ATA5823／5824及其在短距離無線通信中的應(yīng)用

摘要：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C805lF530單片機為控制核心，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，實現(xiàn)短距離無線傳輸。
關(guān)鍵詞：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同寬等特點，可用于輪胎氣壓監(jiān)測、無匙進入系統(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l所示。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)部接收部分是一個低中頻接收機，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-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-111．5 dBm，而傳輸速率為214 KBaud時，接收靈敏度高達-116 dBm。
    ATA5823／5824采用7 mm×7 mm的QFN48貼片封裝，工作溫度范圍寬達-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 dupl-ex模式等，并能在單片機指令控制下從一種工作模式進入另一種工作模式。

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-FMDO。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。
    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。

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)，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。

    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；射頻功放選用HMC454ST89，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。
    主機通過RS232串口與計算機相連，將采集到的信息傳送至計算機，同時啟動計算機監(jiān)控程序，進而對各個模塊進行控制。

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20 m。通過所設(shè)計的相應(yīng)計算機管理程序，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。