短距离高可靠无线数据通讯装置

1.前言

    目前，0～100米内的短距离无线通讯装置的应用非常广泛，例如汽车遥控门匙、无线抄表、ID卡、计算机无线数据通讯等。世界各大芯片制造商如TI、 MOTOROLA、DIGITAL-WIRELESS等公司，根据需求，研制开发出了各种新式射频芯片，使短距离无线数据通讯装置的设计开发趋于更加容易、方便、周期短、成本低。

    本文通过对常用调制模式误码率的计算和比较，选择了OOK模式，并用RFM公司先进的ASH（Amplifer-Sequenced Hybrid）式接收器[1]，研制了一套短距离高可靠无线数据通讯装置，给出了测试和应用结果。

2.FSK 、ASK、OOK三种调制模式误码率的计算

    无线通讯常用的调制模式有FSK（Frequency-Shift-Key）、ASK（Amplitude-Shift-Key）、OOK（On-Off-Key）[2]等，评价调制模式的重要指标是误码率。三种模式的误码率理论计算公式如下：


    从图可得如下结论：三种模式中FSK模式抗干扰能力虽最强，但当信噪比大于15dB后，三种模式的误码率基本相同。考虑到实际应用中信噪比大的环境特点，且由于三种模式中OOK模式具有低成本、易开发、最省电等特点，本文选取OOK模式作为短距离无线数据通讯调制模式。

3.ASH接收器

    在设计短距离无线通讯装置时，必须遵守无线电管理委员会的各项规定。为免除无线信道申请，只有在发射功率受限条件下，增加通讯之间距离，RFM公司提供了一种分时放大ASH式接收器[1]， 可满足这一要求，其原理图见图2。

    由图2可见，ASH式接收器由脉冲发生器、SAW带通滤波器、两级射频放大器[3]、SAW延迟线等组成。脉冲发生器控制两级射频放大器，使它们分时工作。当接收的信号经过带通滤波器后，脉冲发生器打开第一级放大器并关闭第二级放大器，使信号放大后送入延迟线；当信号通过延迟线后，脉冲发生器打开第二级放大器并关闭第一级放大器，使信号再次放大后输出。

    同利用分频放大原理的Superheterodyne式接收器[2]相比较，ASH式接收器有以下特点：1）体积小，仅为10.2×7.06× 2.03mm；2）耗电量小,可使用电池供电,便于设计手持装置[4]；3）不使用高稳定的振荡器，完全消除了本地振荡器的辐射；4) 完全消除了混频器噪声；5）外围电路设计简单、便于开发；6）支持高速数据通讯,波特率达100kb/s；7）成本低。

4.设计实例

    根据上述计算和分析，本文选用RFM公司的无线收发器ASH式TR3001芯片[5]和OOK模式设计了一个短距离无线数据通讯装置。

图3为装置原理框图，其中TR3001主要完成无线收发接口，MAX202完成标准RS232接口转换， 80C51CPU主要完成DC平衡编码与解码、无线数据收发控制、串行通讯等任务。图4为TR3001芯片应用电路图。本装置主要性能指标如下：1）体积小，85×50×5mm；2）支持半双工，波特率为9.6kb/s的串行数据通讯；3）最大通讯距离为20米；4）使用315M频点。由于发射功率低，不需要向无线电管理委员会申请执照。

5.结果

    使用5211型误码仪在户外空地5至25米距离对本装置进行了测试，测试结果见图5，表明随着距离的增加，信噪比变小，误码率增高。但在20米距离内仍能满足使用要求。本设计已作成小型近距离通讯装置在实际数据采集和传送中使用，获得了满意结果。