1、引言

對于環境信息采集是很普遍的，但是將采集的信息如何傳輸就是關鍵，傳統的系統都是用有線的方法，不僅要鋪設線路，而且不方便，可移植性差。隨著無線技術的不斷發展，無線在各個領域中的應用也不斷增加，通過嵌入式系統，用無線的方式實現數據的采集和傳輸是最好的解決方法，不僅簡化了實施的難度，而且成本相對較低。

本文主要是以C51單片機為控制核心，用無線接收發射裝置來實現環境數據采集系統。

2、系統目的

設計并制作一個無線環境監測模擬裝置，實現對周邊溫度和光照信息的探測。該裝置由1個監測終端和不多于255個探測節點組成(實際制作2個)。監測終端和探測節點均含一套無線收發電路，要求具有無線傳輸數據功能，收發共用一個天線。

探測節點有編號預置功能，編碼預置范圍為00000001B～11111111B。探測節點能夠探測其環境溫度和光照信息。溫度測量范圍為0℃～100℃，絕對誤差小于2℃；光照信息僅要求測量光的有無。探測節點采用三節1.5V干電池串聯，單電源供電。

監測終端用外接單電源供電。探測節點分布示意圖如圖1所示。監測終端可以分別與各探測節點直接通信，并能顯示當前能夠通信的探測節點編號及其探測到的環境溫度和光照信息。

每個探測節點增加信息的轉發功能，節點轉發功能示意圖如圖2所示。即探測節點B的探測信息，能自動通過探測節點A轉發，以增加監測終端與節點B之間的探測距離D+D1。該轉發功能應自動識別完成，無需手動設置，且探測節點A、B可以互換位置。

3、方案設計與論證

3.1、方案設計

方案一：采用at89s52單片機，無線發射采用使用LC振蕩器，無線接收采用超外差電路，硅光片，DS18B20，8位撥碼開關。

方案二：采用at89s52單片機，無線發射采用使用聲表器件，無線接收采用超再生電路，硅光片，DS18B20，8位撥碼開關。

3.2、方案論證：

（1）無線發射電路選擇

早期的發射機較多使用LC振蕩器，頻率漂移較為嚴重。聲表器件的出現解決了這一問題，其頻率穩定性與晶振大體相同，而其基頻可達幾百兆甚至上千兆赫茲。無需倍頻，與晶振相比電路極其簡單。以下圖電路為常見的發射機電路，由于使用了聲表器件，電路工作非常穩定，即使手抓天線、聲表或電路其他部位，發射頻率均不會漂移。所以顯然，發射采用使用聲表器件的電路。

圖3 無線發射裝置

（1）無線接收電路選擇

接收機可使用超再生電路或超外差電路，超再生電路成本低，功耗小可達100uA左右，調整良好的超再生電路靈敏度和一級高放、一級振蕩、一級混頻以及兩級中放的超外差接收機差不多。然而，超再生電路的工作穩定性比較差，選擇性差，從而降低了抗干擾能力。下圖為典型的超再生接收電路。

雖然超生差優勢很多，但是根據實際應用，多數普通的無線傳輸采用超再生電路，主要是由于超生差成本比較高，所以本系統最終還是采用超再生電路。

圖4 無線接收裝置

3.3、設計方案總結：

經過分析，最終選擇了方案二，雖然不是最佳方案，但是總體上已經符合了這個系統的要求，從成本上來說，方案二更好。

4、系統設計與實現

4.1、硬件電路設計

4.1.1、控制單元電路設計

使用AT89C51單片機，由于各個模塊獨立，需要用電池供電，由于該單片機的正常工作電壓是5V，所以三節電池的4.5V電壓可以滿足其正常工作。外部接一個12MHZ的晶振。

由于需要編碼，所以用一個8位撥碼開關，使用該單片機的P1口來進行操作，剛好能夠實現256種。

4.1.2、無線收發電路設計

接收發射各需要一個引腳，用P0口能夠滿足。采用315MHZ頻率的晶振作為載波的頻率。

圖6 無線收發裝置與單片機連接電路

4.1.3、溫度采集電路設計

溫度采集用DS18B20，直接實現數字的采集。

4.2、系統軟件設計

所有的控制都是由單片機完成，所以單片機要進行控制和數據處理兩項操作。

圖7 探測節點流程圖

圖8 檢測節點流程圖

4.3、系統測試

無線傳輸頻率可選高頻315MHz，示波器顯示傳輸效果很好；單片機晶振我選的是12MHz，我測得12MHz對無線收發有一定的影響。無線傳輸時，由于是電池供電，所以在穩定上還是欠缺一點，在加上電容對電源進行控制時，效果有所改善。

經過以上的系統測試改善，小車能完成要求。

5、結束語

結合我選定的各種模塊，通過軟件編程與硬件的相互協調，我已經完全實現了設計的要求。本系統的難點主要在于對無線收發的電路的處理。還有就是無線收發的規則上。

通過對本系統的設計和實現，雖然系統仍然有不足，但是深刻了解了無線通信的實現。

參考文獻 

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[2]《數字與模擬通信系統》Leon W.Couch,II電子工業出版社. 
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