无线环境监测模拟装置报告　.docVIP

PAGE 　　　 　 PAGE 4　　　 　　 无线环境监测模拟装置（D题）　　 摘要：本系统通过方案论证，最终采用三套单片机最小系统，其中根据题目要求由两探测节点数据处理时采用必须3V供电，所以两套采用AT89C2051最小系统，对节点接收的数据进行处理。另外一套用作对监测终端接收的数据采集处理，由12864液晶显示输出，STC89C51即可满足要求。监测终端和探测节点中用的接收和发射电路分别是由ET13X211和ET13X221芯片为核心制作的模拟电路，实现无线通信。探测节点中对环境温度和光照信息的探测采用的DS18B20温度传感器以及光敏电阻，通过这些模块，可以完成题目要求的基本部分。　 　 一、系统方案 　　 1.整体方案比较与论证　 本题要求在监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，必须先解决在30MHz频率范围内无线的收发，并最终达到无线传输数据的功能。其次是在两节1.5V干电池供电的前提下，对接收的温度和光照信息进行数据的处理要采用适当的方法。　　　 = 1 \* GB3 ①无线收发电路设计方案　　　 方案一：采用分立模块的方法。发射器电路采用9016三极管连接匹配的电容和电感形成27MHz的发射电路。接收器电路用美国MOTOROLA公司生产的MC3361芯片为核心制作的单片窄带调频接收电路。探测节点和监测终端分别要进行的编码和解码功能的设置可以采用专门的编码解码芯片PT2262/PT2272芯片。至于载波和调制的实现，分别可以用27MHz的晶振配置外围电路形成和ASK方式调制，二极管包络检波。　　　 最终达到题目中的要求。　　 　　　 方案二：采用集成芯片的方法。发射器电路和接收器电路使用的集成芯片分别采用Etoms Electronics公司生产的ET13X221/ET13X211。基于ET13X221配轩一定的外围电路，可以实现数字FSK调制方式，27MHz的工作频率。基于ET13X211一定的外围电路，同样也可以实现FSK 27MHz的接收功能。除此以外，这两块电路本身自带编码与解码的功能，可以通过软件编程自动实现此过程。　 　 方案论证：方案一虽然能电路实现，电路的功耗小，但实现过程复杂，且在高频电路中，对模拟电路要求比较高，稳定性不高，电路相对于方案二难以实现。方案二，实现起来比方案一简单，具有性价比高，功耗小等优点。　 综合上述，所以选择方案二。　　　 = 2 \* GB3 ②最小系统设计方案　　　 方案一：由于题目要求探测节点必须采用1.5V干电池串联供电，在此3V的条件下，我们可以采有电压升压芯片SP6641，可以将3V升到5V。这样单片机最小系统就可以使用最普遍的STC51。同时，其他功能电路在5V的供电下能正常工作。　 方案二：我们可以直接使用3V电压供电，改变最小系统，可以使用　　　 AT89C2051，其工作电压是3V，但要考虑其他功能电路的正常工作，ET13X221ET13X211以在此电压下正常工作，温度传感器DS18B20和光敏电阻3V供电也能正常使用，所以AT89C2051最小系统能满足要求。　 　　　 方案论证：方案一和方案二关键问题分别是在探测节点时选用SP6641芯片将3V电压升到5V或选择直接用3V供电的AT89C2051单片机，根据客观环境条件，购买SP6641芯片不方便，所以选择AT89C2051，最终采用方案二。　 2．总体设计方案框图　　　 根据以上的分析，设计的总体方案如图1所示。　　 　　 　　　 　 图1 系统总体方案框图　　 根据框图，检测节点有两个点，分别检测温度和光照信息，采用DS18B20温度传感器和光敏电阻，将感应到的数据送到AT89C2051进行处理，再由ET13X221成的发射器发射，通过天线送出。天线接收，通过ET13X211成的接收器接收，再由STC51数据处理，最终通过液晶显示。　　　 　 二、理论分析与计算　　 1. 发射电路的分析　　 1.1阻抗匹配电路　 天线阻抗可能同时包含电抗与电阻成分。大多数实际应用中，我们寻求的是纯阻性的阻抗（z＝R），但是这种理想情况很难达到。所以当送到天线上的信号频率不是谐振频率时，电抗成分（±jX）就出现了。当高于谐振频率时，天线带感性电抗，阻抗为Z＝R＋jX。类似地，当低于谐振频率时，天线带容性电抗，阻抗为z＝R-jX。所以，我们在电路中必须接一级阻抗匹配网络，匹配网络的阻抗必须等于负载的复阻抗的共轭。图2为天线阻抗匹配的框图。　 　　　 图2 天线阻抗匹配框图　　　 1．2 压控振荡器VCO外围电路　　 LC振荡器由三部分组成：变容二极管，可变电容，电感。如果忽略振荡电路的晶体管寄生电容对振荡频率的影