數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)是現(xiàn)代測量儀器的基礎(chǔ),。在工業(yè)測控、醫(yī)療監(jiān)護(hù)和實驗研究中得到廣泛應(yīng)用,。當(dāng)數(shù)據(jù)采集點處于非固定位置或運(yùn)動狀態(tài)時,，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須與主機(jī)分離。同時還需利用電池供電,。因此,，由無線收發(fā)電路或模塊組成的數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)是有效的解決方式。比較典型的無線收發(fā)電路或模塊有采用2.4 GHz通信頻率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點,，433／868／915 MHz通信頻率的遙控模塊及數(shù)傳模塊,、900／1 800 MHz通信頻率的GSM模塊，但現(xiàn)有的無線收發(fā)電路或模塊易造成系統(tǒng)體積過大,、功耗偏高,，不能完全滿足采用電池供電的便攜式監(jiān)測系統(tǒng)的需要，尤其是需要大規(guī)模,、密集型部署,，僅需要近距離通信的場合，傳統(tǒng)的無線通信模塊容易造成網(wǎng)絡(luò)通信的阻塞,、縮小網(wǎng)絡(luò)的容量,、增加節(jié)點的功耗、縮短節(jié)點的壽命,。
    這里給出以C8051F340單片機(jī)作為監(jiān)測終端控制器,，C8051F330D單片機(jī)作為探測節(jié)點控制器，通過漆包線自行繞制圓形空心天線,，分別構(gòu)成監(jiān)控終端和探測節(jié)點的無線收發(fā)電路,，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能,。

1 硬件電路設(shè)計
    該系統(tǒng)主要由監(jiān)測終端、探測節(jié)點和天線等組成,，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。圖1中,，液晶顯示器是處于調(diào)試需要,，連接至監(jiān)測終端，用以顯示探測節(jié)點的編號,、所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等信息,。收發(fā)電路均采用直徑為0.8mm的漆包線自行繞制成圓形空心線圈天線，直徑為(3.4±0.3)cm,。

1．1 發(fā)射電路
    監(jiān)測終端與探測節(jié)點的硬件電路相似,，監(jiān)測終端通過液晶顯示探測節(jié)點的編號、所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等信息并通過5 V開關(guān)電源供電,。而探測節(jié)點則沒有液晶顯示器,，通過2節(jié)普通干電池構(gòu)成3 V電源供電。發(fā)射電路使用單片機(jī)PCA寄存器產(chǎn)生3 MHz的振蕩頻率,，直接控制LC諧振線圈進(jìn)行振蕩,。C8051F330D單片機(jī)具有睡眠模式，可降低節(jié)點電路的功耗,，其內(nèi)部的編程計數(shù)器陣列(PCA0)提供增強(qiáng)的定時器功能,，與標(biāo)準(zhǔn)8051的計數(shù)器／定時器相比，不占用額外的CPU資源,。使用PCA0產(chǎn)生3 MHz的載波頻率,，以推挽方式輸出，增大后級諧振回路的發(fā)射功率,。
1．2 接收放大電路設(shè)計
    使用AD8656雙運(yùn)放芯片組成接收放大電路,。該運(yùn)放適合+2．7～+5．5 V電源電壓供電，是具有低噪聲性能的精密雙運(yùn)算放大器,。AD8656型CMOS放大器在滿共模電壓(VCM)范圍內(nèi)提供250 mV精密失調(diào)電壓最大值,，且在10 kHz處提供低電壓噪聲譜密度和0．008％的低真，無需外部三極管增益級或多個并行的放大器以減小系統(tǒng)噪聲,。通過干電池提供3V單電源供電,，接收放大電路如圖2所示。放大電路由AD8656進(jìn)行兩級放大,，抵消線圈所感應(yīng)到的信號電壓幅值因距離的增加而產(chǎn)生的衰減,，放大所接收到的微弱信號，增加無線傳輸距離,。系統(tǒng)接收電路經(jīng)D8656放大后的輸出電壓輸至單片機(jī)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換,，對數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼，而未采用檢波解調(diào)電路，可有效簡化電路結(jié)構(gòu),。

2 電路參數(shù)確定
2．1 發(fā)射電路設(shè)計計算
    發(fā)射電路通過單片機(jī)片內(nèi)PCA進(jìn)行控制,，采用單片機(jī)內(nèi)部12 MHz晶振，使用頻率輸出方式在單片機(jī)CEXn引腳產(chǎn)生頻率可編程的方波,，所產(chǎn)生的方波的頻率由式(1)確定,。
   
    為產(chǎn)生3 MHz頻率，計算得PCA0CPHn=0x02,，對單片機(jī)頻率進(jìn)行四分頻,，因此可通過單片機(jī)軟件設(shè)置寄存器PCA0的值在PCA0口產(chǎn)生3 MHz載波信號。
2．2 接收電路設(shè)計計算
    接收放大電路如圖2所示,，通過調(diào)節(jié)電容VC1調(diào)整接收諧振頻率,。發(fā)射電路頻率為3MHz，所繞制的線圈電感值通過儀器測量為1.8～1.85 μH,，通過式(2)計算所需的諧振電容
   
    計算得C=1 501～1 543 pF,，選用瓷片電容152電容和100 pF可調(diào)電容并聯(lián)接入電路。
    利用R1,、R2對正相輸入端加入一偏置電壓Vr,，使放大器放大電路工作。其值通過式(3)計算,。
   
    R3,、R4控制電路的放大倍數(shù)，令R3=1 kΩ,，R4=10 kΩ,，則第一級對交流信號的放大倍數(shù)Av=R4／R3=10。為了防止信號被濾除,，第二級使用反相放大電路,，偏置電壓不變，而增益為Av=R8／R7=5,。由上述計算可知,，接收信號通過運(yùn)放后，總增益達(dá)到50倍,，信號最大峰峰值達(dá)到2．8 V,，最小峰峰值達(dá)到0．3 V，通過單片機(jī)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換,，判斷信號的有無,。

3 軟件設(shè)計
    系統(tǒng)通過單片機(jī)片內(nèi)的A／D轉(zhuǎn)換功能直接對經(jīng)過放大后的正弦信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。連續(xù)檢測100次,，取得峰值和谷值,，然后計算信號的峰峰值,。由于測得噪聲電平在0．15 V左右。所以當(dāng)信號峰峰值大于0．3 V時,，可看作已接收到信號,，并通過均值濾波的方法降低誤碼率。
    發(fā)送數(shù)據(jù)時,，先發(fā)一個脈沖,，隨后在1．2ms內(nèi)發(fā)送一個有效位，之后維持3．6 ms的低電平,。連續(xù)發(fā)送8次即一個字節(jié)后,，再保持約18 ms的低電平，準(zhǔn)備發(fā)送下一個字節(jié),。
    接收信號時，通過判斷低電平的時間確定是否準(zhǔn)備發(fā)送有效數(shù)據(jù),，當(dāng)?shù)碗娖匠^9 ms時,，啟動接收程序。檢測到脈沖后,，延遲1．2 ms開始讀取數(shù)據(jù),，連續(xù)讀8次后，把一個字節(jié)保存起來,。時序圖如圖3所示,。

    采用軟件編程實現(xiàn)ASK調(diào)制功能，發(fā)射流程圖和接收流程圖分別如圖4和圖5所示,。

4 結(jié)論
    通過探測節(jié)點向監(jiān)測終端發(fā)送數(shù)據(jù),，當(dāng)監(jiān)測終端液晶屏指示“接收成功”時，表明在該距離下可以進(jìn)行通信,，不斷增大節(jié)點線圈與終端線圈之間的距離直到不能正常接收數(shù)據(jù)為止,。測試表明，有效通信距離可以達(dá)到24 cm,。在探測節(jié)點通過橋接的方式與監(jiān)測終端正常通信時,，測得橋接節(jié)點的平均功耗約為102 mW，而探測節(jié)點間的平均橋接距離約為20 cm,。
    與傳統(tǒng)無線收發(fā)模塊相比,。在需要大規(guī)模、密集型部署,、近距離無線通信,，并且電路體積、功耗,、成本受限制的場合,，基于C8051F系列單片機(jī)的無線收發(fā)電路有廣閼的應(yīng)用前景,。