2.3 接收機(jī)解調(diào)電路分析

　　由于本系統(tǒng)采用的是OOK凋制，所以采用靈敏度高的倍壓檢波。當(dāng)終端與節(jié)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，為了提高接收靈敏度，所以使用了兩級放大，從而在距離較遠(yuǎn)的時(shí)候也能正常檢測到信號?？紤]到在近距離時(shí)，在天線線圈接收處加上限幅電路。這樣就保證了在近距離和遠(yuǎn)距離時(shí)都能夠接收到較好的信號。但是實(shí)際上由于在很遠(yuǎn)的時(shí)候接收到的信號還是很小，這樣就導(dǎo)致了隨著距離的遠(yuǎn)近需要改變比較器的參考電平，因此采用一個(gè)RC積分保持電路，使得能檢測到最大的峰值，這樣就實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)比較，從而在遠(yuǎn)距離時(shí)串口依然能夠正確識別信號。

　　為r實(shí)現(xiàn)天線的復(fù)用，使用一個(gè)開關(guān)電路來切換收發(fā)模式。這個(gè)開關(guān)電路使用單片機(jī)I/O口來控制高速二極管的導(dǎo)通與關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)切換的。

　　2.4 通信協(xié)議分析與設(shè)計(jì)

　　通信協(xié)議采用的是終端發(fā)起同步傳輸，各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)終端的同步信息同步自己的時(shí)鐘，然后在自己編號所分配的時(shí)隙內(nèi)依次傳輸。

　　信息的交換采用幀交換，每個(gè)幀由4個(gè)字節(jié)組成，結(jié)構(gòu)如下圖示。每一次發(fā)送或者接收都足以幀為單位。其中數(shù)據(jù)氳揍的低七位表示0～100 oC的溫度，最高位表示光照的有無，1為有，0為無。

　　整個(gè)通信過程如下圖示，終端不斷發(fā)起同步傳輸，每個(gè)同步傳輸分為信息同步發(fā)送和中繼同步發(fā)送2個(gè)階段。信息同步發(fā)送階段收到終端同步信號的節(jié)點(diǎn)在分配給自己的時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。中繼同步階段沒有收到終端同步信號的節(jié)點(diǎn)收到相鄰節(jié)點(diǎn)回復(fù)給終端的信息后，在本階段自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送中繼請求，目的ID為監(jiān)聽到的節(jié)點(diǎn)中的任意一個(gè)，由選中的節(jié)點(diǎn)在下一個(gè)信息同步發(fā)送階段代替自己發(fā)送信息給終端。

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　　圖3數(shù)據(jù)幀格式

　　為了克服各個(gè)節(jié)點(diǎn)定時(shí)不夠精確的問題，需在每個(gè)幀之間加入保護(hù)間隔，在本協(xié)議中設(shè)計(jì)為發(fā)送一個(gè)字節(jié)的時(shí)間。

　　即發(fā)送一幀數(shù)據(jù)需要5個(gè)字節(jié)的時(shí)間。因此可以計(jì)算得到滿足要求最低的波特率。按照最壞情況計(jì)算，一共需要256×3A“時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙由5個(gè)字節(jié)之間，每個(gè)字節(jié)10個(gè)位，所以波特率大于：

　　這里為了留出余量設(shè)置為9 600 bps。

　　3 電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 發(fā)射電路分析與設(shè)計(jì)

　　在發(fā)射電路中(見圖4)，我們選用74HC00，可在3 V電壓下工作，74HC()o實(shí)現(xiàn)了lO.7 MHz的載波產(chǎn)生，信號調(diào)制，功放驅(qū)動為一體。功放的額定輸出功率是0.1 w。

　　3.2 接收電路設(shè)計(jì)

　　接收電路見圖5。接收機(jī)的前端采用了限幅電路，一個(gè)很小的電容(22 pF)后面接2個(gè)方向相反的二極管到地。這樣就保證了在收發(fā)天線很近的時(shí)候，接收到的電壓被限制在0.25 V。

　　控制收發(fā)的開關(guān)電路是有2個(gè)反向串聯(lián)的1N4148和一個(gè)4.7mH電感串聯(lián)一個(gè)5。6k電阻到單片機(jī)的I/O口。

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　　圖4發(fā)射電路

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　　圖5接收電路