单工无线呼叫系统探析

姜娟娟+陈海山

摘要：本设计使用模拟调频技术，在20MHz-30MHz频段上实现了话筒输入和线路输入语音信号的小功率远距离单工发送和接收。数据通信采用FSK调制方式，主、从机可实现智能控制通信，可连接多达236个从站，构成一点对多点的单工无线呼叫系统。从站号码可任意改变，主站可拨号选呼和对全部从站群呼，在语音通信同时可传送数据信息，使用液晶显示英文和汉字短信及站号信息，系统发射功率小于20mW，发射距离大于3m。

关键词：无线呼叫；系统；电路设计

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2014）10-0121-02 一、系统组成

本系统分发送和接收两大部分组成。在发送部分中有信号输入部分、FM调制电路、控制电路、FSK电路、射频输出及天线电路等组成；在接收电路中有射频输入电路、FM解调电路、FSK解调电路、控制电路、DC-DC电路、音频处理电路等组成。

发送及接收系统框图分别如图1和图2所示。

图1发射机组成框图

图2接收机组成框图

二、主要电路设计

1.音频无线发射电路的设计

本设计中的声音调频发射部分采用常用分立元件构成电路，如图3所示。射频电路由高频振荡器、缓冲放大器、末级功率放大器及天线组成。高频振荡器用来产生载频信号，频点落在22MHz内，通过改变电感量即可改变发射频率。在音频信号的作用下，通过改变晶体管极间电容实现调频，产生相应的调频波，射频信号由Q1的发射极输出，送到Q2、L2、C8、R3等组成的缓冲放大器进行功率提升，并可减轻末级放大电路对振荡器的影响。末级为高频丙类窄带放大，对射频功率再进一步放大，经C12耦合到发射天线向周围空间辐射。

图3调频无线发射电路图

图3中，Q1、L1、C2、C3、C7、CbC构成电容三点式振荡电路，其工作原理如下：对高频而言，Q1基极是接地的，所以是共基极电路。集电极-基极间的结电容Cbc并联在L1 C2谐振回路两端，能影响振荡频率。调制电压加于Q1基极，以改变Q1的基极电位，使集电极与基极间的反向偏压发生变化，从而使极间电容Cbc跟随调制电压而变，这就实现了调频。再经Q2、Q2放大后由天线发送出去。此电路的中心频率可通过回路可变电容C2来进行调整，工作在22MHz。

取中心频率为22MHz，经查三极管9018的静态结电容Cbc为2pF，取C2、C3、C7的值分别为：2.2pF、10pF、29pF，根据以下频率的计算公式计算电感值。电路的中心频率计算公式如下：

f0=12πL1CΣ

式中，CΣ=C5C7C5+C7+C3+Cbc=11pF

得：L1=1（2πf0）2CΣ=2.2μH

在实际调试中，电感L1和电容C2需要微调以满足中心频率的要求。

2.音频无线接收电路的设计

为了提高接收机的灵敏度，本设计采用性能优良的CXA1228S单片集成电路。该电路还具有选择性好、在波段内灵敏度均匀等特点。

考虑到高频电子线路分布参数的影响，我们将电路绘制成PCB板，在线路的排版、布线上，使所有元件尽量靠近集成电路的管脚，特别是谐振回路的走线尽量短，并且对空白电路用大面积接地的方法，使分布参数的影响最小。

·实习实训·单工无线呼叫系统探析 三、系统测试

1.测试方法

（1）发射机频率测试和峰值功率测试

通过在放大器输出端接上30Ω的假负载，并通过示波器观测30Ω假负载电阻上的波形，连接如图4所示。记录调频波的中心频率和峰-峰值电压Vop-p，并用公式：Pomax=Vop-p28RL，可计算峰值功率。

图4发射频率及峰值测试连接图

（2）语音信号失真度测试

当去掉收、发天线，并用功率衰减器连接收、发两端，用低频信号调制发射机载波，后用数字存储示波器观测耳机两端波形，图5所示。经测试波形无明显失真。

图5发射频率及峰值测试连接图

（3）呼叫和中英文短信传输业务的测试

将发射机和接收机之间的距离设为3米，通过改变主、从站号测试选呼和群呼情况，同时传输中英文短消息，通过液晶显示器测试接收信息正确与否，如测试结果正确，逐渐加大发射机和接收机之间的距离，如图6所示。经测试，在主、从站相距约8米内测试结果正确。

图6 发射频率及峰值测试连接图

2.测试结果

表1测试结果

序号测试项目测试指标测试结果1发射功率（50Ω负载）≤20mW约19 mW2传送信号300-3400Hz正弦波

无明显失真无明显失真3传输距离≥5m约8m4从站个数≥8个256个5英文短信正确收发正确6最大传输距离（≤20mW）尽可能大约8m 四、结论

单工天线呼叫系统应用了大量的现代通信技术及单片机控制技术。系统除完成基本设计要求外，还全部完成了附加的设计要求，经过测试各项指标均达到设计任务书要求。此外，还进行了一些创新设计。如能发送英文短信的同时还能发送汉字信息；从站数量远远超过设计要求，达到了256路；主、从站的台号可实现掉电记忆；采取有效的CRC校验技术及相应的软硬件抗干扰技术，使得系统数据传输的稳定性、可靠性大大提高。

参考文献：

[1]王树本.高频电子线路原理[M]. 大连：大连理工大学出版社，1998.

[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[M]. 北京：北京理工大学出版社，2005.

[3]李广弟等.到单片机基础（修订本）[M]. 北京：北京航天航空大学出版社，2006.

摘要：本设计使用模拟调频技术，在20MHz-30MHz频段上实现了话筒输入和线路输入语音信号的小功率远距离单工发送和接收。数据通信采用FSK调制方式，主、从机可实现智能控制通信，可连接多达236个从站，构成一点对多点的单工无线呼叫系统。从站号码可任意改变，主站可拨号选呼和对全部从站群呼，在语音通信同时可传送数据信息，使用液晶显示英文和汉字短信及站号信息，系统发射功率小于20mW，发射距离大于3m。

关键词：无线呼叫；系统；电路设计

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2014）10-0121-02 一、系统组成

本系统分发送和接收两大部分组成。在发送部分中有信号输入部分、FM调制电路、控制电路、FSK电路、射频输出及天线电路等组成；在接收电路中有射频输入电路、FM解调电路、FSK解调电路、控制电路、DC-DC电路、音频处理电路等组成。

发送及接收系统框图分别如图1和图2所示。

图1发射机组成框图

图2接收机组成框图

二、主要电路设计

1.音频无线发射电路的设计

本设计中的声音调频发射部分采用常用分立元件构成电路，如图3所示。射频电路由高频振荡器、缓冲放大器、末级功率放大器及天线组成。高频振荡器用来产生载频信号，频点落在22MHz内，通过改变电感量即可改变发射频率。在音频信号的作用下，通过改变晶体管极间电容实现调频，产生相应的调频波，射频信号由Q1的发射极输出，送到Q2、L2、C8、R3等组成的缓冲放大器进行功率提升，并可减轻末级放大电路对振荡器的影响。末级为高频丙类窄带放大，对射频功率再进一步放大，经C12耦合到发射天线向周围空间辐射。

图3调频无线发射电路图

图3中，Q1、L1、C2、C3、C7、CbC构成电容三点式振荡电路，其工作原理如下：对高频而言，Q1基极是接地的，所以是共基极电路。集电极-基极间的结电容Cbc并联在L1 C2谐振回路两端，能影响振荡频率。调制电压加于Q1基极，以改变Q1的基极电位，使集电极与基极间的反向偏压发生变化，从而使极间电容Cbc跟随调制电压而变，这就实现了调频。再经Q2、Q2放大后由天线发送出去。此电路的中心频率可通过回路可变电容C2来进行调整，工作在22MHz。

取中心频率为22MHz，经查三极管9018的静态结电容Cbc为2pF，取C2、C3、C7的值分别为：2.2pF、10pF、29pF，根据以下频率的计算公式计算电感值。电路的中心频率计算公式如下：

f0=12πL1CΣ

式中，CΣ=C5C7C5+C7+C3+Cbc=11pF

得：L1=1（2πf0）2CΣ=2.2μH

在实际调试中，电感L1和电容C2需要微调以满足中心频率的要求。

2.音频无线接收电路的设计

为了提高接收机的灵敏度，本设计采用性能优良的CXA1228S单片集成电路。该电路还具有选择性好、在波段内灵敏度均匀等特点。

考虑到高频电子线路分布参数的影响，我们将电路绘制成PCB板，在线路的排版、布线上，使所有元件尽量靠近集成电路的管脚，特别是谐振回路的走线尽量短，并且对空白电路用大面积接地的方法，使分布参数的影响最小。

·实习实训·单工无线呼叫系统探析 三、系统测试

1.测试方法

（1）发射机频率测试和峰值功率测试

通过在放大器输出端接上30Ω的假负载，并通过示波器观测30Ω假负载电阻上的波形，连接如图4所示。记录调频波的中心频率和峰-峰值电压Vop-p，并用公式：Pomax=Vop-p28RL，可计算峰值功率。

图4发射频率及峰值测试连接图

（2）语音信号失真度测试

当去掉收、发天线，并用功率衰减器连接收、发两端，用低频信号调制发射机载波，后用数字存储示波器观测耳机两端波形，图5所示。经测试波形无明显失真。

图5发射频率及峰值测试连接图

（3）呼叫和中英文短信传输业务的测试

将发射机和接收机之间的距离设为3米，通过改变主、从站号测试选呼和群呼情况，同时传输中英文短消息，通过液晶显示器测试接收信息正确与否，如测试结果正确，逐渐加大发射机和接收机之间的距离，如图6所示。经测试，在主、从站相距约8米内测试结果正确。

图6 发射频率及峰值测试连接图

2.测试结果

表1测试结果

序号测试项目测试指标测试结果1发射功率（50Ω负载）≤20mW约19 mW2传送信号300-3400Hz正弦波

无明显失真无明显失真3传输距离≥5m约8m4从站个数≥8个256个5英文短信正确收发正确6最大传输距离（≤20mW）尽可能大约8m 四、结论

单工天线呼叫系统应用了大量的现代通信技术及单片机控制技术。系统除完成基本设计要求外，还全部完成了附加的设计要求，经过测试各项指标均达到设计任务书要求。此外，还进行了一些创新设计。如能发送英文短信的同时还能发送汉字信息；从站数量远远超过设计要求，达到了256路；主、从站的台号可实现掉电记忆；采取有效的CRC校验技术及相应的软硬件抗干扰技术，使得系统数据传输的稳定性、可靠性大大提高。

参考文献：

[1]王树本.高频电子线路原理[M]. 大连：大连理工大学出版社，1998.

[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[M]. 北京：北京理工大学出版社，2005.

[3]李广弟等.到单片机基础（修订本）[M]. 北京：北京航天航空大学出版社，2006.

摘要：本设计使用模拟调频技术，在20MHz-30MHz频段上实现了话筒输入和线路输入语音信号的小功率远距离单工发送和接收。数据通信采用FSK调制方式，主、从机可实现智能控制通信，可连接多达236个从站，构成一点对多点的单工无线呼叫系统。从站号码可任意改变，主站可拨号选呼和对全部从站群呼，在语音通信同时可传送数据信息，使用液晶显示英文和汉字短信及站号信息，系统发射功率小于20mW，发射距离大于3m。

关键词：无线呼叫；系统；电路设计

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2014）10-0121-02 一、系统组成

本系统分发送和接收两大部分组成。在发送部分中有信号输入部分、FM调制电路、控制电路、FSK电路、射频输出及天线电路等组成；在接收电路中有射频输入电路、FM解调电路、FSK解调电路、控制电路、DC-DC电路、音频处理电路等组成。

发送及接收系统框图分别如图1和图2所示。

图1发射机组成框图

图2接收机组成框图

二、主要电路设计

1.音频无线发射电路的设计

本设计中的声音调频发射部分采用常用分立元件构成电路，如图3所示。射频电路由高频振荡器、缓冲放大器、末级功率放大器及天线组成。高频振荡器用来产生载频信号，频点落在22MHz内，通过改变电感量即可改变发射频率。在音频信号的作用下，通过改变晶体管极间电容实现调频，产生相应的调频波，射频信号由Q1的发射极输出，送到Q2、L2、C8、R3等组成的缓冲放大器进行功率提升，并可减轻末级放大电路对振荡器的影响。末级为高频丙类窄带放大，对射频功率再进一步放大，经C12耦合到发射天线向周围空间辐射。

图3调频无线发射电路图

图3中，Q1、L1、C2、C3、C7、CbC构成电容三点式振荡电路，其工作原理如下：对高频而言，Q1基极是接地的，所以是共基极电路。集电极-基极间的结电容Cbc并联在L1 C2谐振回路两端，能影响振荡频率。调制电压加于Q1基极，以改变Q1的基极电位，使集电极与基极间的反向偏压发生变化，从而使极间电容Cbc跟随调制电压而变，这就实现了调频。再经Q2、Q2放大后由天线发送出去。此电路的中心频率可通过回路可变电容C2来进行调整，工作在22MHz。

取中心频率为22MHz，经查三极管9018的静态结电容Cbc为2pF，取C2、C3、C7的值分别为：2.2pF、10pF、29pF，根据以下频率的计算公式计算电感值。电路的中心频率计算公式如下：

f0=12πL1CΣ

式中，CΣ=C5C7C5+C7+C3+Cbc=11pF

得：L1=1（2πf0）2CΣ=2.2μH

在实际调试中，电感L1和电容C2需要微调以满足中心频率的要求。

2.音频无线接收电路的设计

为了提高接收机的灵敏度，本设计采用性能优良的CXA1228S单片集成电路。该电路还具有选择性好、在波段内灵敏度均匀等特点。

考虑到高频电子线路分布参数的影响，我们将电路绘制成PCB板，在线路的排版、布线上，使所有元件尽量靠近集成电路的管脚，特别是谐振回路的走线尽量短，并且对空白电路用大面积接地的方法，使分布参数的影响最小。

·实习实训·单工无线呼叫系统探析 三、系统测试

1.测试方法

（1）发射机频率测试和峰值功率测试

通过在放大器输出端接上30Ω的假负载，并通过示波器观测30Ω假负载电阻上的波形，连接如图4所示。记录调频波的中心频率和峰-峰值电压Vop-p，并用公式：Pomax=Vop-p28RL，可计算峰值功率。

图4发射频率及峰值测试连接图

（2）语音信号失真度测试

当去掉收、发天线，并用功率衰减器连接收、发两端，用低频信号调制发射机载波，后用数字存储示波器观测耳机两端波形，图5所示。经测试波形无明显失真。

图5发射频率及峰值测试连接图

（3）呼叫和中英文短信传输业务的测试

将发射机和接收机之间的距离设为3米，通过改变主、从站号测试选呼和群呼情况，同时传输中英文短消息，通过液晶显示器测试接收信息正确与否，如测试结果正确，逐渐加大发射机和接收机之间的距离，如图6所示。经测试，在主、从站相距约8米内测试结果正确。

图6 发射频率及峰值测试连接图

2.测试结果

表1测试结果

序号测试项目测试指标测试结果1发射功率（50Ω负载）≤20mW约19 mW2传送信号300-3400Hz正弦波

无明显失真无明显失真3传输距离≥5m约8m4从站个数≥8个256个5英文短信正确收发正确6最大传输距离（≤20mW）尽可能大约8m 四、结论

单工天线呼叫系统应用了大量的现代通信技术及单片机控制技术。系统除完成基本设计要求外，还全部完成了附加的设计要求，经过测试各项指标均达到设计任务书要求。此外，还进行了一些创新设计。如能发送英文短信的同时还能发送汉字信息；从站数量远远超过设计要求，达到了256路；主、从站的台号可实现掉电记忆；采取有效的CRC校验技术及相应的软硬件抗干扰技术，使得系统数据传输的稳定性、可靠性大大提高。

参考文献：

[1]王树本.高频电子线路原理[M]. 大连：大连理工大学出版社，1998.

[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[M]. 北京：北京理工大学出版社，2005.

[3]李广弟等.到单片机基础（修订本）[M]. 北京：北京航天航空大学出版社，2006.