以收音芯片CXA1019 為核心， 巧妙結合編碼技術和單片機技術， 實現(xiàn)了一個高靈敏度的無線傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特色在于將高靈敏度的收音技術與數(shù)字技術相融合，使系統(tǒng)具有性能優(yōu)良、造價低廉、調整方便等優(yōu)點，能很好地滿足各種常規(guī)的無線數(shù)據(jù)傳輸需求。

　　隨著社會生活和生產(chǎn)領域自動化和智能化程度的不斷提高， 各種智能控制和采集系統(tǒng)已在環(huán)境監(jiān)測、工農(nóng)業(yè)控制、安防等領域得到了廣泛應用， 其中高質量的數(shù)據(jù)傳輸是保障系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠運行的先決條件。與傳統(tǒng)的硬接線傳輸方式相比， 無線傳輸因具有距離遠、成本低、維護方便、安裝簡單和配置靈活等優(yōu)點而備受青睞。目前無線數(shù)據(jù)傳輸方案多采用專用數(shù)傳模塊實現(xiàn)， 這些專用模塊具有功能多樣、技術成熟、易于使用等優(yōu)點， 但一般來說價格較高。當需要大量布設節(jié)點時采用專用模塊的系統(tǒng)造價會大大提高， 難以滿足低成本、多節(jié)點應用環(huán)境下的用戶需求。

　　基于這一點， 本文提出了一種基于CXA1019 的低成本無線數(shù)傳方案， 主要面向數(shù)據(jù)量小、節(jié)點數(shù)多、成本敏感的無線傳輸需求。該方案將傳統(tǒng)的收音技術與現(xiàn)代數(shù)字技術相結合， 在保留CXA1019 靈敏度高、調節(jié)方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點的基礎上， 通過編碼器件和單片機功能擴展， 實現(xiàn)了數(shù)字信號的無線傳輸。CXA1019 是一款性能優(yōu)良的收音芯片， 但缺點是無法進行數(shù)字通信， 如何基于CXA1019 實現(xiàn)數(shù)字擴展是本文的研究重點。

　　無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩部分組成。發(fā)射部分結構較簡單， 由分立元件搭建， 采用AM 調制方式。

　　接收部分的核心是CXA1019 芯片， 配以必要的外圍電路。由于設計中僅利用到了CXA1019 的放大、混頻和濾波功能， 其他隸屬收音功能的各種繁雜電路皆可省去，從而電路結構得以大大簡化。編碼和解碼芯片采用PT2262 和PT2272 ， 使用編解碼既保證了數(shù)據(jù)通信可靠，還能利用編解碼芯片的地址設置功能實現(xiàn)多點通信。整個系統(tǒng)由分布于不同位置的多個從節(jié)點和一個主節(jié)點構成。為驗證系統(tǒng)功能， 各節(jié)點均設置了一個溫度傳感器DS18B20 ， 主節(jié)點定時與從節(jié)點通信獲取現(xiàn)場溫度。

　　系統(tǒng)拓撲和節(jié)點結構如圖1、圖2 所示。

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　　1 接收電路

　　接收電路包括射頻前端和數(shù)字處理兩部分， 下面分別予以介紹。

　　（1） 射頻前端

　　射頻接收的一般結構應包括天線、預選濾波器、低噪放大器、混頻器和中頻濾波器， 如果每一部分都獨立設計， 則不僅設計調試的難度和工作量很大， 成本也會較高。本文利用CXA1019 的內(nèi)部電路， 配以少許外部元件， 不但完全實現(xiàn)了射頻接收的功能， 而且簡化了設計，節(jié)省了時間和造價兩方面的設計開銷。

　　CXA1019 是日本索尼公司研制的單片大規(guī)模收音電路， 因其集成度高、外圍元件少、性能優(yōu)良， 在我國相當流行， 廣受歡迎的“ 德生” 收音機內(nèi)部多數(shù)采用了這款芯片[ 2]。CXA1019 包括了AM/FM 收音機從天線輸入、高放、混頻、本振、中放、檢波直至音頻功放的全部功能。

　　圖3 所示為CXA1019 調頻電路部分（ 圖中檢波解碼部分是本設計的擴展） 。

采用CXA1019 調頻收音時， 無線信號經(jīng)帶通濾波器濾除87 MHz~109 MHz 以外的信號， 進入12 腳進行高頻放大。接收機設計中第一級放大器是關鍵，CXA1019 內(nèi)置的低噪聲高放性能優(yōu)異， 保證了系統(tǒng)具有較高的靈敏度。放大后的信號與本振混頻產(chǎn)生10.7 MHz 的中頻信號。在正常收音模式下（ 如圖中虛線所示） ， 該中頻信號經(jīng)10.7 MHz 陶瓷濾波器選頻后接至17 腳， 在內(nèi)部鑒頻、檢波和音頻放大， 最后驅動揚聲器發(fā)聲。

　　由以上分析可以做一設想： 如果有一ASK （ 振幅鍵控） 信號， 載頻在87 MHz~109 MHz 之間， 則這個信號可以通過帶通濾波器進入高放和混頻電路。通過調節(jié)本振， 可以在陶瓷濾波器輸出端獲得10.7 MHz 的ASK 信號， 此信號仍保留著原始的調制信息， 只是載頻有所降低， 這正是希望得到的中頻ASK 信號。對這個信號再做檢波和解碼處理， 即可得到所需的數(shù)字信號。經(jīng)實驗驗證， 這個設想是可行的。

　　具體設計如圖3 所示。改造方法十分簡單， 在原CXA1019 調頻電路的基礎上， 斷開10.7 MHz 濾波器與17 腳的連接， 將濾波器的輸出接至后面的檢波電路。

　　CXA1019 的其他功能如中波和短波接收均未用到， 與之關聯(lián)的電路皆可省去， 使設計和調試的任務大大減輕。

　　實際調試時要注意適當調節(jié)高放和本振的兩個調諧回路， 同時觀察陶瓷濾波器的輸出， 盡量使輸出幅度最大，噪聲和失真最小。

　　2 發(fā)射電路

　　待發(fā)送的信號首先通過PT2262 編碼生成脈沖串，然后調制高頻振蕩器產(chǎn)生ASK 信號經(jīng)天線發(fā)射出去，其結構如圖4 所示。數(shù)字信號控制發(fā)射管基極導通與關斷， 從而使振蕩器輸出振幅隨調制信號的變化而在最大值和零值兩種狀態(tài)間變化， 即得到所需的ASK 信號。振蕩器接成克拉潑形式， 采用聲表面波器件SAW 穩(wěn)頻。

　　SAW 工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)， 使電路具有很高的穩(wěn)定性。

　　振蕩器工作頻率計算公式為：

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　　本設計將振蕩頻率設定在90 MHz 。

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　　3 編解碼電路

　　無線通信易受干擾影響， 需要采用編解碼技術提高檢錯和容錯能力， 保證數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)采用PT2262/PT2272 完成編解碼功能。PT2262/PT2272 是一對帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線發(fā)射接收芯片。發(fā)射時（ 見圖4） 單片機將數(shù)據(jù)送至PT2262 數(shù)據(jù)引腳（7、8 、10-13） ， 置14 腳為低電平啟動發(fā)射， 由17 腳輸出串行脈沖信號作為調制信號。解碼時（ 見圖5 ） ， 來自10.7 MHz 濾波器的ASK 信號先經(jīng)VD、C1、R2檢波， 再通過LM358 放大后送入PT2272 的解碼輸入14 腳。解碼成功時VT 由低變高， 解碼后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)引腳上供單片機讀取。需要注意的是， 發(fā)射和接收芯片地址碼設置必須相同，PT2272 對收到的信號要進行2 次地址比對， 只有地址正確才有有效數(shù)據(jù)輸出。

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　　4 單片機程序設計

　　為驗證系統(tǒng)功能， 將溫度數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源， 溫度數(shù)據(jù)的采集由DS18B20 實現(xiàn)。單片機是整個系統(tǒng)的控制核心， 其任務主要有3 個： （1） 控制DS18B20 定時采集溫度數(shù)據(jù)； （2） 控制數(shù)據(jù)收發(fā)； （3） 驅動鍵盤和顯示電路， 實現(xiàn)人機交互（ 只有主節(jié)點具備該功能） 。出于實驗目的，單片機選擇常用的AT89S51， 但實際應用時應選擇低功耗的單片機， 以保證電池供電條件下能持久工作。

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整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 采用一主多從的結構， 主從通信協(xié)議是半雙工的查詢方式。主節(jié)點定時輪流向各節(jié)點發(fā)出含有節(jié)點地址碼的查詢命令。每個從節(jié)點都編有不同的地址， 從節(jié)點僅對與自身地址相符的命令作出回應， 將采集的溫度數(shù)據(jù)發(fā)回主節(jié)點。采用查詢方式避免了節(jié)點間通信的沖突現(xiàn)象， 而且協(xié)議簡單， 易于實現(xiàn)。對于實時性要求不高的數(shù)據(jù)采集應用， 查詢方式足以滿足要求。系統(tǒng)軟件流程如圖6、圖7 所示。

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圖6 主節(jié)點查詢接收流程圖

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圖7 從節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖

　　本文提出的CXA1019 與數(shù)字技術相結合的無線傳輸方案具有較高的性價比和一定的實用價值， 特別適于節(jié)點數(shù)量多、成本要求低、數(shù)據(jù)傳輸量不大的應用場合。

　　經(jīng)實測， 制作的實驗電路在80 m 內(nèi)無障礙物的條件下數(shù)據(jù)正確率為100%。如果對電路進一步優(yōu)化， 可以擴展通信距離， 優(yōu)化措施主要有： （1） 加大發(fā)射功率； （2） 調整發(fā)射與接收端的天線匹配電路至最佳狀態(tài)；（3） 采用FSK等抗干擾能力更強的調制方式。另外， 改進制作工藝， 合理化布局布線， 也是提高性能的重要手段。

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