基于MSP430F5438單片機的無線環境檢測系統設計

　　在節點上采用高效率的開關狀態功放，而終端也可以使用戊類放大。設定輸出功率為0.1 w。首先計算C3355的輸出阻抗，假設C3355的輸出功率為0.1 w，根據功放的最佳負載計算得到，我們的電源電壓為Vc=3 V，設Vce=0.1V，輸出功率Po=0.1 w，計算得出最佳輸出電阻為

　　R=

　　從C3355的datasheet上則三極管的輸出得到集電極的輸出電容，故假設輸出電容是15 pF，阻抗可等效為一個42Ω的電阻與一個15 pF左右的電容并聯。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(10～22.12)pF的電容，為了便于調諧，采用了一只5/35pF的可調電容，經過這樣后，三極管輸出為42n的純阻，然后經過一個42 Ω～16.3 kΩ的三階低通濾波器實現阻抗變換，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100 nF的隔直電容，這會使得輸出不再是42 Ω的純阻，所以經過PSPICE仿真，進行校準，得到最終的具體參數。

　　圖2 e3355開關狀態功放

　　2.3 接收機解調電路分析

　　由于本系統采用的是OOK凋制，所以采用靈敏度高的倍壓檢波。當終端與節點距離較遠時，為了提高接收靈敏度，所以使用了兩級放大，從而在距離較遠的時候也能正常檢測到信號。考慮到在近距離時，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距離時都能夠接收到較好的信號。但是實際上由于在很遠的時候接收到的信號還是很小，這樣就導致了隨著距離的遠近需要改變比較器的參考電平，因此采用一個RC積分保持電路，使得能檢測到最大的峰值，這樣就實現了自適應比較，從而在遠距離時串口依然能夠正確識別信號。

　　為r實現天線的復用，使用一個開關電路來切換收發模式。這個開關電路使用單片機I/O口來控制高速二極管的導通與關斷來實現切換的。

　　2.4 通信協議分析與設計

　　通信協議采用的是終端發起同步傳輸，各個節點根據終端的同步信息同步自己的時鐘，然后在自己編號所分配的時隙內依次傳輸。

　　信息的交換采用幀交換，每個幀由4個字節組成，結構如下圖示。每一次發送或者接收都足以幀為單位。其中數據氳揍的低七位表示0～100 oC的溫度，最高位表示光照的有無，1為有，0為無。

　　整個通信過程如下圖示，終端不斷發起同步傳輸，每個同步傳輸分為信息同步發送和中繼同步發送2個階段。信息同步發送階段收到終端同步信號的節點在分配給自己的時隙發送數據。中繼同步階段沒有收到終端同步信號的節點收到相鄰節點回復給終端的信息后，在本階段自己的時隙內發送中繼請求，目的ID為監聽到的節點中的任意一個，由選中的節點在下一個信息同步發送階段代替自己發送信息給終端。

　　圖3數據幀格式

　　為了克服各個節點定時不夠精確的問題，需在每個幀之間加入保護間隔，在本協議中設計為發送一個字節的時間。

　　即發送一幀數據需要5個字節的時間。因此可以計算得到滿足要求最低的波特率。按照最壞情況計算，一共需要256×3A“時隙，每個時隙由5個字節之間，每個字節10個位，所以波特率大于：

　　這里為了留出余量設置為9 600 bps。

　　3 電路設計與軟件設計

　　3.1 發射電路分析與設計

　　在發射電路中(見圖4)，我們選用74HC00，可在3 V電壓下工作，74HC()o實現了lO.7 MHz的載波產生，信號調制，功放驅動為一體。功放的額定輸出功率是0.1 w。

　　3.2 接收電路設計

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

　　控制收發的開關電路是有2個反向串聯的1N4148和一個4.7mH電感串聯一個5。6k電阻到單片機的I/O口。

　　圖4發射電路

　　圖5接收電路