ATA5823/5824及其在短距離無線通信中的應(yīng)用

周 卓，王 芳，黃增輝，石 雄

（武漢工業(yè)學(xué)院 電氣信息工程系 電工電子實驗中心，湖北 武漢 430023）

ATA5823/5824及其在短距離無線通信中的應(yīng)用

周 卓，王 芳，黃增輝，石 雄

（武漢工業(yè)學(xué)院 電氣信息工程系 電工電子實驗中心，湖北 武漢 430023）

介紹Atmel公司的無線收發(fā)器ATA5823/5824的基本工作原理及其在短距離無線傳輸中的應(yīng)用。該系統(tǒng)是以C8 051F530單片機(jī)為控制核心，其內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器將放大的壓力、應(yīng)變等信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過內(nèi)置的SPI通信模塊傳送給ATA5823/5824，經(jīng)ATA5823/5824編碼調(diào)制后發(fā)射；接收端同樣經(jīng)ATA5823/5824接收并處理后傳送至CPU或計算機(jī)，實現(xiàn)短距離無線傳輸。

ATA5823/5824；無線傳輸；收發(fā)器；UHF頻段

隨著通信和信息技術(shù)的發(fā)展，短距離無線通信技術(shù)的應(yīng)用日益成熟。一般通信雙方只要通過無線電波傳輸信息且傳輸距離限制在較短距離（幾十米）以內(nèi)，就可稱為短距離無線通信。

Atmel公司生產(chǎn)的ATA5823/5824是UHF頻段短距離無線收發(fā)專用器件，具備ASK和FSK兩種調(diào)制方式，具有接收靈敏度高、功耗小、傳輸速率高、外圍電路簡單以及工作溫度范圍寬等特點(diǎn)，可用于輪胎氣壓監(jiān)測、無匙進(jìn)入系統(tǒng)及遙控、家庭自動化等短距離無線傳輸系統(tǒng)。

1 ATA5823/5824內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特性

ATA5823/5824是一款高度集成的多通道、半雙工/全雙工的UHF頻段ASK/FSK收發(fā)器,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。FSK發(fā)射模式使用一個具有N位小數(shù)分頻的頻率合成器，采用直接鎖相環(huán)調(diào)制方式，而ASK發(fā)射模式采用功放模塊的開關(guān)調(diào)制；在FSK模式下，ATA5823/5824的傳輸速率范圍為1～20 KBaud；在ASK模式下，其傳輸速率范圍為1～10 KBaud，其編碼方式有曼徹斯特編碼和二相編碼等。ATA5824工作在433～435 MHz或867～870 MHz的頻段， 而 ATA5823僅工作在313～316 MHz的頻段，僅需極少的外圍元件。

ATA5823/5824內(nèi)部接收部分是一個低中頻接收機(jī)，并具有很高的接收靈敏度。FSK模式下，傳輸速率20 KBaud時，接收靈敏度高達(dá)-105.5 dBm，而傳輸速率2.4 KBaud時接收靈敏度為-109 dBm；在ASK模式下，傳輸速率為10 KBaud時，接收靈敏度達(dá)-111.5 dBm，而傳輸速率為2.4 KBaud時，接收靈敏度高達(dá)-116 dBm。

ATA5823/5824采用7 mm×7 mm的QFN48貼片封裝，工作溫度范圍寬達(dá)-40～105℃，低功耗模式下的耗電電流低于10 nA，電源工作范圍為2.15～3.6 V或4.4～5.25 V，適用于電池供電場合。該器件具有多種基本工作模式：OFF模式、IDLE模式、TX模式、RX模式、Full duplex模式等，并能在單片機(jī)指令控制下從一種工作模式進(jìn)入另一種工作模式。

2 ATA5823/5824的SPI接口

ATA5823/5824通過高速的4線SPI接口與控制器連接，分別為片選CS、串行時鐘SCK、串行數(shù)據(jù)輸入SDI-TMDI和串行數(shù)據(jù)輸出SDO-TMDO。該器件可通過硬件連接改變SPI接口從而實現(xiàn)與不同類型的控制器連接。例如，當(dāng)CS-POL引腳為高電平時，片選信號CS是低電平有效，而CS-POL為低電平時，CS則高電平有效。

圖1 ATA5823/5824內(nèi)部組成框圖

SCK-POL和SCK-PHA定義接口時序的極性和SCK信號的相位。根據(jù)這2個引腳的高、低電平可組合成4種不同的接口時序，圖2為其中一種接口時序。

圖2 ATA5823/5824的SPI接口時序

3 在短距離無線傳輸中的應(yīng)用

短距離無線傳輸領(lǐng)域中,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合有傳感器、嵌入式計算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信、分布式信息處理等技術(shù)[2]，并通過各類微型傳感器協(xié)作，實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象信息，以無線方式發(fā)送信息,并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端。由于ATA5823/5824工作溫度范圍寬泛，能夠滿足那些工作環(huán)境苛刻的應(yīng)用要求，因此可作為無線傳輸?shù)氖瞻l(fā)器應(yīng)用于短距離無線傳輸。

圖3（a）和圖3（b）分別給出無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)構(gòu)框圖。

圖3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)與模塊結(jié)構(gòu)框圖

當(dāng)系統(tǒng)工作于315 MHz時選用ATA5823，而工作于 433 MHz時則應(yīng)選用 ATA5824。圖 3（b）中，單片機(jī)選用C8051F530,其工作溫度范圍為-40～+105℃，內(nèi)部集成有A/D轉(zhuǎn)換器、SPI總線接口、溫度傳感器等[3]；壓力傳感器選用擴(kuò)散硅壓力傳感器，而AM417是壓力器件的激勵和放大電路，其輸出是由單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字量；加速度傳感器選用BMA150型三維數(shù)字加速度傳感器[4]，可直接輸出數(shù)字量到單片機(jī)；射頻功放選用HMC454ST89[5]，發(fā)射功率檢測選用HMC600。

ATA5823/5824內(nèi)部集成有收發(fā)開關(guān),但其接收和發(fā)射引腳是獨(dú)立的，在圖4所示的應(yīng)用電路中，為增大傳輸距離，在發(fā)射輸出后進(jìn)行功率放大，并采用收發(fā)天線分離方式，而未使用ATA5823/5824內(nèi)部的收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)。ATA5823/5824的射頻輸出引腳輸出的射頻信號經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)后送入相應(yīng)的濾波器，濾波后的信號送入功率放大器HMC454。經(jīng)功率放大后的輸出由功率分配器分為兩路，一路送至功率檢測電路，實時監(jiān)控發(fā)射功率，另一路送至天線發(fā)射。為便于調(diào)試，應(yīng)在射頻輸出引腳與濾波器、濾波器與功率放大器之間的適當(dāng)位置連接短接電阻 RTA、RTB、RTC。 調(diào)試中，當(dāng)無需濾波、功放而直接輸出時，只需在RTA的位置焊接一只0 Ω的電阻，即可使輸出信號直接送至天線；同樣，當(dāng)僅RTC焊接時，濾波后的信號直接送至天線，不再經(jīng)功率放大器放大。這里需要注意的是，不用的電路分最好不要焊接。

接收通道連接有與發(fā)射通道RTA等電阻具有類似作用的電阻RR。接收天線接收到的信號經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)和濾波器進(jìn)入ATA5823/5824的輸入引腳。當(dāng)接收通道無需濾波時，可不焊接濾波器，可在RR處焊接一只0 Ω的電阻。

主機(jī)通過RS232串口與計算機(jī)相連，將采集到的信息傳送至計算機(jī)，同時啟動計算機(jī)監(jiān)控程序，進(jìn)而對各個模塊進(jìn)行控制。

圖4 ATA5823/5824的應(yīng)用電路

4 結(jié)束語

根據(jù)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計方案，應(yīng)用ATA5823實現(xiàn)了壓力、溫度、加速度、應(yīng)變測量結(jié)果的無線傳輸，其傳輸距離達(dá)20 m。通過所設(shè)計的相應(yīng)計算機(jī)管理程序，能夠?qū)崟r顯示測量數(shù)據(jù)并繪制變化曲線，并能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為EXCEL文檔保存。實際試驗證明，該系統(tǒng)無線傳輸模塊埋入半米深的濕土層下，仍能有效傳輸測量數(shù)據(jù)，但此時傳輸距離僅約10 m。如果進(jìn)一步完善傳輸協(xié)議，采用接力傳輸?shù)姆绞綄⒛芡卣蛊鋺?yīng)用場合[6-7]。

[1]Atmel.UHF ASK/FSK Transceiver ATA5823/ATA5824[EB/OL].2006.http://www.atmel.com.

[2]唐啟濤，陶 滔.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2008（2）：80-82.

[3]潘琢金，施國君.C8051FXXX高速SOC單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[4]Bosch.BMA150 Triaxial acceleration seneor datasheet[EB/OL].2008.http://www.bosch-sensortec.com.

[5]Hittite Microwave Corporation.HMC454ST89/454ST89E[EB/OL].2007.http://www.hittite.com.

[6]孫利民，李建中.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[7]賀章擎，涂玲英，姜天杰.基于51MPU的嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，2008（1）：29-30.

ATA5823/5824 and its application in short distance wireless communication

ZHOU Zhuo,WANG Fang,HUANG Zeng-hui,SHI Xiong
（Electrical&Electronic Lab Centre,Department of Electrical and Information,
Wuhan Polytechnic University,Wuhan430023,China）

The operation principle and applications of Atmel’s ATA5823/5824 in the short distance wireless communication are introduced.The single chip controller C8051F530 is used as the control core in the system.And the amplified signals are converted from pressure sensors,strain sensors into digital signals by integrated A/D converter,then the digital signals are transmitted to ATA5823/5824 through the integrated SPI module.ATA5823/5824 transmits the signals after coding and modulating.In the receiver,signals are also processed by ATA5823/5824 and sent to CPU or computer.The short distance wireless communication is realized.

ATA5823/5824;wireless transmission;transceiver；UHF frequency band

TN92

A

1674－6236（2010）01-0120-03

2009-06-19 稿件編號：200906068

美國路易斯安那州立大學(xué)無線壓力傳感網(wǎng)絡(luò)項目，

武漢工業(yè)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目計劃（ZD02）

周 卓（1986—），男，湖北黃岡人。研究方向：單片機(jī)系統(tǒng)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)。