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手持式無線終端系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)布時間:2008/5/26 0:00:00 訪問次數(shù):1420

        

    

    

    作者:中南大學(xué) 樊堅 陽春華

    

    1 系統(tǒng)概述

    酒吧無線服務(wù)系統(tǒng)分為用戶無線終端設(shè)備和中心計費(fèi)管理器兩部分。其中用戶無線終端設(shè)備置于吧臺,中心計費(fèi)管理器置于服務(wù)總臺。各個吧臺可隨時向服務(wù)總臺發(fā)出服務(wù)請求,服務(wù)總臺接收后將及時響應(yīng);同時吧臺之間也可進(jìn)行信息交流。用戶無線終端設(shè)備與中心計費(fèi)管理器之間利用434 mhz左右的射頻信號進(jìn)行通信,通信速率最高可達(dá)20 kb/s。其中用戶無線終端設(shè)備采用

    433.93 mhz(434.33 mhz)的射頻收發(fā)器nrf401,以及ti公司的超低功耗微控制器msp430f122,3.6 v充電電池供電,待機(jī)時間大于180小時。使用64×128點(diǎn)陣式液晶顯示器提供4×8每屏32個漢字顯示功能,具有密碼、帳號控制,短信息收發(fā)功能,同時接收到短信息后能產(chǎn)生發(fā)光二極管閃耀和聲音提示。中心計費(fèi)管理器采用相同的射頻收發(fā)器,st89e564微控制器以及eeprom存儲器(用于保存用戶計費(fèi)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和其他系統(tǒng)參數(shù)),240×320點(diǎn)陣式液晶顯示器,4×4的16鍵盤,串行打印機(jī)接口。具有用戶無線終端設(shè)備密碼、帳號管理,短信息發(fā)送控制,以及短信息的轉(zhuǎn)發(fā)和計費(fèi),計費(fèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,故障聲光報警功能,使用220 v交流電源供電。本設(shè)計已成功應(yīng)用于酒吧的無線交友、服務(wù)系統(tǒng),改進(jìn)后也可實現(xiàn)酒店的無線點(diǎn)菜系統(tǒng)。

    

    2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)由無線終端設(shè)備、中心計費(fèi)管理器兩部分組成。中心計費(fèi)管理器分時查詢無線終端設(shè)備是否有短信息發(fā)送。有,則通過管理器將短信息轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的無線終端設(shè)備。無線終端設(shè)備接收確認(rèn)后,中心計費(fèi)管理器將為發(fā)送端無線終端設(shè)備記錄通信費(fèi);同時,中心計費(fèi)管理器提供無線終端設(shè)備管理、通信費(fèi)統(tǒng)計等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    

    

    3 無線終端設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計

    無線終端設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)由微控制器msp430f122、射頻收發(fā)器nrf401、rs一232接口、串行存儲器、64×128點(diǎn)陣式lcd顯示屏、pcb環(huán)行天線以及電源電路組成。無線終端設(shè)備中,nrf401通過天線接收來自中心計費(fèi)管理器的射頻信號,解碼后經(jīng)串口以全透明方式傳送給微控制器msp430f122進(jìn)行相應(yīng)處理。發(fā)送時,msp430f122通過串口將數(shù)據(jù)流傳送給射頻收發(fā)器nrf40l,nrf401直接將串行數(shù)據(jù)流經(jīng)天線向外發(fā)射。

    3.1 msp430f122微控制器

    msp430f122是ti(美國德州儀器公司)設(shè)計的一款超低功耗16位微控制器。msp430f122工作電壓范圍為1.8~3.6 v;在1 mhz時,不同運(yùn)行模式下的額定工作電流為0.1~200μa;具有五種節(jié)能模式,從等待方式喚醒時間只需6μs,可以使系統(tǒng)在保證正常運(yùn)行條件下最大限度地降低功耗;適應(yīng)于電池供電的手持設(shè)備。

    

    

    3.2 射頻收發(fā)電路

    (1)射頻收發(fā)器nrf401

    nrf401是一種為433 mhz ism頻段設(shè)計的單片無線收發(fā)芯片,nordic vlis公司生產(chǎn),采用fsk調(diào)制解調(diào)技術(shù)。nrf401最高工作頻率可以達(dá)到20 khz,發(fā)射功率可以調(diào)整,最大發(fā)射電平是+10 dbm;具有待機(jī)模式,便于節(jié)能和高效。nrf401的工作電壓范圍為2.7~5 v,外圍元件非常少,無須進(jìn)行初始化和配置,不需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼;串行數(shù)據(jù)接口采用全透明方式傳輸;系統(tǒng)中天線接口可設(shè)計使用低成本的pcb環(huán)行天線,具體功能框圖如圖3所示。

    

    

    (2)發(fā)送和接收頻率對晶體的要求

    為了獲得最好的rf性能,發(fā)送和接收頻率誤差不能超過70×10-6(30 hz),這就要求晶體的穩(wěn)定度不能低于±35×10-6,頻率的差異將會導(dǎo)致接收靈敏度產(chǎn)生一12db/倍程的損失。例如,一個±20×10-6頻率精度和在溫度范圍內(nèi)±25×10-6穩(wěn)定度的晶體,最大的頻率誤差將會超過±45×10-6。如果發(fā)送端和接收端工作在不同的溫度環(huán)境,在最糟糕的情況下兩方的誤差將會超過90×10-6,結(jié)果導(dǎo)致接收端靈敏度下降大約5 db.

    (3)天線設(shè)計

    antl和ant2是接收時lna的輸入及發(fā)送時的輸出。nrf401的天線是以差分方式連接到nrf401的。在天線端推薦的負(fù)載阻抗是400ω。本系統(tǒng)采用pcb環(huán)行天線。pcb環(huán)行天線的幾何結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中天線的物理參數(shù)為:a1——天線長度(mm),a2——天線寬度(mm),d——饋送長度(mm),b1——

        

    

    

    作者:中南大學(xué) 樊堅 陽春華

    

    1 系統(tǒng)概述

    酒吧無線服務(wù)系統(tǒng)分為用戶無線終端設(shè)備和中心計費(fèi)管理器兩部分。其中用戶無線終端設(shè)備置于吧臺,中心計費(fèi)管理器置于服務(wù)總臺。各個吧臺可隨時向服務(wù)總臺發(fā)出服務(wù)請求,服務(wù)總臺接收后將及時響應(yīng);同時吧臺之間也可進(jìn)行信息交流。用戶無線終端設(shè)備與中心計費(fèi)管理器之間利用434 mhz左右的射頻信號進(jìn)行通信,通信速率最高可達(dá)20 kb/s。其中用戶無線終端設(shè)備采用

    433.93 mhz(434.33 mhz)的射頻收發(fā)器nrf401,以及ti公司的超低功耗微控制器msp430f122,3.6 v充電電池供電,待機(jī)時間大于180小時。使用64×128點(diǎn)陣式液晶顯示器提供4×8每屏32個漢字顯示功能,具有密碼、帳號控制,短信息收發(fā)功能,同時接收到短信息后能產(chǎn)生發(fā)光二極管閃耀和聲音提示。中心計費(fèi)管理器采用相同的射頻收發(fā)器,st89e564微控制器以及eeprom存儲器(用于保存用戶計費(fèi)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和其他系統(tǒng)參數(shù)),240×320點(diǎn)陣式液晶顯示器,4×4的16鍵盤,串行打印機(jī)接口。具有用戶無線終端設(shè)備密碼、帳號管理,短信息發(fā)送控制,以及短信息的轉(zhuǎn)發(fā)和計費(fèi),計費(fèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,故障聲光報警功能,使用220 v交流電源供電。本設(shè)計已成功應(yīng)用于酒吧的無線交友、服務(wù)系統(tǒng),改進(jìn)后也可實現(xiàn)酒店的無線點(diǎn)菜系統(tǒng)。

    

    2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)由無線終端設(shè)備、中心計費(fèi)管理器兩部分組成。中心計費(fèi)管理器分時查詢無線終端設(shè)備是否有短信息發(fā)送。有,則通過管理器將短信息轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的無線終端設(shè)備。無線終端設(shè)備接收確認(rèn)后,中心計費(fèi)管理器將為發(fā)送端無線終端設(shè)備記錄通信費(fèi);同時,中心計費(fèi)管理器提供無線終端設(shè)備管理、通信費(fèi)統(tǒng)計等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    

    

    3 無線終端設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計

    無線終端設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)由微控制器msp430f122、射頻收發(fā)器nrf401、rs一232接口、串行存儲器、64×128點(diǎn)陣式lcd顯示屏、pcb環(huán)行天線以及電源電路組成。無線終端設(shè)備中,nrf401通過天線接收來自中心計費(fèi)管理器的射頻信號,解碼后經(jīng)串口以全透明方式傳送給微控制器msp430f122進(jìn)行相應(yīng)處理。發(fā)送時,msp430f122通過串口將數(shù)據(jù)流傳送給射頻收發(fā)器nrf40l,nrf401直接將串行數(shù)據(jù)流經(jīng)天線向外發(fā)射。

    3.1 msp430f122微控制器

    msp430f122是ti(美國德州儀器公司)設(shè)計的一款超低功耗16位微控制器。msp430f122工作電壓范圍為1.8~3.6 v;在1 mhz時,不同運(yùn)行模式下的額定工作電流為0.1~200μa;具有五種節(jié)能模式,從等待方式喚醒時間只需6μs,可以使系統(tǒng)在保證正常運(yùn)行條件下最大限度地降低功耗;適應(yīng)于電池供電的手持設(shè)備。

    

    

    3.2 射頻收發(fā)電路

    (1)射頻收發(fā)器nrf401

    nrf401是一種為433 mhz ism頻段設(shè)計的單片無線收發(fā)芯片,nordic vlis公司生產(chǎn),采用fsk調(diào)制解調(diào)技術(shù)。nrf401最高工作頻率可以達(dá)到20 khz,發(fā)射功率可以調(diào)整,最大發(fā)射電平是+10 dbm;具有待機(jī)模式,便于節(jié)能和高效。nrf401的工作電壓范圍為2.7~5 v,外圍元件非常少,無須進(jìn)行初始化和配置,不需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼;串行數(shù)據(jù)接口采用全透明方式傳輸;系統(tǒng)中天線接口可設(shè)計使用低成本的pcb環(huán)行天線,具體功能框圖如圖3所示。

    

    

    (2)發(fā)送和接收頻率對晶體的要求

    為了獲得最好的rf性能,發(fā)送和接收頻率誤差不能超過70×10-6(30 hz),這就要求晶體的穩(wěn)定度不能低于±35×10-6,頻率的差異將會導(dǎo)致接收靈敏度產(chǎn)生一12db/倍程的損失。例如,一個±20×10-6頻率精度和在溫度范圍內(nèi)±25×10-6穩(wěn)定度的晶體,最大的頻率誤差將會超過±45×10-6。如果發(fā)送端和接收端工作在不同的溫度環(huán)境,在最糟糕的情況下兩方的誤差將會超過90×10-6,結(jié)果導(dǎo)致接收端靈敏度下降大約5 db.

    (3)天線設(shè)計

    antl和ant2是接收時lna的輸入及發(fā)送時的輸出。nrf401的天線是以差分方式連接到nrf401的。在天線端推薦的負(fù)載阻抗是400ω。本系統(tǒng)采用pcb環(huán)行天線。pcb環(huán)行天線的幾何結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中天線的物理參數(shù)為:a1——天線長度(mm),a2——天線寬度(mm),d——饋送長度(mm),b1——

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