無(wú)線呼叫系統(tǒng)接收器設(shè)計(jì)

魯旭濤 趙樹(shù)波

（1.中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，山西 太原 030051；2.重慶建設(shè)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 404100）

0 引言

從90年代中至今，隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移動(dòng)數(shù)據(jù)、移動(dòng)計(jì)算及移動(dòng)多媒體運(yùn)作需要的第三代移動(dòng)通信開(kāi)始興起，其全球標(biāo)準(zhǔn)化及相應(yīng)融合工作與樣機(jī)研制和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作在快速推進(jìn)，包括從第二代至第三代移動(dòng)通信的平滑過(guò)渡問(wèn)題在內(nèi)。

現(xiàn)在，人們要求在消費(fèi)中得到的服務(wù)更加快捷、方便、舒適；同時(shí)處于激烈競(jìng)爭(zhēng)中的服務(wù)性企業(yè)也需要進(jìn)一步吸引顧客，提高企業(yè)自身的服務(wù)檔次和形象。無(wú)線呼叫系統(tǒng)可以為顧客創(chuàng)造良好的消費(fèi)環(huán)境，使其得到更及時(shí)方便的服務(wù)，企業(yè)也可隨時(shí)掌握顧客的需求，提高服務(wù)效率。無(wú)線呼叫系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用酒店、醫(yī)院、娛樂(lè)場(chǎng)所等服務(wù)型行業(yè)中。顧客不僅希望自己的申請(qǐng)能夠很快得到響應(yīng)，而且也不能由于接收到錯(cuò)誤的信息，而使服務(wù)的效果降低。

無(wú)線短距離通信技術(shù)的應(yīng)用已不知不覺(jué)滲透在人們生活中的每個(gè)角落，而且，還在以驚人的速度發(fā)展著。各短距離無(wú)線通信技術(shù)不同的技術(shù)優(yōu)勢(shì)決定了他們廣闊的發(fā)展前景，他們的融合發(fā)展則拓展了他們的應(yīng)用領(lǐng)域。短距離無(wú)線通信技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，將給我們的生活帶來(lái)更多的便利。

1 無(wú)線呼叫系統(tǒng)接收器硬件設(shè)計(jì)

1.1 無(wú)線呼叫系統(tǒng)接收器總體設(shè)計(jì)

無(wú)線呼叫系統(tǒng)是一種基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的呼叫系統(tǒng)，包括發(fā)送和接受兩大部分。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖大致如下，當(dāng)系統(tǒng)接收到語(yǔ)音或數(shù)字信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行放大調(diào)制，然后發(fā)射，接收部分接收到發(fā)射的信號(hào)，進(jìn)行放大解調(diào)，再輸出信號(hào)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖3 無(wú)線發(fā)射端原理圖

圖4 無(wú)線接收端原理圖

數(shù)據(jù)信號(hào)可以通過(guò)編碼，發(fā)送碼字來(lái)進(jìn)行傳輸，然而這就需要在系統(tǒng)中加入存儲(chǔ)器存放字符和其對(duì)應(yīng)的碼字，采取編碼芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。本文采用PT2262/PT2272這芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)編解碼。

射頻識(shí)別，又可以稱(chēng)為無(wú)線電頻率識(shí)別，它利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，來(lái)識(shí)別目標(biāo)并交換數(shù)據(jù)。根據(jù)對(duì)射頻收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)分析，我們采用nRF401作為射頻收發(fā)芯片。

控制模塊控制其它各個(gè)功能模塊的工作，它是整個(gè)設(shè)備的“中央決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)呼叫器或服務(wù)器的操作。主要包括：負(fù)責(zé)讀取ROM中的指令和數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信息處理模塊的信息處理和射頻收發(fā)模塊的收發(fā)工作。其以單片機(jī)為核心控制器件，構(gòu)成硬件系統(tǒng)。這個(gè)模塊的功能可以由89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。

接收部分和發(fā)送部分的功能是相反的，在接收端數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要進(jìn)行相應(yīng)的解碼，恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)信號(hào)，接收機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后，送入解碼電路進(jìn)行解碼，其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)解碼處理工作原理框圖如圖2所示：

圖2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)解碼處理系統(tǒng)框圖

信號(hào)解碼后，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換好的模擬信號(hào)及語(yǔ)音信息輸出。

1.2 無(wú)線呼叫系統(tǒng)接收器發(fā)射端原理設(shè)計(jì)

上文提到無(wú)線呼叫系統(tǒng)接收器包括發(fā)送和接收兩部分，其中發(fā)射端原理圖如下：

發(fā)射端包括了語(yǔ)言接收模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)射端控制模塊、信號(hào)編碼模塊、信號(hào)發(fā)射模塊、開(kāi)關(guān)和電源模塊等。聲電換能器將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)OP37放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)二階低通濾波電路，濾掉高頻分量，在后級(jí)加上同相跟隨電路，電源采用單電源，輸入端用電阻進(jìn)行分壓，進(jìn)行抬升電位，用ADC0809將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)采集數(shù)字信號(hào)，同時(shí)通過(guò)PT2262編碼芯片進(jìn)行編碼，用射頻發(fā)射電路芯片NRF401進(jìn)行發(fā)送。

1.3 無(wú)線接收端設(shè)計(jì)原理及原理圖

系統(tǒng)的接收端與發(fā)射端功能正好相反，具體也包括以下幾個(gè)模塊：信號(hào)接收模塊、信號(hào)解碼模塊、接收端控制模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，語(yǔ)音輸出模塊以及電源和開(kāi)關(guān)模塊，NRF401通過(guò)環(huán)形天線接收調(diào)制信號(hào)，在內(nèi)部完成解調(diào)。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)PT2272的解碼，還原語(yǔ)音數(shù)字量。單片機(jī)采集數(shù)字信號(hào)，通過(guò)DAC0832轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)LM386進(jìn)行功率放大，最后還原語(yǔ)音信號(hào)。其原理圖如下：

2 無(wú)線呼叫系統(tǒng)接收器軟件設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線發(fā)射端控制程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的發(fā)射端的控制程序框圖如圖5所示：

圖5 無(wú)線發(fā)射端程序控制框圖

2.2 無(wú)線接收端控制程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的接收端的控制程序與發(fā)射端類(lèi)似，只是多了一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊，系統(tǒng)接收端程序控制框圖如圖6所示。

圖6 無(wú)線接收端程序控制框圖

其中部分程序如下：

#include

#include

typedef unsigned int uint；

typedef unsigned char uchar；

sbit START = P2^7； //定義端口開(kāi)始選擇

sbit STOP = P2^6； //定義終止

sbit tx = P2^3； //接收發(fā)送選擇端

sbit pu = P2^2； //模式選擇

void main（）{while（1）{

if（START == 0）{

START = 0；

tx = 0； //接收模式

pu = 1； //工作模式

if（STOP == 0）{

START = 1；

pu = 0；}P0 = P1；}}}

3 無(wú)線呼叫系統(tǒng)PCB圖

一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)，不僅要包括好的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，還需要良好的裝配工藝，比如合理的面板設(shè)置。本系統(tǒng)完成的PCB圖如下所示。

圖7 發(fā)射端PCB總體視圖

圖8 發(fā)射端PCB 3D視圖

圖9 接收端PCB總體視圖

圖10 接收端PCB 3D視圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

本系統(tǒng)的調(diào)試先采用分級(jí)調(diào)試的方法分別對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試。在此我們以鎖相調(diào)頻發(fā)射和接收裝置的調(diào)試為例說(shuō)明。給發(fā)射裝置接一個(gè)信號(hào)源，而給接收裝置則連示波器，如果示波器顯示的信號(hào)與信號(hào)源發(fā)射的信號(hào)大致相同，則說(shuō)明發(fā)射接收部分工作正常。

本系統(tǒng)在分級(jí)調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，借助簡(jiǎn)單的軟件進(jìn)行了級(jí)聯(lián)調(diào)試，在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)傳輸正常的情況下，逐漸增大軟件的功能，從硬件的調(diào)試過(guò)渡到軟件的調(diào)試和軟硬的混合調(diào)試，直到整個(gè)系統(tǒng)工作正常。

經(jīng)過(guò)多次數(shù)據(jù)測(cè)量，本系統(tǒng)的通信距離為105米左右，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

[1] 趙晗，現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) [A]，企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2011，30（16）：86.

[2] 許志華，一種無(wú)線短距離呼叫器的設(shè)計(jì)[A]，江南大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，8（2）：174-176.

[3] 劉栗舟，王豪才，段銳，李華，AT89C51與nRF401芯片在RFID系統(tǒng)中的應(yīng)用[A]，電子與封裝，2005，5（3）：41-44.

[4] 張俊謨，單片機(jī)中級(jí)教程原理及應(yīng)用，第二版，北京航空航天大學(xué)出版社，2006，13.

[5] William Schweber，Electronic Communication Systems，F(xiàn)ourth Edition，Pearson Education Group，2006，135.

[6] 梅彬運(yùn)，熊振國(guó)，伍宗富，基于nRF401芯片的醫(yī)院無(wú)線護(hù)理呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[B]，現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（14）：167-169.

[7] 傅圖，無(wú)線通信技術(shù)熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)分析[A]，信息科技，2011，（14）：223.

[8] 湯青波，朱文虎，周榮瑋.單工無(wú)線呼叫系統(tǒng)[J]，江西理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，28（1）：21-23.