跟着无线传感器
技能的日益老练和社会发展与建设中对传感器的许多运用，体积小，功耗低，安稳度与灵敏度高的无线传输设备的需求也越来越高。本文规划了一种依据NRF403收发一体芯片的传感器数据的无线接纳电路。要求接纳频率为315MHZ，超外差结构，并且接纳灵敏度要高，并对传输间隔进行了剖析。终究经过衔接功率扩大器和MSP430单片机进行试验数据的丈量，到达预期的试验成果。
1导言
无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和收集节点布置区的观察者感兴趣的感知目标的各种信息，并对这些信息进行处理后以无线的办法发送出去，经过无线网络终究发送给观察者。无线传感器网络在军事侦查、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产操控以及商业等范畴有着宽广的运用远景。例如它在水利方面的运用：一般的水利设备都在户外，环境比较恶劣，基础设备比较缺少，供电困难。因而若要在这样的环境下架起明线，电缆是十分困难的。因为它需求供电设备，而在那样的户外环境供给满意它的电源是极为困难的，再加上空阔户外假如遇到闪电，明线很简略遭到雷劈，而使整套设备破坏，因而咱们研讨无线传输是十分必要的。
2试验的硬件规划
咱们挑选了挪威Nordic公司开发的一款新式集成无线数据收发芯片NRF403。它是一款真实单芯片ISM频段双频点(433MHZ和315MHZ)免调试无线收发芯片。它具有FSK调制和解调才能，抗搅扰才能强，合适工业操控运用;选用PLL频率组成技能，灵敏度高达-105dbm彻底满意试验要求，最大发射功率达+10dbm;具有2个信号通道，合适需求多信道作业的特别场合;可直接与微操控器接口;低作业电压只需2.7V，数据速率可达20KB/S;功耗低，接纳待机状况仅为8uA;仅需外接一个晶体和几个阻容，电感元件即可构成一个完好的射频收发器，电路模块尺度为30mm*22mm*6mm，能够方便地嵌入各种丈量体系傍边。并且运用无需请求，理论上开阔地的运用间隔最远可达1000米[1]。
2.1芯片的内部结构介绍
芯片的内部结构也是咱们需求剖析的，因为当咱们研讨规划它的外围电路时需求知道每个引脚对应的内部器材来确认外围元器材的选取。下面是它的内部结构图[3]：
图1nRF403的内部结构图
在这个内部结构图中芯片包含功率扩大器(PA)，低噪声接纳扩大器(LNA)，晶体振荡器(OSC)，锁相环(PLL)，压控振荡器(VCO)，在LNA与相乘器之间接有混频器(MIXER)等电路。在接纳办法中，输入信号被低噪声扩大器扩大，经由混频器改换，这个被改换的信号在送入解调器(DEM)之前被扩大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在DOUT端输出。而在发射办法中，压控振荡器的输出信号是直接送入到功率扩大器，DIN端输入的数字信号被频移键控后馈送到功率扩大器输出。因为选用了晶体振荡和PLL组成技能，频率安稳性极好。
2.2天线端的剖析
天线的输入/输出，当NRF403是接纳办法时，ANT1和ANT2引脚端供给射频输入到低噪声扩大器;当NRF403为发射办法时，从功率扩大器供给射频输出到天线。天线衔接到nRF403是差动办法，天线通道引荐的负载阻抗是400欧姆。功率扩大器输出级有差动结构的2个集电极开路的晶体管组成，电源VDD到功率扩大器有必要经过集电极负载供电。当衔接差动回路天线到ANT1/ANT2引脚端，电源将经过回路天线的中心供电。
单端天线衔接到NRF403时，运用差动到单端匹配网络，如图2所示：
单端天线也能够运用8：1射频变压器衔接到NRF403，作业在315MHZ上。射频变压器有必要有一个中心抽头，用于电源供电[1]。
2.3依据NRF403的无线接纳电路规划试验选定NRE403作为要用的芯片后，咱们要
2.3.1滤波器部分的剖析
首要咱们先研讨本电路的滤波器部分。滤波器是一种能够挑选经过或阻挠某频段信号的电路。依据其经过信号的频率可分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器。
滤波器一般选用LC，RC，LCR，LR元件构成。本电路中从第4引脚接出的便是一个滤波网络，它与芯片内部的锁相环相连，从它的%&&&&&%，电阻的衔接办法咱们能够简略看做是一个无源份额积分滤波器。
2.3.2晶体振荡器部分的剖析
3 无线传输间隔的剖析
芯片的无线传输间隔相同是咱们所有必要考虑的一个问题。所谓无线传输间隔便是信号从发射端被发出到目的地被接纳中心所经过的间隔，它是实践的工程规划很重要的一个参数。在作业频率固定的前提下，影响作业间隔的主要要素包含发射功率、发射天线增益、传达损耗、接纳天线增益、接纳机灵敏度等，经过加大发射功率，进步天线增益，进步接纳机灵敏度均起到进步通讯间隔的作用。
在影响无线通讯间隔的以上几个要素中，作为规划者能够操控的要素有：发射输出功率，RX-天线增益，TX-天线增益和接纳灵敏度四个要素。而规划者不能操控的要素：传输损耗，途径损耗，多径损耗，周围环境的吸收几个要素，因为这些要素是由无线电波的特色所决议的，无法由规划者所改动。为了能够满意所需求的无线传输间隔，作为规划者有必要采纳必定的办法来添加芯片的传输间隔。
上面说到的几个规划者能够操控的要素有进步发射输出功率，进步天线的增益和进步灵敏度，它们都能够进步无线传输的间隔。一般规划者会考虑选用加大发射功率的办法来进步通讯间隔，但这不是一个好的办法。因为运用功率扩大器会很大程度的添加体系的本钱，功放本身的价格就很贵重，并且是易损耗的器材，再加上要与发射网络匹配和本身所需求的数量许多的外围元器材，这些都会增大体系的本钱。终究，尽管功放能够在必定程度上添加输出功率，可它也一起扩大了信号中的噪声，并且会发生谐波搅扰，使有用信号的可靠性和信噪比下降，或许影响通讯的间隔。
因为功放的种种缺乏，在实践中运用进步天线增益的办法更为科学。下面详细研讨怎么添加传输间隔。因为无线通讯环境的不确认性，猜测各种环境下的传输作用是不或许的，取决于以下要素的影响：途径损耗，建筑物影响，人体影响，外界搅扰，多径现象，周围环境的吸收等。咱们只能在一个给定的条件下进行测验和评价。
相同这是在假定发射功率为最大10dbm时，并且天线的增益为0db时的传输间隔，而在咱们试验时因为各种损耗和电源电压的原因，发射功率并不能到达10dbm，并且咱们运用的天线也不是很好的定向高增益天线，或许达不到0db，在实践的测验中，在开阔地带的传输间隔只要300m到500m，而在阻挠物较多的办公楼中只要100m左右。
4 定论
终究将规划好的无线数据接纳电路与MSP430单片机所构成的处理器模块相衔接，接纳发射电路发送来的数据，解调今后数据的错误率低于咱们的运用要求，并且因为功耗较低，替换一次电池能够运用半年之久;传输间隔也满意咱们要求的1公里。综上所述有很好的运用作用。
