一、引言
無線傳感器網(wǎng)絡將成百上千的傳感器節(jié)點布置在一個特定的區(qū)域內形成監(jiān)測網(wǎng)絡,，這些節(jié)點通過特定的協(xié)議高效,、穩(wěn)定、正確的組織起來,，協(xié)同工作完成某項應用任務,，達到數(shù)據(jù)采集、無線通信和信息處理的能力,。無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點可以實時傳送監(jiān)測數(shù)據(jù),，具有快速構建、部署方便的特點,，不易受到目標環(huán)境的限制,，因此在環(huán)境監(jiān)測、城市交通管理,、醫(yī)療監(jiān)護,、倉儲管理、汽車電子等領域有較好的應用,。
在無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng),，對采集數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù),、處理數(shù)據(jù),、發(fā)送數(shù)據(jù)等的功能要求各有兼顧，其處理能力,、存儲能力和通信能力都是對采集的數(shù)據(jù)進行管理和協(xié)同工作,，因此傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的軟硬件技術是傳感器網(wǎng)絡研究的重點。本文主要是對無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)的短距離接收進行設計探討,。
二,、接收節(jié)點工作原理
無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接收節(jié)點模塊主要由接收芯片T5743 和MCU 微處理器PIC18F6620 構成,，如圖1，發(fā)射端采用ATMEL 公司的的T5754 做為數(shù)據(jù)發(fā)射芯片,，與接收芯片T5743 相匹配,，以一定的發(fā)射接收頻率和數(shù)據(jù)傳輸速率協(xié)同工作。接收芯片T5743 通過DATA 串行雙向數(shù)據(jù)線與MCU微處理器PIC18F6620 的I/O 口進行通訊,，MCU 微處理器接收數(shù)據(jù)時,，用DATA_CLK 作為同步時鐘，微處理器PIC18F6620 向接收芯片T5743 發(fā)送指令時依靠特殊時序來達成數(shù)據(jù)接收和處理,。接收過程用軟件控制的方式來進行數(shù)據(jù)傳送和實現(xiàn)對接收芯片T5743 的控制,，在接收數(shù)據(jù)之前，微處理器PIC18F6620 通過DATA 線將MUC 內的程序寫入接收芯片的配置寄存器里,，對接收芯片進行配置,，隨后等待接收數(shù)據(jù)；當有數(shù)據(jù)來時,，由接收芯片T5743 的LNA_IN 端接入，經(jīng)低噪聲放大器放大后送入混頻器,，使其變換成中頻,；在中頻級，經(jīng)變換的信號在送入解調器之前被放大和濾波,。
三,、接收節(jié)點芯片
ATMEL的T5743芯片是集成UHF 無線電接收模塊，帶有PLL 鎖相環(huán)結構的接收芯片,，采用SO20 封裝[2],。T5743芯片是為滿足低數(shù)據(jù)率、低成本RF 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的要求而開發(fā)出來的,，其數(shù)據(jù)傳輸速度為1～10kB/s,，編碼方式為曼切斯特或雙相位方式，可用于接收頻率范圍為300MHz～450MHz（433.92MHz 和315MHz）的ASK 數(shù)據(jù)傳輸,；高靈敏度,，全集成VCO，可實現(xiàn)低功耗功能,，電源電壓4.5V~5.5V,；單端RF 輸出容易與天線或PCB 版的印制天線相適配；
工作溫度范圍為-40℃～105℃,。
T5743 芯片帶有一雙向串行數(shù)據(jù)接口DATA,，通過DATA 芯片可與MCU 進行串行通訊，交換信息,。它可以工作在2 種典型頻率433.92MHz 和315MHz,，由MODE 引腳來選擇,，置高為433.92MHz，置低為315MHz,，接收頻率在1kB～10kB 之間可選,，由軟件設定。設計中由于采用1MHz 中頻與前端SAW濾波器相配合實現(xiàn)了高鏡像抑制,，基于使新型SAW 器件,，達到了40dB 抑制，并能用簡單的雙向數(shù)據(jù)線實現(xiàn)與微控制器的通信,，利用單獨引腳經(jīng)微控制器實現(xiàn)電源管理,。
T5743 芯片的RF 前端是一個超外差結構，將射頻輸入信號變換成1MHz IF 信號,。RF 前端由低噪聲放大器LNA,，
本地振蕩器LO、混頻器和RF 放大器組成,。LO 是由PLL 鎖相環(huán)產生的載波頻率,，供混頻器使用。RF 信號經(jīng)RF 輸入腳LNA-IN 輸入,，在433.92MHz 時輸入阻抗為1000Ω/pF,，在設計輸入網(wǎng)絡時首先考慮噪聲匹配，適當調整元件值和印制板的分布電感電容與輸入端的匹配,，達到T5743 在高信噪比時靈敏度最高,。這樣，從RF 前端來的信號經(jīng)全集成4 階IF 濾波器濾波,，達到334.92MHz 的應用,，中頻的中心頻率為l MHz。
設計中解調器的工作方式由寄存器OPMODE 設置,，邏輯“L”設置解調器為FSK 方式,；邏輯“H”設置解調器為ASK方式。在ASK 方式使用了自動門限控制電路,，它將檢測參考電壓設置在一個能獲得好信噪比的適當值上,，這個電路也能有效抑制任何類型的帶內噪聲信號或競爭發(fā)射，如果S/N 超過10dB 即能很好檢測出數(shù)據(jù)信號,。在FSK 方式下,，如果S/N超過2dB 就能檢測出數(shù)字信號。
解調器的輸出信號,，經(jīng)數(shù)字濾波器濾波后送到數(shù)字信號處理電路,，數(shù)字濾波器的通帶與數(shù)據(jù)信號的特性相匹配。數(shù)字濾波器由1階高通和3 階低通濾波器組成,。高通濾波器的截止頻率fcu _ DF 由公式（1）決定,。低通濾波器的截止頻率由所選波特率范圍(BR-Range)決定,，BR-Range 在OPMODE 寄存器中設定，BR-Range 的設置必須與波特率相適應,。
無線傳感器網(wǎng)絡接收節(jié)點的數(shù)字電路和模擬濾波器的全部定時都是來自一個時鐘,。這一時鐘周期TCLK 是從晶體振蕩器經(jīng)分頻器得到的，分頻次數(shù)由MODE 引腳端的邏輯狀態(tài)控制[3],。晶體振蕩器的頻率是由RF 輸入信號決定的,，它也同時決定了本地振蕩器的頻率(fLO)。T5743 芯片的工作狀態(tài)是由OPMODE 和LIMIT 的兩個15 位RAM 寄存器進行設置的,，寄存器可由雙向DATA 口編程,。如果寄存器內容由于掉電而改變，這一狀態(tài)由一個稱為復位標識(RM)的輸出表示出來,，在這種情況下的接收電路必須重新編程,。在加電復位(POR)后，寄存器被置為默認模式,，如果接收機工作默認模式,，不需對寄存器編程。同樣,，如果接收電路不是在復位方式,，就會啟動相應的OFF 指令編程；如果接收電路處在復位方式,，相應的OFF 指令編程不會被啟動，在DATA 腳仍呈現(xiàn)復位標志,。
四,、接收節(jié)點電路
無線傳感器網(wǎng)絡接收節(jié)點芯片T5743 是一個高度集成的PLL 無線接收模塊，能夠接收并解調FSK 調制的曼徹斯特編碼數(shù)據(jù),，同時通過一個雙向數(shù)據(jù)口將其發(fā)送出去[4],。該無線接收芯片通過一個智能的輪詢方式使接收節(jié)點在大部分時間處于休眠模式，只有在監(jiān)測到有效傳輸時,，才會結束休眠模式轉換為接收模式,，并將數(shù)據(jù)流傳送給控制器。這樣,，可以最大限度地減少能量消耗,。圖2 為無線接收節(jié)點電路原理圖。
圖2 中接收芯片的T5743 的XTO 是參考晶振的出入端,，引腳LNA_IN 提供RF 到LNA 輸入,，設計采用的接收頻率為433.92MHz，所以fXTO=6.76438MHz,，將MODE 引腳設置為高電平,，數(shù)據(jù)時鐘周期TCLK 為2.0697μs,。DATA 引腳接到RB0 引腳，DATA_CLK 引腳接到RB2 引腳,，POLLING 引腳接到RC7 引腳,，IC_ACTIVE 引腳接到RF1 引腳，至此完成T5743 與MCU 微處理器PIC18F6620 的連接,。
接收芯片的T5743 的LF 引腳連接一個帶寬為100kHz 的無源環(huán)路濾波器,。LNA_GND 引腳的電感L 為25nH，L 是饋電電感,，以建立供電DC 通路,。C7 與L 一起形成串聯(lián)諧振電路。LNA_IN 引腳連接天線,，中間部分為T 型匹配網(wǎng)絡,。
五、數(shù)據(jù)傳輸誤碼率測試
對無線傳感器網(wǎng)絡接收節(jié)點接收數(shù)據(jù)有效性的測試,，必須通過驗證系統(tǒng)的性能進行,，在一定距離內進行系統(tǒng)通信測試時，判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院陀行訹5],。在對網(wǎng)絡接收節(jié)點的T5743 芯片完成輸入輸出波形和電路邏輯的時序檢測后,，將無線網(wǎng)絡接收節(jié)點與PC 機相連，改變發(fā)射端與接收端之間的距離,，測試通訊距離及相應的誤碼率,。設計中將發(fā)射端以5kB 的數(shù)據(jù)速率發(fā)送20062120133～20062240266 均勻遞增的測試數(shù)據(jù)，誤碼測試程序將接收到的數(shù)據(jù)與自己生成的數(shù)據(jù)序列（20062120133～20062240266）同步,、對比測得誤碼率,。表1 為接收節(jié)點的數(shù)據(jù)誤碼率測試結果。
在通信距離及通信誤碼率測試過程中,，5m～10m 通信距離中外界干擾對系統(tǒng)的影響較小,，甚至人為制造的電磁干擾對其通信誤碼率影響也較小，接收節(jié)點能夠穩(wěn)定有效的工作,；10m～30m 的通信距離,，外界的干擾對系統(tǒng)的影響較大，接收節(jié)點通信誤碼率上升,，但仍能滿足通訊要求,，接收節(jié)點工作性能出現(xiàn)間或不穩(wěn)定；大于30m 以上系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,，通信誤碼率上升很快,，接收節(jié)點已不能滿足通信數(shù)據(jù)傳輸要求。
六、結論
無線傳感器網(wǎng)以無線通信技術為基礎設計網(wǎng)絡接收節(jié)點,，采用RF 射頻接收芯片T5743 無線接收傳感器采集的數(shù)據(jù),，將接收數(shù)據(jù)經(jīng)過MCU微處理器PIC18F6620 處理，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸,。本設計實現(xiàn)了對傳感器采集數(shù)據(jù)的無線接收,，在短距離無線通信中能夠有效、準確的接收數(shù)據(jù),，減少誤碼率的發(fā)生,。