單工無線呼叫系統(tǒng)探析

姜娟娟+陳海山

摘要：本設(shè)計使用模擬調(diào)頻技術(shù)，在20MHz-30MHz頻段上實現(xiàn)了話筒輸入和線路輸入語音信號的小功率遠(yuǎn)距離單工發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)通信采用FSK調(diào)制方式，主、從機(jī)可實現(xiàn)智能控制通信，可連接多達(dá)236個從站，構(gòu)成一點對多點的單工無線呼叫系統(tǒng)。從站號碼可任意改變，主站可撥號選呼和對全部從站群呼，在語音通信同時可傳送數(shù)據(jù)信息，使用液晶顯示英文和漢字短信及站號信息，系統(tǒng)發(fā)射功率小于20mW，發(fā)射距離大于3m。

關(guān)鍵詞：無線呼叫；系統(tǒng)；電路設(shè)計

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005-1422（2014）10-0121-02 一、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)分發(fā)送和接收兩大部分組成。在發(fā)送部分中有信號輸入部分、FM調(diào)制電路、控制電路、FSK電路、射頻輸出及天線電路等組成；在接收電路中有射頻輸入電路、FM解調(diào)電路、FSK解調(diào)電路、控制電路、DC-DC電路、音頻處理電路等組成。

發(fā)送及接收系統(tǒng)框圖分別如圖1和圖2所示。

圖1發(fā)射機(jī)組成框圖

圖2接收機(jī)組成框圖

二、主要電路設(shè)計

1.音頻無線發(fā)射電路的設(shè)計

本設(shè)計中的聲音調(diào)頻發(fā)射部分采用常用分立元件構(gòu)成電路，如圖3所示。射頻電路由高頻振蕩器、緩沖放大器、末級功率放大器及天線組成。高頻振蕩器用來產(chǎn)生載頻信號，頻點落在22MHz內(nèi)，通過改變電感量即可改變發(fā)射頻率。在音頻信號的作用下，通過改變晶體管極間電容實現(xiàn)調(diào)頻，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)頻波，射頻信號由Q1的發(fā)射極輸出，送到Q2、L2、C8、R3等組成的緩沖放大器進(jìn)行功率提升，并可減輕末級放大電路對振蕩器的影響。末級為高頻丙類窄帶放大，對射頻功率再進(jìn)一步放大，經(jīng)C12耦合到發(fā)射天線向周圍空間輻射。

圖3調(diào)頻無線發(fā)射電路圖

圖3中，Q1、L1、C2、C3、C7、CbC構(gòu)成電容三點式振蕩電路，其工作原理如下：對高頻而言，Q1基極是接地的，所以是共基極電路。集電極-基極間的結(jié)電容Cbc并聯(lián)在L1 C2諧振回路兩端，能影響振蕩頻率。調(diào)制電壓加于Q1基極，以改變Q1的基極電位，使集電極與基極間的反向偏壓發(fā)生變化，從而使極間電容Cbc跟隨調(diào)制電壓而變，這就實現(xiàn)了調(diào)頻。再經(jīng)Q2、Q2放大后由天線發(fā)送出去。此電路的中心頻率可通過回路可變電容C2來進(jìn)行調(diào)整，工作在22MHz。

取中心頻率為22MHz，經(jīng)查三極管9018的靜態(tài)結(jié)電容Cbc為2pF，取C2、C3、C7的值分別為：2.2pF、10pF、29pF，根據(jù)以下頻率的計算公式計算電感值。電路的中心頻率計算公式如下：

f0=12πL1CΣ

式中，CΣ=C5C7C5+C7+C3+Cbc=11pF

得：L1=1（2πf0）2CΣ=2.2μH

在實際調(diào)試中，電感L1和電容C2需要微調(diào)以滿足中心頻率的要求。

2.音頻無線接收電路的設(shè)計

為了提高接收機(jī)的靈敏度，本設(shè)計采用性能優(yōu)良的CXA1228S單片集成電路。該電路還具有選擇性好、在波段內(nèi)靈敏度均勻等特點。

考慮到高頻電子線路分布參數(shù)的影響，我們將電路繪制成PCB板，在線路的排版、布線上，使所有元件盡量靠近集成電路的管腳，特別是諧振回路的走線盡量短，并且對空白電路用大面積接地的方法，使分布參數(shù)的影響最小。

·實習(xí)實訓(xùn)·單工無線呼叫系統(tǒng)探析 三、系統(tǒng)測試

1.測試方法

（1）發(fā)射機(jī)頻率測試和峰值功率測試

通過在放大器輸出端接上30Ω的假負(fù)載，并通過示波器觀測30Ω假負(fù)載電阻上的波形，連接如圖4所示。記錄調(diào)頻波的中心頻率和峰-峰值電壓Vop-p，并用公式：Pomax=Vop-p28RL，可計算峰值功率。

圖4發(fā)射頻率及峰值測試連接圖

（2）語音信號失真度測試

當(dāng)去掉收、發(fā)天線，并用功率衰減器連接收、發(fā)兩端，用低頻信號調(diào)制發(fā)射機(jī)載波，后用數(shù)字存儲示波器觀測耳機(jī)兩端波形，圖5所示。經(jīng)測試波形無明顯失真。

圖5發(fā)射頻率及峰值測試連接圖

（3）呼叫和中英文短信傳輸業(yè)務(wù)的測試

將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離設(shè)為3米，通過改變主、從站號測試選呼和群呼情況，同時傳輸中英文短消息，通過液晶顯示器測試接收信息正確與否，如測試結(jié)果正確，逐漸加大發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離，如圖6所示。經(jīng)測試，在主、從站相距約8米內(nèi)測試結(jié)果正確。

圖6 發(fā)射頻率及峰值測試連接圖

2.測試結(jié)果

表1測試結(jié)果

序號測試項目測試指標(biāo)測試結(jié)果1發(fā)射功率（50Ω負(fù)載）≤20mW約19 mW2傳送信號300-3400Hz正弦波

無明顯失真無明顯失真3傳輸距離≥5m約8m4從站個數(shù)≥8個256個5英文短信正確收發(fā)正確6最大傳輸距離（≤20mW）盡可能大約8m 四、結(jié)論

單工天線呼叫系統(tǒng)應(yīng)用了大量的現(xiàn)代通信技術(shù)及單片機(jī)控制技術(shù)。系統(tǒng)除完成基本設(shè)計要求外，還全部完成了附加的設(shè)計要求，經(jīng)過測試各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計任務(wù)書要求。此外，還進(jìn)行了一些創(chuàng)新設(shè)計。如能發(fā)送英文短信的同時還能發(fā)送漢字信息；從站數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計要求，達(dá)到了256路；主、從站的臺號可實現(xiàn)掉電記憶；采取有效的CRC校驗技術(shù)及相應(yīng)的軟硬件抗干擾技術(shù)，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]王樹本.高頻電子線路原理[M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社，1998.

[2]全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品匯編[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

[3]李廣弟等.到單片機(jī)基礎(chǔ)（修訂本）[M]. 北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2006.

摘要：本設(shè)計使用模擬調(diào)頻技術(shù)，在20MHz-30MHz頻段上實現(xiàn)了話筒輸入和線路輸入語音信號的小功率遠(yuǎn)距離單工發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)通信采用FSK調(diào)制方式，主、從機(jī)可實現(xiàn)智能控制通信，可連接多達(dá)236個從站，構(gòu)成一點對多點的單工無線呼叫系統(tǒng)。從站號碼可任意改變，主站可撥號選呼和對全部從站群呼，在語音通信同時可傳送數(shù)據(jù)信息，使用液晶顯示英文和漢字短信及站號信息，系統(tǒng)發(fā)射功率小于20mW，發(fā)射距離大于3m。

關(guān)鍵詞：無線呼叫；系統(tǒng)；電路設(shè)計

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005-1422（2014）10-0121-02 一、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)分發(fā)送和接收兩大部分組成。在發(fā)送部分中有信號輸入部分、FM調(diào)制電路、控制電路、FSK電路、射頻輸出及天線電路等組成；在接收電路中有射頻輸入電路、FM解調(diào)電路、FSK解調(diào)電路、控制電路、DC-DC電路、音頻處理電路等組成。

發(fā)送及接收系統(tǒng)框圖分別如圖1和圖2所示。

圖1發(fā)射機(jī)組成框圖

圖2接收機(jī)組成框圖

二、主要電路設(shè)計

1.音頻無線發(fā)射電路的設(shè)計

本設(shè)計中的聲音調(diào)頻發(fā)射部分采用常用分立元件構(gòu)成電路，如圖3所示。射頻電路由高頻振蕩器、緩沖放大器、末級功率放大器及天線組成。高頻振蕩器用來產(chǎn)生載頻信號，頻點落在22MHz內(nèi)，通過改變電感量即可改變發(fā)射頻率。在音頻信號的作用下，通過改變晶體管極間電容實現(xiàn)調(diào)頻，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)頻波，射頻信號由Q1的發(fā)射極輸出，送到Q2、L2、C8、R3等組成的緩沖放大器進(jìn)行功率提升，并可減輕末級放大電路對振蕩器的影響。末級為高頻丙類窄帶放大，對射頻功率再進(jìn)一步放大，經(jīng)C12耦合到發(fā)射天線向周圍空間輻射。

圖3調(diào)頻無線發(fā)射電路圖

圖3中，Q1、L1、C2、C3、C7、CbC構(gòu)成電容三點式振蕩電路，其工作原理如下：對高頻而言，Q1基極是接地的，所以是共基極電路。集電極-基極間的結(jié)電容Cbc并聯(lián)在L1 C2諧振回路兩端，能影響振蕩頻率。調(diào)制電壓加于Q1基極，以改變Q1的基極電位，使集電極與基極間的反向偏壓發(fā)生變化，從而使極間電容Cbc跟隨調(diào)制電壓而變，這就實現(xiàn)了調(diào)頻。再經(jīng)Q2、Q2放大后由天線發(fā)送出去。此電路的中心頻率可通過回路可變電容C2來進(jìn)行調(diào)整，工作在22MHz。

取中心頻率為22MHz，經(jīng)查三極管9018的靜態(tài)結(jié)電容Cbc為2pF，取C2、C3、C7的值分別為：2.2pF、10pF、29pF，根據(jù)以下頻率的計算公式計算電感值。電路的中心頻率計算公式如下：

f0=12πL1CΣ

式中，CΣ=C5C7C5+C7+C3+Cbc=11pF

得：L1=1（2πf0）2CΣ=2.2μH

在實際調(diào)試中，電感L1和電容C2需要微調(diào)以滿足中心頻率的要求。

2.音頻無線接收電路的設(shè)計

為了提高接收機(jī)的靈敏度，本設(shè)計采用性能優(yōu)良的CXA1228S單片集成電路。該電路還具有選擇性好、在波段內(nèi)靈敏度均勻等特點。

考慮到高頻電子線路分布參數(shù)的影響，我們將電路繪制成PCB板，在線路的排版、布線上，使所有元件盡量靠近集成電路的管腳，特別是諧振回路的走線盡量短，并且對空白電路用大面積接地的方法，使分布參數(shù)的影響最小。

·實習(xí)實訓(xùn)·單工無線呼叫系統(tǒng)探析 三、系統(tǒng)測試

1.測試方法

（1）發(fā)射機(jī)頻率測試和峰值功率測試

通過在放大器輸出端接上30Ω的假負(fù)載，并通過示波器觀測30Ω假負(fù)載電阻上的波形，連接如圖4所示。記錄調(diào)頻波的中心頻率和峰-峰值電壓Vop-p，并用公式：Pomax=Vop-p28RL，可計算峰值功率。

圖4發(fā)射頻率及峰值測試連接圖

（2）語音信號失真度測試

當(dāng)去掉收、發(fā)天線，并用功率衰減器連接收、發(fā)兩端，用低頻信號調(diào)制發(fā)射機(jī)載波，后用數(shù)字存儲示波器觀測耳機(jī)兩端波形，圖5所示。經(jīng)測試波形無明顯失真。

圖5發(fā)射頻率及峰值測試連接圖

（3）呼叫和中英文短信傳輸業(yè)務(wù)的測試

將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離設(shè)為3米，通過改變主、從站號測試選呼和群呼情況，同時傳輸中英文短消息，通過液晶顯示器測試接收信息正確與否，如測試結(jié)果正確，逐漸加大發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離，如圖6所示。經(jīng)測試，在主、從站相距約8米內(nèi)測試結(jié)果正確。

圖6 發(fā)射頻率及峰值測試連接圖

2.測試結(jié)果

表1測試結(jié)果

序號測試項目測試指標(biāo)測試結(jié)果1發(fā)射功率（50Ω負(fù)載）≤20mW約19 mW2傳送信號300-3400Hz正弦波

無明顯失真無明顯失真3傳輸距離≥5m約8m4從站個數(shù)≥8個256個5英文短信正確收發(fā)正確6最大傳輸距離（≤20mW）盡可能大約8m 四、結(jié)論

單工天線呼叫系統(tǒng)應(yīng)用了大量的現(xiàn)代通信技術(shù)及單片機(jī)控制技術(shù)。系統(tǒng)除完成基本設(shè)計要求外，還全部完成了附加的設(shè)計要求，經(jīng)過測試各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計任務(wù)書要求。此外，還進(jìn)行了一些創(chuàng)新設(shè)計。如能發(fā)送英文短信的同時還能發(fā)送漢字信息；從站數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計要求，達(dá)到了256路；主、從站的臺號可實現(xiàn)掉電記憶；采取有效的CRC校驗技術(shù)及相應(yīng)的軟硬件抗干擾技術(shù)，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]王樹本.高頻電子線路原理[M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社，1998.

[2]全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品匯編[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

[3]李廣弟等.到單片機(jī)基礎(chǔ)（修訂本）[M]. 北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2006.

摘要：本設(shè)計使用模擬調(diào)頻技術(shù)，在20MHz-30MHz頻段上實現(xiàn)了話筒輸入和線路輸入語音信號的小功率遠(yuǎn)距離單工發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)通信采用FSK調(diào)制方式，主、從機(jī)可實現(xiàn)智能控制通信，可連接多達(dá)236個從站，構(gòu)成一點對多點的單工無線呼叫系統(tǒng)。從站號碼可任意改變，主站可撥號選呼和對全部從站群呼，在語音通信同時可傳送數(shù)據(jù)信息，使用液晶顯示英文和漢字短信及站號信息，系統(tǒng)發(fā)射功率小于20mW，發(fā)射距離大于3m。

關(guān)鍵詞：無線呼叫；系統(tǒng)；電路設(shè)計

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005-1422（2014）10-0121-02 一、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)分發(fā)送和接收兩大部分組成。在發(fā)送部分中有信號輸入部分、FM調(diào)制電路、控制電路、FSK電路、射頻輸出及天線電路等組成；在接收電路中有射頻輸入電路、FM解調(diào)電路、FSK解調(diào)電路、控制電路、DC-DC電路、音頻處理電路等組成。

發(fā)送及接收系統(tǒng)框圖分別如圖1和圖2所示。

圖1發(fā)射機(jī)組成框圖

圖2接收機(jī)組成框圖

二、主要電路設(shè)計

1.音頻無線發(fā)射電路的設(shè)計

本設(shè)計中的聲音調(diào)頻發(fā)射部分采用常用分立元件構(gòu)成電路，如圖3所示。射頻電路由高頻振蕩器、緩沖放大器、末級功率放大器及天線組成。高頻振蕩器用來產(chǎn)生載頻信號，頻點落在22MHz內(nèi)，通過改變電感量即可改變發(fā)射頻率。在音頻信號的作用下，通過改變晶體管極間電容實現(xiàn)調(diào)頻，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)頻波，射頻信號由Q1的發(fā)射極輸出，送到Q2、L2、C8、R3等組成的緩沖放大器進(jìn)行功率提升，并可減輕末級放大電路對振蕩器的影響。末級為高頻丙類窄帶放大，對射頻功率再進(jìn)一步放大，經(jīng)C12耦合到發(fā)射天線向周圍空間輻射。

圖3調(diào)頻無線發(fā)射電路圖

圖3中，Q1、L1、C2、C3、C7、CbC構(gòu)成電容三點式振蕩電路，其工作原理如下：對高頻而言，Q1基極是接地的，所以是共基極電路。集電極-基極間的結(jié)電容Cbc并聯(lián)在L1 C2諧振回路兩端，能影響振蕩頻率。調(diào)制電壓加于Q1基極，以改變Q1的基極電位，使集電極與基極間的反向偏壓發(fā)生變化，從而使極間電容Cbc跟隨調(diào)制電壓而變，這就實現(xiàn)了調(diào)頻。再經(jīng)Q2、Q2放大后由天線發(fā)送出去。此電路的中心頻率可通過回路可變電容C2來進(jìn)行調(diào)整，工作在22MHz。

取中心頻率為22MHz，經(jīng)查三極管9018的靜態(tài)結(jié)電容Cbc為2pF，取C2、C3、C7的值分別為：2.2pF、10pF、29pF，根據(jù)以下頻率的計算公式計算電感值。電路的中心頻率計算公式如下：

f0=12πL1CΣ

式中，CΣ=C5C7C5+C7+C3+Cbc=11pF

得：L1=1（2πf0）2CΣ=2.2μH

在實際調(diào)試中，電感L1和電容C2需要微調(diào)以滿足中心頻率的要求。

2.音頻無線接收電路的設(shè)計

為了提高接收機(jī)的靈敏度，本設(shè)計采用性能優(yōu)良的CXA1228S單片集成電路。該電路還具有選擇性好、在波段內(nèi)靈敏度均勻等特點。

考慮到高頻電子線路分布參數(shù)的影響，我們將電路繪制成PCB板，在線路的排版、布線上，使所有元件盡量靠近集成電路的管腳，特別是諧振回路的走線盡量短，并且對空白電路用大面積接地的方法，使分布參數(shù)的影響最小。

·實習(xí)實訓(xùn)·單工無線呼叫系統(tǒng)探析 三、系統(tǒng)測試

1.測試方法

（1）發(fā)射機(jī)頻率測試和峰值功率測試

通過在放大器輸出端接上30Ω的假負(fù)載，并通過示波器觀測30Ω假負(fù)載電阻上的波形，連接如圖4所示。記錄調(diào)頻波的中心頻率和峰-峰值電壓Vop-p，并用公式：Pomax=Vop-p28RL，可計算峰值功率。

圖4發(fā)射頻率及峰值測試連接圖

（2）語音信號失真度測試

當(dāng)去掉收、發(fā)天線，并用功率衰減器連接收、發(fā)兩端，用低頻信號調(diào)制發(fā)射機(jī)載波，后用數(shù)字存儲示波器觀測耳機(jī)兩端波形，圖5所示。經(jīng)測試波形無明顯失真。

圖5發(fā)射頻率及峰值測試連接圖

（3）呼叫和中英文短信傳輸業(yè)務(wù)的測試

將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離設(shè)為3米，通過改變主、從站號測試選呼和群呼情況，同時傳輸中英文短消息，通過液晶顯示器測試接收信息正確與否，如測試結(jié)果正確，逐漸加大發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離，如圖6所示。經(jīng)測試，在主、從站相距約8米內(nèi)測試結(jié)果正確。

圖6 發(fā)射頻率及峰值測試連接圖

2.測試結(jié)果

表1測試結(jié)果

序號測試項目測試指標(biāo)測試結(jié)果1發(fā)射功率（50Ω負(fù)載）≤20mW約19 mW2傳送信號300-3400Hz正弦波

無明顯失真無明顯失真3傳輸距離≥5m約8m4從站個數(shù)≥8個256個5英文短信正確收發(fā)正確6最大傳輸距離（≤20mW）盡可能大約8m 四、結(jié)論

單工天線呼叫系統(tǒng)應(yīng)用了大量的現(xiàn)代通信技術(shù)及單片機(jī)控制技術(shù)。系統(tǒng)除完成基本設(shè)計要求外，還全部完成了附加的設(shè)計要求，經(jīng)過測試各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計任務(wù)書要求。此外，還進(jìn)行了一些創(chuàng)新設(shè)計。如能發(fā)送英文短信的同時還能發(fā)送漢字信息；從站數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計要求，達(dá)到了256路；主、從站的臺號可實現(xiàn)掉電記憶；采取有效的CRC校驗技術(shù)及相應(yīng)的軟硬件抗干擾技術(shù)，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]王樹本.高頻電子線路原理[M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社，1998.

[2]全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品匯編[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

[3]李廣弟等.到單片機(jī)基礎(chǔ)（修訂本）[M]. 北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2006.