一种无线通信装置的设计

王 虹 李文昭 刘 鑫 陈丽霞

河北大学 河北保定 071002

一种无线通信装置的设计

王 虹 李文昭 刘 鑫 陈丽霞

河北大学 河北保定 071002

本文以射频识别技术（RFID）为理论基础，设计了一种由分立元件实现的无线通信装置，给出了电路原理图和通信程序。装置可应用于高频电子线路、通信原理、单片机原理等课程的实验教学，完成多种实验项目，提高学生的学习兴趣，改善教学效果。

RFID；无线通信；实验教学

电信和通信专业的学生在大学三年级将会学习几门重要的专业课，如高频电子线路、通信原理、单片机原理与应用等。这些课程作为本专业的理论基础，学生的掌握情况对其今后做好电子设计领域的相关工作，和对本专业进行更深入的研究都起着决定性的作用。目前学生普遍反映对于这些课程的学习和掌握感觉难度较大。其实，不难看出这些专业课程的工程实践性都很强，搞好实验教学对于加强学生对理论知识的掌握起着十分重要的作用。因此我们设计了一种简易无线通信装置用于实验教学，以改善教学效果，提高学生的学习兴趣、动手能力和对知识的掌握水平。

一、无线通信装置的设计方案

目前设计简易无线通信装置普遍采用的方案是：编解码部分使用较为廉价的编解码芯片PT2262、PT2272实现，高频发射接收部分可以根据实际需要选用现有的通信模块，这样可以得到较好的通信效果，且电路系统设计简单，成本低。但这种设计方案下电路高度模块化、集成化，并不适合应用于本科阶段的实验教学。所以，本无线通信实验装置依据RFID技术的原理采用分立元件进行设计，尽量做到易于学生分析理解。通信装置的天线由一对电参数一致的耦合线圈构成，通过电磁耦合传递信号；发射机和接收机电路使用高频电子线路理论中的经典电路；调制方式选择通信原理课程中涉及到的数字调幅。该装置要实现的功能是，发射端的单片机读取4位拨码开关上的设置，并控制形成相应的调制信号由天线发射出去。接收机对接收到的信号进行解调，得到拨码开关的设置情况显示在发光管上，完成一次通信过程。当人为改变发射端拨码开关的设置后，接收端发光二极管应及时做出相应响应。该通信装置的框图如图1所示。

二、硬件电路设计

作为产品的RFID系统一般工作在低频、高频和超高频3种频段，低频段适合应用于实现短距离无线通信，且设计成本较低。所以我们选用RFID系统125KHz的典型频率作为该无线通信装置载波的中心频率。

1.发射机部分

发射机部分的电路主要由载波产生、功率放大和单片机控制电路构成。电路原理图如图2所示。

天线是用直径0.5mm的漆包线制作成直径6.6cm的电感线圈，经测量电感量为15uH，配合0.1uF的谐振电容得到谐振频率在150KHz左右。载波由振荡器NE555配合必要的外围电路产生。单片机读取4位拨码开关设置的状态后，通过控制三极管9013的导通和截止，得到ASK调试方式下的调幅波信号。该调制信号由天线L1发射出去。

2.接收机部分

接收机部分的电路主要由包络检波、信号处理和单片机解码电路构成。电路原理图如图3所示。

图3 接收机电路原理图

当发射端线圈中有调制信号存在时，接收端的线圈中会感应到变化规律相同的波形。该信号经过二极管包络检波器后，再通过具备滤波、放大和比较功能的信号处理电路转变为单片机能够识别的信号。其中，包络检波电路应选用管压降较低的肖特基二极管，与选用普通二极管比起来，可以增大传输距离提高通信的可靠性；滤波和放大功能由运算放大器TL084构成的有源滤波器实现；比较器使用了LM311。单片机读取比较器的输出信号，得到发射机拨码开关的设置情况，控制4位LED显示结果，完成一次通信。

三、程序设计

通信程序包括发射和接收两部分。在发射端，4位拨码开关可以产生16种状态，由于状态较少，我们直接用发送的脉冲串的长度对应拨码开关的状态。接收端只要对脉冲串长度进行计时，即进行了解码。发射和接收程序流程图分别如图5、6所示。

图5 发射程序

图6 接收程序

四、实验结果

该无线通信装置已设计实现，可以在10cm的距离内实现数据传输，响应时间小于0.3s，通信准确率高，传输质量较好。

五、结束语

目前，各门实验课程的实验装置针对性较强，且验证性实验偏多，不利于学生深入的掌握所学知识，并将其有机的联系在一起。而在该短距离无线通信装置的设计中，我们应用了高频电子线路中的理论知识进行电路设计，使用通信原理中的ASK调制方式，由89C51单片机完成中央控制，通过C语言程序设计实现数据传输，知识覆盖面广，电路简单且易于学生分析理解。将该装置应用于演示实验、测试实验或作为综合设计性的开放实验，能够帮助学生对各门课程中所学的知识产生更深刻的理解，对通信理论有更系统的认识。该装置也可用于单片机技术、C语言程序设计等课程的实践训练，提高学生的程序设计能力。总之，该无线通信装置具有较高的实用价值。

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The design of a wireless communication device

Wang Hong, Li Wenzhao, Liu Xin, Chen Lixia
Hebei university, Baoding, 071002, China

This paper designed a wireless communicate device with discrete components for some important courses of electronics, which takes the radio frequency identification technology as the theoretical foundation. And shows the circuit diagrams and the flowcharts. This device can be used in experimental teaching for some courses just like high-frequency electronic circuits, communications theory, MCU principles and so on, to stimulate the learning interest and teaching efficiency. And it also can be used in the scientific research related to the RFID system.

RFID；wireless communication；experiment teaching

2010-01-24

王虹，在读硕士生，助理实验师。李文昭，本科。