ATA5823／5824及其在短距離無(wú)線通信中的應(yīng)用

摘要：介紹Atmel公司的無(wú)線收發(fā)器ATA5823／5824的基本工作原理及其在短距離無(wú)線傳輸中的應(yīng)用。該系統(tǒng)是以C805lF530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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)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(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線傳輸。
關(guān)鍵詞：ATA5823／5824；無(wú)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(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用日益成熟。一般通信雙方只要通過(guò)無(wú)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(wú)線通信。
    Atmel公司生產(chǎn)的ATA5823／5824是UHF頻段短距離無(wú)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(jiǎn)單以及工作溫度范同寬等特點(diǎn)，可用于輪胎氣壓監(jiān)測(cè)、無(wú)匙進(jìn)入系統(tǒng)及遙控、家庭自動(dòng)化等短距離無(wú)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l所示。FSK發(fā)射模式使用一個(gè)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(kāi)關(guān)調(diào)制；在FSK模式下，ATA5823／5824的傳輸速率范圍為l～20 KBaud；在ASK模式下，其傳輸速率范圍為1～10KBaud，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(gè)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(shí)，接收靈敏度高達(dá)-105．5 dBm，而傳輸速率2．4 KBaud時(shí)接收靈敏度為-109 dBm；在ASK模式下，傳輸速率為10 KBaud時(shí)，接收靈敏度達(dá)-111．5 dBm，而傳輸速率為214 KBaud時(shí)，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(chǎng)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 dupl-ex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(guò)高速的4線SPI接口與控制器連接，分別為片選CS、串行時(shí)鐘SCK、串行數(shù)據(jù)輸入SDI-TMDI和串行數(shù)據(jù)輸出SDO-FMDO。該器件可通過(guò)硬件連接改變SPI接口從而實(shí)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(shí)，片選信號(hào)CS是低電平有效，而CS-POL為低電平時(shí)，CS則高電平有效。
    SCK-POL和SCK-PHA定義接口時(shí)序的極性和SCK信號(hào)的相位。根據(jù)這2個(gè)引腳的高、低電平可組合成4種不同的接口時(shí)序，圖2為其中一種接口時(shí)序。

3 在短距離無(wú)線傳輸中的應(yīng)用
    短距離無(wú)線傳輸領(lǐng)域中。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合有傳感器、嵌入式計(jì)算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信、分布式信息處理等技術(shù)，并通過(guò)各類微型傳感器協(xié)作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象信息，以無(wú)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ATA5-823／5824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(wú)線傳輸?shù)氖瞻l(fā)器應(yīng)用于短距離無(wú)線傳輸。
    圖3(a)和圖3(b)分別給出無(wú)線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)構(gòu)框圖。

    當(dāng)系統(tǒng)工作于315 MHz時(shí)選用ATA5823，而工作于433 MHz時(shí)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；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(lì)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BMAl50型三維數(shù)字加速度傳感器，可直接輸出數(shù)字量到單片機(jī)；射頻功放選用HMC454ST89，發(fā)射功率檢測(cè)選用HMC600。
    ATA5823／5824內(nèi)部集成有收發(fā)開(kāi)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(kāi)關(guān)。ATA5823／5824的射頻輸出引腳輸出的射頻信號(hào)經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)后送入相應(yīng)的濾波器，濾波后的信號(hào)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(cè)電路，實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)射功率，另一路送至天線發(fā)射。為便于涮試，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(wú)需濾波、功放而直接輸出時(shí)，只需在RTA的位置焊接一只0 Ω的電阻，即可使輸出信號(hào)直接送至天線；同樣，當(dāng)僅RTC焊接時(shí)，濾波后的信號(hào)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(hào)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(wú)需濾波時(shí)，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(guò)RS232串口與計(jì)算機(jī)相連，將采集到的信息傳送至計(jì)算機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控程序，進(jìn)而對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行控制。

4 結(jié)束語(yǔ)
    根據(jù)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用ATA5823實(shí)現(xiàn)了壓力、溫度、加速度、應(yīng)變測(cè)量結(jié)果的無(wú)線傳輸，其傳輸距離達(dá)20 m。通過(guò)所設(shè)計(jì)的相應(yīng)計(jì)算機(jī)管理程序，能夠?qū)崟r(shí)顯示測(cè)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(shí)際試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)無(wú)線傳輸模塊埋入半米深的濕土層下，仍能有效傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)，但此時(shí)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(chǎng)合。