短距离无线数传系统设计.docx
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短距离无线数传系统设计
短距离无线数传系统设计
、[摘要]无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签等领域中。
编解码芯片PT2262/PT2272组成的电路，由于具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，广泛应用于各类的无线遥控器、无线报警器以及玩具等其他小型电器装置。
通过PT2262/PT2272把数据加载在无线模块上发射出去，具有广泛的应用。
用单片机控制PT2262/PT2272，会达到更广泛的应用。
[关键词]PT2262/PT2272，无线通信，单片机。
[中图分类号]TN702[文献标志码]A
Shortdistancewirelessdatatransmissionsystem
、
[Abstract]Wirelessdatatransmissioniswidelyusedinvehiclemonitoring,remotecontrol,telemetry,miniwirelessnetwork,wirelessmeterreading,accesscontrolsystems,paging,areaofindustrialdataacquisitionsystem,inthefieldofwirelesslabel.CodinganddecodingchipPT2262/PT2272compositioncircuit,duetotheirsmallsize,lowpowerconsumption,strongfunction,lowcost,widelyusedinvarioustypesofwirelessremotecontrol,wirelessalarmaswellastoysandothersmallelectricaldevice.ThroughthePT2262/PT2272loadingdatainawirelessmodulelaunchout,hasabroadapplication.UsingMCUtocontrolPT2262/PT2272,willachievethemorewidespreadapplication.
[Keywords]PT2262/PT2272,Wirelesscommunication,SCM.
目录
[摘要]II
[Abstract]III
1.绪论1
1.1概述1
1.2无线数据传输技术的发展1
2.设计方案3
2.1无线数据传输原理3
2.2设计要求4
2.3整体思路设计4
2.4各模块设计5
2.4.1PT2262/PT2272编解码模块5
2.4.2无线模块9
2.4.3AT89C51模块12
2.4.474LS373驱动模块14
3.综合电路设计15
3.1各部分电路图15
3.1.1发射电路图15
3.1.2接收电路图15
3.1.3整体电路图16
总结17
致谢18
参考文献19
附录A20
附录B21
附录C22
附录D23
1.绪论
1.1概述
随着因特网、多媒体和无线通信技术的发展，人们与信息网络已经密不可分。
当今无线通信在人们生活中扮演着越来越重要的角色，低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈追求，作为无线通信技术一个重要的分支短距离无线传输技术正逐渐引起越来越广泛的关注。
作为无线产业的新领域，短距离（几米到几百米之间）无线数据传输显示出强劲的发展后劲，在全民经济的许多领域尤其是在工业测控上的应用日益广泛，发挥的作用也越来越重要，典型应用包括：
身份识别，安全防火，无线遥控，数据通信等。
在一些特殊情况下，这种无线数据传输是实现数据传输的唯一方式，为短距离无线监控系统的研究提出了独特的应用领域。
时至今日，无线技术的应用已经渗透到各行各业的角角落落：
看看你身边的收音机，或者也许你的手机正铃声大作，你就知道它的普及之广，用处之大了。
随着无线技术的快速发展，短距离无线数据传输技术呈现出强劲的发展后劲。
短距离无线数据传输的范围很广，在一般意义上，只要收发双方通过无线电波传输信惠，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米到几百米，就可以称为短距离无线数据传输。
短距离无线数据传输技术具有应用广泛、种类多样、频段丰富、免执照申请等特点，近期的发展情况表明，该领域将形成一个巨大的新兴产业。
1.2无线数据传输技术的发展
随着网络及通信技术的飞速发展，人们对无线通信的需求越来越大，人们在享受蜂窝移动通信系统带来的便捷的同时，对短距离的无线透信又提出了新觞需求，这释短距离的无线通信主要用于家庭、办公室、商场等室内场所，有时也用于室外环境。
这种技术的应用大大改善了人们的生活与工作质量，对现有的无线长距离通信技术是一个很好的补充。
短距离无线数传系统：
泛指在较小的区域内提供无线数据的传输。
主要工作在高频段，使用全向天线和线路板天线。
一个典型的短距离无线通信系统基本包括一个无线发射器和一个无线接收器。
无线技术是通过无线电波在自由空间（包括空气和真空）传播信息的技术，它利用导体中电流强弱的改交会产生无线电波这一原理，将信息加载于无线电波之上，当电波通过空间传播到达接收端电播引起的电磁变化会在导体中产生电流，透过一定地方法将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息与数据传输的目的，同时又由于无线频率资源的日渐珍贵，消费类电子产品市场需求的激增，这其中的无线短距离通信技术更是受到了各国工业界和研究机构的广泛关注。
短距离无线数据传输最流行的标准有蓝牙（Bluetooth），802．1lb（Wi-Fi）和IrDA，这些协议和标准各有优劣，各有自己擅长的应用领域，有的适合于办公环境，有的适合于个人应用，有的则更适合家庭用户。
（1）蓝牙技术（Bluetooth）
蓝牙技术使用全球统一开放的2．4GHz的ISM段，采用跳频扩频FHSS技术实现设备之间的无线互连，有穿透能力，能够全方位传送，主要面对网络中各种数据和语音设备。
蓝牙技术作为一种新兴的技术，主要具有以下特点：
规范的开放性、产品的互操作性及兼容性、公用通信频段以及提供大容量的语音和数据网络。
蓝牙技术目前只是一种行业联盟制定的短距离无线通信规范。
（2）IEEES02．11b（Wi—Fi）
IEEE802．11b技术标准是无线局域网的国际标准，使用2．4GHz的ISM频段，采用直接序列扩频DSSS技术进行调制解调增强了抗干扰能力，提高了传输速度。
802．11b无线网络的最大优点是兼容性，802．1lb支持的范围在室外为300m，在办公环境中最长为100m。
（3）红外通信技术（IrDA）
红外通信技术IrDA（InfraRedDataAssociation）采用人眼看不到的红外线传输信息，是使用最广泛的短距离无线通信技术。
红外技术采用点到点的连接方式，发射、接收具有方向性，具有体积小、功耗低、连接方便、简单易用、数据传输干扰少、速度快、保密性强、成本低廉的特点。
广泛应用于各种遥控器，笔记本电脑，PDA，移动电话等移动设备。
此外还有一些具有发展潜力的近距无线技术标准，如HomeRf等，它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求：
或着眼于功能的扩充性；或符合某些单一应用的特别要求；或建立竞争技术的差异化等，但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。
短距离无线数据传输技术一般使用单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，工作于ISM（工业、科学、医疗）频段，通信模块包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，用户不必对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能，因其功率小、开发简单快速而在工业、民用等领域得到广泛的应用。
2.设计方案
2.1无线数据传输原理
无线数据传输是以电信号的形式进行的，它由发送端、接收端、信道等各部分组成，信道就是电磁波传播的途径。
一般来说，信号源的信息含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。
基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输，这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号，这个过程叫做调制。
调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的，这个过程是通过发射机来实现的具体过程见下图2.1：
图2.1发射端框图
在发射端，振荡器的作用是产生最初的高频信号，它的频率等于或低于所需的工作频率，在后一种情况下，倍频器输出的信号频率为震荡器频率的整数倍，高频功率放大器的主要功能是将震荡器或倍频器输出的小信号放大到足够的功率电平，用以推动功率更大的高频输出功率放大器，输出功放的一个功能是直接产生大功率的高频信号，并发送到发射天线上去，另一个功能是对高频信号进行振幅调制，使高频信号的振幅随传送信号的大小而变化。
与调制对应的过程是解调，是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程，方框示意图如图2.2：
图2.2接收端框图
由图可见在接收端是一个相反的过程，是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。
接收机输入端的高频放大器的功能是对天线上收到的所需信号进行初步的选择和放大，“选择”就是只选取频率为正的所需信号，抑制其它频率的无用信号。
2.2设计要求
用无线编码解码模块PT2262/2272设计短距离无线数传系统，可实现在较短距离范围（15米以内）无线数传，并具有传输数据的实时显示功能（数码显示管），该设计可采用纯硬件或单片机控制两种模式。
2.3整体思路设计
发射部分：
用矩阵键盘把要发射的数据送到一号单片机的P0口，用一号单片机P1口控制编码芯片PT2262，用PT2262芯片组成无线发射装置，作为发射数据。
并用lcd12864把发送的数据显示出来。
数据发射头采用315MHZ无线发射头。
接收部分：
PT2272模块的315MHZ无线接收其数据。
其次，用PT2272芯片的四位数据输出连接二号单片机P2口作为单片机输入，单片机与lcd12864相连，把接收到的数据显示出来。
设计方框图：
图2.3发射模块方框图
图2.4接收模块方框图
2.4各模块设计
2.4.1PT2262/PT2272编解码模块
PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编/解码电路，是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。
PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态（悬空,接高电平,接低电平）地址设定管脚,任意组合可提供531441个地址码。
PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚（Dout）串行输出，可用于无线遥控发射电路。
PT2262和PT2272的引脚排列见图2.5。
对于编码器PT2262，A0～A5共6根线为地址线，而A6～A11共6根线可以作为地址线，也可以作为数据线，这要取决于所配合使用的解码器。
若解码器没有数据线，则A6～A11作为地址线使用，这种情况下，A0～A11共12根地址线，每线都可以设置成“1”、“0”、“开路”三种状态之一，因此共有编码数312＝531441种；但若配对使用的解码器的A6～A11是数据线，例如PT2272，那么这时PT2262的A6～A11也作为数据线用，并只可设置为“1”和“0”两种状态之一，而地址线只剩下A0～A5共6根，编码数降为36=729种。
图2.5PT2262/PT2272引脚排列图
该编解码器的编码信号格式是：
用2个周期的占空比为1:
3（即高电平宽度为1，低电平宽度为2，周期为3）的波形来表示1个“0”，用2个周期的占空比为2:
3（即高电平宽度为2，低电平宽度为1，周期为3）的波形来表示1个“1”，用1个周期的占空比为1:
3的波形紧跟着1个周期的占空比为2:
3的波形来表示“开路”。
地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。
编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。
解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。
PT2262每次发射时至少发射4组字码，因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。
M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。
后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时（PT2272-M6），对应的地址编码应该是6位。
PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，一般要求译码器振荡频率要高于编码器振荡频率的2.5～8倍，否则接收距离会变近甚至无法接收，随着技术的发展市场上出现一批兼容芯片，在实际使用中只要对振荡电阻稍做改动就能配套使用。
在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。
市场上大部分产品都是用2262/1.2M＝2272/200K组合的，少量产品用2262/4.7M＝2272/820K。
PT2262编码电路与PT2272解码电路一般配对使用，PT2262的特点是在其内部已经把编码信号调制在了一个较高的载频上。
要把遥控编码信息用无线方式（红外线或无线电等）传送出去，必须有载体（载波），把编码信息“装载”在载体上（调制在载波上）才能传送出去，因此需要一个振荡电路和一个调制电路。
PT2262编码器内部，已包含了这些电路，从DOUT端送出的是调制好了的约38kHz的高频已调波，因此使用起来非常方便，适用于红外线和超声波遥控电路。
表1：
编码电路PT2262管脚功能表
名称
管脚
说明
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
表2：
解码电路PT2272脚管功能表
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”（悬空）,必须与2262一致,否则不解码
D0-D5
7-8、10-13
地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
DIN
14
数据信号输入端，来自接收模块输出端
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端
VT
17
解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平
振荡电阻：
PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，否则接收距离会变近甚至无法接收，在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越低，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。
相对来说PT2262用1.2M，2272用200K配套发射效果比较好。
其他品牌的振荡电阻如何配套请参照各厂家提供的技术资料，目前2262和2272品牌比较多，振荡电阻配套也比较混乱。
还有2272解码芯片的工作电压的最小值和最大值也标注不同，有的标注在2.4-6V有的是2.4-15V有的是4-18V使用时请注意查阅各厂家提供的技术资料。
根据我们多年的的试验情况，各种品牌的2272工作电压在3-5V比较可靠，最低工作电压2.4V没有问题，最高工作电压超过5V易烧毁。
特别需要注意2272的地址端高电平不得超过18脚的工作电压。
PT2262/PT2272典型应用：
图2.6PT2262的典型应用
图2.7PT2272的典型应用
2.4.2无线模块
用途DF无线数据收发模块，无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。
DF发射模块：
图2.8DF发射模块
主要技术指标：
a.通讯方式：
调幅AM
b.工作频率：
315MHZ
c.频率稳定度：
±75KHZ
d.发射功率：
≤500MW
e.静态电流：
≤0.1UA
f.发射电流：
3～50MA
g.工作电压：
DC3～12V
DF数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。
特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。
声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。
DF发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。
比如用PT2262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。
DF数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。
当发射电压为3V时，空旷地传输距离约20～50米，发射功率较小，当电压5V时约100～200米，当电压9V时约300～500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。
当电压大于l2V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。
这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。
天线最好选用25厘米长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时收很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的20％甚至更少，这点需要在开发时注意考虑。
DF数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与DF发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则DF发射模块将不能正常工作。
数据电平应接近DF数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。
DF发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌。
DF模块的传输距离与调制信号頻率及幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机的灵敏度，收发环境有关。
一般在开阔区最大发射距离约800米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。
DF超再生接受模块的等效电路图
图2.9DF超再生接受模块的等效电路图
主要技术指标：
a.通讯方式：
调幅AM
b.工作频率：
315MHZ
c.频率稳定度：
±200KHZ
d.接收灵敏度：
－106DBM
e.静态电流：
≤5MA
f.工作电流：
≤5MA
g.工作电压：
DC5V
h.输出方式：
TTL电平
DF接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为－105dbm，接收天线最好为25～30厘米的导线，最好能竖立起来。
接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。
这种电路的优点在于：
a.天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线
b.输出端的波形相对比较干净，干扰信号为短暂的针状脉冲，所以抗干扰能力较强。
c.DF模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。
d.采用带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。
可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整范围，而可调电感可以做到多圈调整。
可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频率。
另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感。
单片机模拟2262时一般都很正常，然而单片机模拟2272解码时通常会发现遥控距离缩短很多，这是因为单片机的时钟频率的倍频都会对接收模块产生干扰，51系列单片机工作的时候，会产生比较强的电磁辐射，频率范围在9MHZ-900MHZ，因此它会影响任何此频率内的无线接收设备的灵敏度，解决的方法是尽量降低CPU晶体的频率。
测试表明：
在1M晶体的辐射强度，只有12M晶体时的1/3，因此，如果把晶体频率选择在500K以下，可以有效降低CPU的辐射干扰。
另外一个比较好的方法是：
将接收模块通过一个3芯屏蔽电缆（地，+5V，DATA，屏蔽线的地线悬空）将模块引出到离开单片机2米以外，则不管51CPU使用那个频率的晶体，这种干扰就会基本消除。
对于PIC单片机，则没有上述辐射干扰。
可以任意使用。
还可以改用频点较高的接收频率，如433MHz就可增加遥控距离，或者需要采用一些抗干扰措施来减小干扰。
比如单片机和遥控接收电路分别用两个5伏电源供电，将DF接收板单独用一个78
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