单工无线呼叫系统.doc

单工无线呼叫系统摘 要在科学、合理的方案设计与功能部件选用的基础上，具体实现了性能指标较为理想，且功能较为丰富、实用的单工无线呼叫系统。由于选用功能较为强大的增强型单片机at89s52作为信息处理核心，从而有效地简化了外围硬件的设计与系统实现。灵活运用具有内置信号放大功能和编/解码功能的tx-2b和rx-2b遥控专用集成电路组，采用晶体稳频振荡电路，结合相关智能处理软件，有效地实现了稳定的数据信号无线传输。本系统具有整体功耗低（20mw）、接收灵敏度高、通信距离远（10m）、电路简单、成本低、频率稳定、数据传输快速可靠、语音清晰、全中文提示等特点，能实现拨号选呼和一点对多点群呼功能，语音传送和英文短信传送功能，以及从站接收信号提醒功能。本系统充分实现了题目的设计要求（包括所有基本部分和发挥部分的要求），并且具有良好的可扩展性，可通过与pc联机以进一步实现具有更多功能和更大规模的无线呼叫和数据传输系统。关键词：单工，无线，呼叫系统，短信，语音，嵌入式系统 abstracton the basis of scientific, reasonable project design and function components selection, this paper realizes simplex wireless request system, which has ideal performance and abundant, practical functions.due to selecting the enhancement type single chip computer at89s52 as the information-processing kernel, the peripheral equipment design and implement is effectively simplified. this paper effectively realizes the steady digital signal wireless transmission by the approaches as follows: flexibly adopting tx-2b and rx-2b (asic groups dedicating to telecontrol) provided with the interior signal amplified function as well as the coding/decoding function, using crystal constant frequency oscillator, and combining the relative intelligent processing software.this system has major advantages , including low power dissipation (20mw), high receiving sensitivity, far communication distance(10m), simple circuit, low cost, steady frequency, fast and dependable digital transmission, clear speech sound, and chinese prompt interface etc. . this system realizes the intercall function, the onetomany call function, the voice transmission function, and the english message transmission function, along with the reminding function provided by the slave station on receiving signal.this system realizes the theme design requirement (including the elementary parts and the advanced parts) at large. it has high expandability, and can realize wireless request and data transmission system possessing of more functions and larger scale by connecting with pc.keywords: simplex, wireless, request system, short message, speech sound, embedded system目录一、方案论证与比较11、语音传输模块12、显示模块23、系统总体结构3二、硬件模块实现31、发射部分31）语音输入电路32）切换电路43）振荡电路44）信号调制放大电路42、接收部分51）超再生接收放大电路52）语音输出电路63、键盘与显示部分7三、软件设计81、数据传输时序82、主/从站程序流程8四、系统测试与数据分析111、测试仪器及主要指标清单112、实测数据及实测波形111）信号传输距离及效果测试112）波形失真度测试12五、测试结果分析13六、特色自评14参考文献15附录16附录1 系统电路图16附录2 部分程序清单181、主站部分子程序182、从站部分子程序20一、方案论证与比较遵循题目基本要求和发挥部分的要求，本设计采用主站与8个从站（可扩充）的主从通信整体系统结构。以下对主站、从站相关的几个重要模块方案进行论证与比较。1、语音传输模块方案一：发射部分采用直接调频发射方式，调制信号经频率调制和高频放大后，再经倍频电路倍增高频载波频率，然后通过高频功率放大器放大输出。接收部分采用超外差接收电路，天线接收到的高频信号，经高频放大器放大，与本机振荡器输出的另一高频信号进入混频器进行混频；混频器输出的多频率分量的信号，经中频放大器选频放大后到鉴频器解调出音频信号，再经音频放大器放大以驱动扬声器 。其发射电路与接收电路原理分别如图1-1、图1-2所示。图1-1 发射电路原理框图图1-2 接收电路原理框图方案二：发射部分主振级采用晶体稳频振荡器以产生载波信号，经高频大器放大，再经调制器将载波信号与音频信号进行混频，然后由高频功率放大器将放大后的信号经天线发送出去。本方案的接收部分仍采用与方案一相同的超外差接收电路。其发射电路与接收电路原理分别如图1-3、1-4所示。图1-3 发射电路原理框图图1-4 接收电路原理框图方案三：发射部分主振级采用晶体稳频振荡器以产生载波信号。载波信号与音频信号送至调制放大器进行调制再经天线将高频信号发送出去。接收部分采用超再生接收电路，此方案仅由一级超再生检波电路构成，即可完成信号选择、信号放大及解调功能。为使信号达到一定的幅度，推动输出级，通常在超再生检波级后还附加有低放级。其发射电路与接收电路原理如图1-5、1-6所示。图1-5发射电路原理框图图1-6 接收电路原理框图综合考虑性价比及可实现性等因素，最终选定方案三。其优点是：发射部分采用晶体稳频振荡器，由于石英晶体的物理和化学性质都十分稳定，因此可以保证振荡器的频率稳定度较高（在谐振频率附近，晶体振荡器的q值也可达到很高，不会产生频率漂移现象），而且硬件简单容易实现；接收部分采用的是有较高灵敏度的超再生接收电路，能有效接收微弱的信号，即在相同功率下可增大接收距离，且超再生接收电路价格低廉。2、显示模块方案一：采用led数字显示。该方案只能显示有限的符号和数字，硬件连线较多，不便于制作和调试，且不太适合英文显示。方案二：点阵式lcd显示。该方案采用自带flash rom汉字库的点阵式lcd，显示功能强大（如可以实现包括汉字、ascii码等的显示功能）。该方案能够实现数据实时显示和全中文界面，从而人机交互友好。充分考虑系统需要实现中、英文显示等功能，最终决定选用方案二，即点阵式lcd显示。3、系统总体结构本系统以89s52单片机为核心，采用晶体稳频振荡，灵活运用tx-2b和rx-2b遥控专用集成电路组的内置信号放大功能和编解码功能，实现数据信号的无线传输。系统总体结构如图1-7所示。图1-7系统总体结构图二、硬件模块实现1、发射部分1）语音输入电路音频放大电路采用工作点稳定、电路噪声低、频带宽、信号输出失真小的电压负并联反馈电路来实现，其电路增益为话筒选用灵敏度较高的crz-2型驻极体话筒，语音输入电路原理如图2-1所示。c1815为高频小功率三极管，其150，足以满足电路要求。c1815与r17、r18构成电压负反馈音频放大电路。图2-1语音输入电路原理图2）切换电路切换电路可方便地实现线路输入、语音调制信号输入、数字调制信号输入等三种输入方式的灵活切换。具体实现切换的方法为：当需要线路输入时，将线路输入插头插入耳机插座即可；当需要数字调制信号输入时，按下sb3；当需要语音调制信号输入时按下sb2、sb3。电阻r15在线路输入时起衰减作用，有效改善线路输入时引起的波形失真，切换电路原理如图2-2所示。图2-2切换电路原理图3）振荡电路发射电路的核心是晶体稳频振荡电路，其原理如图2-3所示，三极管c1815以及外围元件组成电容三端振荡电路，选用39.6792mhz晶振，以实现题目规定范围30mhz 40mhz的要求。r2、r3为偏置电阻，c6为旁路电容，led为电源工作状态指示。图2-3振荡电路原理图4）信号调制放大电路调制放大电路作为发射电路的一部分具体实现信号输出功能。三极管c1815的特征频率及最大耗散功率均满足电路设计要求。其原理如图2-4电路所示：图2-4信号调制放大电路原理图2、接收部分1）超再生接收放大电路超再生接收电路的作用是接收发射电路发射的信号，“捡”出所需要的信号经放大后发送给音频功放电路或rx-2b解码模块。电路如图2-5所示。放大部分是由rx-2b内部的两个反相放大器及相应的外围元件组成。其中，使用rx-2b内部的两个放大器以实现两级放大从而保证了电路的灵敏度。l1、c2组成lc选频网络，其回路谐振频率为：f0=1/2因谐振频率f0要与主站发射频率一致，即f0=39.6792mhz，选c2=35p，则l1=1/（2f0）2xc2=1/（2x3.14x39.6792x106）2x35x10-12=46h所以l1选用了64h的可调电感。可调电感l1、高频阻流圈l2等组成超再生检波电路。图2-5超再生接收放大电路原理图2）语音输出电路语音输出电路（其电路原理如图2-6所示）由以下几个功能模块组成：（1）考虑到呼叫时从站地址必须与主站地址相符才能实现语音通信，所以本电路以程序控制继电器的吸合来实现从站语音通信。（2）考虑到音频输出信号的功率过低，难以推动耳机，因此需增加一级音频功放。本电路采用静态功耗低的lm386为核心，其电压增益为20db可调的音频放大电路. 其增益可根据实际情况调节rp所得到。图2-6语音输出电路原理图3、键盘与显示部分主站的键盘由采用4x4英文键及附加的功能转换键、信息发送键、语音呼叫键、单片机复位键等组成，从站键盘采用3x3键盘。主站及从站键盘均直接利用单片机i/o口进行控制。主、从站显示功能均选用ocmj4x8（128x64）点阵式液晶模块实现，该模块具有18引脚，其中包括8个数据端和3个控制端，可直接与单片机连接。主、从站显示电路如图2-7、图2-8所所在地示。图 2-7 主站显示电路原理图图 2-8 从站显示电路原理图三、软件设计1、数据传输时序软件设计的关键部分是无线通信的协定，tx2b和rx-2b芯片共有五个数据输出端，而在同一时刻只有两个输出端口可以输出数据；采用串行通信原理，先将数据由并行转换成串行进行发送，再由从站将数据进行串并行处理，因此tx2b和rx-2b芯片与单片机只有三条连接线（一条状态控制线flag，二条数据线db）。以控制端flag的上升沿作为数据传输的起始。数据传输时序如图3-1所示图3-1 数据传输时序图实验得出数据接收迟涉时间约为20ms，为了保证正确数据接收，因此本设计将数据发送时间作适当的延长约为230ms。传送一个字符时间约为(85+230)x4=1260ms。2、主/从站程序流程主站、从站程序流程分别如图3-2、3-3所示，具体程序详见附录2。图3-2主站程序流程图图3-3从站程序流程图四、系统测试与数据分析1、测试仪器及主要指标清单双踪示波器 tds1002（60m）信号发生器 fg-506万用表 mf4720db衰减器(自制，其原理如图4-1所示) 图4-1 20db衰减器2、实测数据及实测波形1）信号传输距离及效果测试（1）短信功能效果表4-1短信功能效果测试一览表 测试距离 （m）短信通信3575字符发送：ijnhy发送：ertyu发送：hjklg接收：ijnhy接收：ertyu接收：hjklg10字符发送：qwertyuiop发送：kijfnfijds发送：zxcvbnmasd接收： qwertyuiop接收：kijfnfijds接收：zxcvbnmasd15字符发送：tgbrtyuiopasdfg发送：oijgyrufhdnvhfd发送：wedcgfdsaqwerty接收：tgbrtyuiopasdfg接收：oijgyrufhdnvhfd接收：wedcgfdsaqwerty（2）语音功能效果测试表4-2语音功能效果测试一览表距离（m）效果结论3语音清晰符合设计要求5语音清晰符合设计要求7语音清晰符合设计要求9语音可辩、短信接收正确符合设计要求2）波形失真度测试实测发射频率为39.54mhz。波形失真测试：在主站的信号发送端输入频率为300hz3400hz的正弦波，去掉主从站的发送和接收天线，用一个功率衰减为20db的功率衰减器连接主、从站天线端子，通过示波器观察到的从站耳机两端波形。从连续频率调整过程实时观测的波形明显可以看出，本系统的失真非常小（无明显失真），其中在几个典型频率值处实测的波形如表4-3中各图所示。表4-3几个典型频率值下波形失真度测试结果一览表频率实测波形频率实测波形300hz1.5khz400hz2khz700hz3khz1khz3.4khz3)功率测试使用50w假负载电阻，测得静态功率和发射峰值功率如表4-4所示。表4-4功率测试数据表状态实测电压值（峰-峰值,mv）功率(mw)静态发射五、测试结果分析经过精确调节的高灵敏度超再生接收电路以及灵活运用rx-2b中的两级放大电路，本设计制作的单工无线呼叫系统通信距离较远，语音通信的清晰度较高。在数据通信，虽然由于受到芯片采购的限制没能使用专用的调制和解调芯片，但通过合理运用一种普通遥控编码和译码芯片（数据传输速度较慢）和可靠性设计，充分保证了接收数据的正确率。通过单片机控制实现的智能收发电路完全达到题目的所有要求（包括发挥部分的要求，包括语音、短信的选呼、群呼、群发等功能），并且提供了较好的功能扩展接口，以及良好的人机交互接口。六、特色自评1、功能实用、丰富，综合性能指标较优本系统具有整体功耗低、接收灵敏度高、通信距离远、电路简单、成本低、频率稳定、数据传输快速可靠、语音清晰、全中文界面提示等特点，能实现拨号选呼和一点对多点群呼功能，语音传送和英文短信传送功能，以及从站接收信号提醒功能。本系统充分实现了题目的设计要求（包括所有基本部分和发挥部分的要求），并且具有良好的可扩展性，可通过与pc联机以进一步实现具有更多功能和更大规模的无线呼叫和数据传输系统。2、成本低、经济性好单套系统（1主1从）：340元以内（其中包括主站、从站各一块lcd 所花费的300元）；考虑lcd成本随台套数明显下降等因素，千套系统成本将会显明低于上述值。3、人机交互友好本系统提供较为丰富、友好的人机接口，如lcd方式显示，信息到达从站时通过多媒体方式（包括显示、声音提醒等）提醒用户及时查看信息。4、功耗由于本嵌入式系统控制、通信等部分器件选用合理，使整个系统静态功率非常低，发射功率也远低于发挥部分所要求的指标，从而使本系统体现绿色、节能、环保的理念。5、保密性与安全性考虑到通信系统的保密性与安全性的要求，本系统设有主站、从站地址验证功能，在不一致时不提供信息显示并实时报错，从而使本系统具有较好的安全性与保密功能。参考文献1 王树本. 高频电子线路原理. 大连：大连理工大学出版社2 全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编. 北京：北京理工大学出版社3 谢自美. 电子线路设计实验测试. 武昌：华中科技大学出版社4 马忠梅. 单片机c语言应用程序设计. 北京：北京航空航天大学出版社5 谭博学. 集成电路原理及应用. 北京：电子工业出版社6 康华光. 电子技术基础模拟部分（第四版）. 北京：高等高教出版社7 何立民. 单片机应用技术选编. 北京：北京航天航空大学出版社8 李广弟等. 到单片机基础(修订本). 北京：北京航天航空大学出版社9 李军. 51系列单片机高级事例开发指南. 北京：北京航天航空大学出版社10 马忠梅等. 单片机的c语言应用程序设计. 北京：北京航天航空大学出版社11 崔忠勤等. 标准集成电路数据手册运算放大器. 北京：电子工业出版社附录附录1 系统电路图主站、从站整体系统原理分别如图附1-1、图附1-2所示。图附1-1主站整体系统原理图图附1-2从站整体系统原理图附录2 部分程序清单1、主站部分子程序/*-发送信息-子程序-*/ void data_send(void) uint m; uchar i,j; if(!pd&tab1) pd=1; tabjj+1=0x13; /结束标志jj=0;send(0xf4); disp_chn(0x02,0x01, 发送中); write(0x0e,0x0e,0x2e); /字符“.” write(0x0f,0x0e,0x2e); write(0x10,0x0e,0x2e); delay1(2); for(i=0;tabi!=0;i+) /发送数据 m=tabi; for(j=0;j2; send(0xf4); /lcd清屏 disp_chn(0x02,0x02,信息已发); delay1(300); send(0xf4); x=0x04; y=0x00; disp_chn(0x00,0x00,单工无线呼叫系统); disp_chn(0x00,0x01,发送机号); write(0x0d,0x10,des); disp_chn(0x06,0x01,内容); /*-按键处理-子程序-*/void key_cl(void) do dis=0; if(second_c=1) /判断是否要键盘翻页 key=kbscan(); /取键值码 ksum=key; key=0; delay1(3); else key=0; key=kbscan(); ksum=key*0xaa; delay1(3); while(!ksum);switch(ksum) case 0x11:dis=0x41;break; /将键值码转换成ascii码 case 0x21:dis=0x42;break; case 0x41:dis=0x43;break; case 0x81:dis=0x44;break; case 0x12:dis=0x45;break; case 0x22:dis=0x46;break; case 0x42:dis=0x47;break; case 0x82:dis=0x48;break; case 0x14:dis=0x49;break; case 0x24:dis=0x4a;break; case 0x44:dis=0x4b;break; case 0x84:dis=0x4c;break; case 0x18:dis=0x4d;break; case 0x28:dis=0x4e;break; case 0x48:dis=0x4f;break; case 0x88:dis=0x50;break; case 0x11*0xaa:dis=0x51;break; case 0x21*0xaa:dis=0x52;break; case 0x41*0xaa:dis=0x53;break; case 0x81*0xaa:dis=0x54;break; case 0x12*0xaa:dis=0x55;break; case 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