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单工无线呼叫系统设计方案

标签:   | 作者:jiantaokj.com | VISITORS: | 来源:重庆剑涛科技有限公司
10
Nov
2015
1.1 设计思路

在整个呼叫器设计的过程中,分机发射部分采用频率合成技术,由变容二极管和集成压控振荡器芯片实现振荡频率的电压控制及对载波的调频调制;加入由频率合成芯片、高速分频器和晶体振荡器等组成的数字锁相环路,使发射端的中心频率锁定在35MHz。采用编码/解码电路实现题目所要求的主站具有拨号选呼和群呼功能,以及英文短信传输业务。整个接收电路采用双变频超外差接收机电路,以呼叫器厂家全单片化集成的芯片MC3363为核心。接收机采用电池供电,稳压电路提供稳定电压。显示部分利用液晶显示模块,显示呼叫方式、业务类型以及英文短信内容。所有的设计实现主站至从站间的单工语音通信,并且完成英文短信的传输业务。

1.2 系统组成

整个无线呼叫系统主要分为发射和接收两大模块,其中呼叫器发射部分由MC1648芯片构成的压控振荡器、MC145152芯片为核心的频率合成电路、实现高速分频的MC12022芯片、环路滤波器和晶振构成锁相环频率合成器、功率放大阻抗匹配电路、PT2262数据编码电路、呼叫器主机单片机进行数据处理、LCD驱动以及显示模块等主要电路组成。 

呼叫器主机接收部分由高频放大电路、本地振荡、收音模块、音频输出模块、数据接收模块、控制模块和显示模块主要部分组成,单片机对键盘输入和液晶显示起控制作用。

1.3 方案选择

1.3.1音频信号调制方案

呼叫器厂家采用调频体制。它由三部分组成,即频率合成器、音频处理器和FM波的缓冲放大器。频率合成器的作用是产生一个振荡频率稳定度极高的FM信号,它是调制器的核心部件;音频处理器的作用是将音频信号经过处理后,变成输出阻抗和电平基本一样的信号,再将这些信号加至压控振荡器的变容二极管上;无线呼叫器射频缓冲放大器起缓冲、放大、匹配和滤波的作用。发端用音频调制载波,载波的频率会随着调制信号的幅度变化而变化,利用鉴频器将调制信号恢复,无线呼叫器对应的数字调制方式为频移键控(FSK),其特点是带宽宽,但抗干扰能力强,图2.3 为调频发射组成框图。

1.3.2数据业务的调制方案

呼叫器厂家采用频移键控(FSK)。FSK 有相位连续和相位不连续之分,对于相位不连续的FSK,设计两路频率不同的载波振荡信号,根据调制信号“0”或“1”用电子开关进行切换,从而实现FSK 调制。相位连续的FSK 调制技术可通过可编程逻辑器件实现。调频系统与调幅系统相比,具有较强的抗干扰能力,因此呼叫器厂家选用FSK为数据业务的调制方法。音频信号与数据业务总的调频原理如图 2.4 所示。

1.3.3载波的产生方案

载波信号发生器是主机发射的重要组成部分,呼叫系统能够产生等幅高频率正弦信号,其振荡频率应相对稳定。呼叫器厂家分机采用PLL频率合成技术,用MC145152和VCO电路进行频率合环控制,所以存在反馈,因此能得到精度和稳定度很高的频率信号,本题目30MHz~40MH之间,本设计选定35MHz作为载波信号。采用频率合成法产生的高频振荡信号的频率稳定度接近晶振的频率稳定度,可达10-5~10-6,且失真度很小。图2.5为PLL频率合成的原理框图。

1.3.4接收机方案  

采用MC3363作为接收机电路的核心IC。MC3363芯片是一个窄带无线电接收机电路,其片内包含有射频放大器三级管、两个本振电路、两个混频器、正交鉴频电路、FSK数据检测限幅比较器、表头驱动电路、载波检测电路和静噪电路,还有用于频率合成器的第一本振缓冲输出电路等。MC3363的接收射频范围很宽,常用于200~450MHz的VHF波段。工作电压范围也很宽VCC=2~7V,而且适合底电压工作。功耗小,在VCC=3V时,耗电电流为3.6mA(不包括射频放大器三极管),功耗仅为10.8Mw。灵敏度高,在使用内部射频放大器三极管,呼叫器分机输出信纳比为12dB时,输入灵敏度为0.3μV。MC3363的接收信号强度指示器(RSSI)动态范围为60dB,因此可以实现60dBAGC控制功能。MC3363集成了整个双变频超外差接收机电路,作为接收部分的核心有明显的优势。

1.3.5数据传输方案

无线呼叫器采用微控制器和PT2262/2272组成的编码/解码电路。PT2262/2272是一对CMOS工艺制造的低功耗、低价位、带地址、数据编码/解码功能的集成芯片,作为目前在无线通讯电路中作地址编码识别和数据传输最常用的芯片之一。在发射端,微控制器对PT2262的地址位进行预置(即设定台号的代码),同时输入短信内容,通过微控制器进行短信编码后产生相应的数据去预置PT2262的数据位后,再调制发射出去;在接收端,把接收到的信号进行解调放大后,送至PT2272,解码后在数据位产生对应的数据,通过微控制器进行解码后在液晶上显示所发送的英文短信内容。采用常用的PT2262/2272编码/解码电路,可靠性高,且与系统兼容。       

1.3.6自动控制方案

无线呼叫器厂家基于单片机技术的控制方案。单片机通过对程序语句的顺序执行来建立与外部设备的通信,并完成其内部运算处理,从而实现对信号的采集、呼叫系统处理和输出控制,它最主要的特点是串行处理特性。单片机技术比较成熟,开发过程中可以利用的资源和工具丰富,并且价格便宜。鉴于本设计中,传输速率不是很高,通信距离仅5米,单片机的资源已经能满足设计的需求,而FPGA(现场可编程逻辑门阵列)的高速处理的优势在这里却得不到充分体现。因此本设计的控制方案模块拟选用上述基于单片机的技术。

1.3.7键盘输入方案

在单工无线呼叫系统的主站部分,由于需要比较复杂的控制逻辑,因此呼叫器厂家选用一个7×7 的行列式键盘。至于在单工无线呼叫系统的从站部分,需要的控制逻辑相对比较简单,因此使用独立按键已足以应付。PS2 协议的键盘,只需要占用两个IO 口(一条数据线和一条时钟线)就能拥有非常多的按键(如标准的计算机键盘)。要在软件上实现比较复杂的PS2 接口协议的解码程序,接口程序若写得不好容易产生误码。

1.3.8显示模块方案

考虑到要有良好的使用感觉和友好的人机界面,呼叫器厂家采用LCD 液晶显示器作为显示电路的核心是最佳的选择。使用LCD 液晶显示器,不仅控制简单,而且显示的数据量大。由于市面上大多数的呼叫器品牌LCD液晶显示器里面都已集成了MCU,使得LCD 的控制相当简单。呼叫器采用液晶显示可以使显示多样化,降低系统的功耗。点阵字符式液晶显示器是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量字定义符号的显示器。它如此强大的显示功能,当然可以完成本次设计中英文短信传输业务的要求。
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