摘 要： 以收音芯片CXA1019為核心，巧妙結合編碼技術和單片機技術，實現了一個高靈敏度的無線傳輸系統。該系統的特色在于將高靈敏度的收音技術與數字技術相融合，使系統具有性能優良、造價低廉、調整方便等優點，能很好地滿足各種常規的無線數據傳輸需求。
關鍵詞： 無線數據傳輸；CXA1019；編碼
隨著社會生活和生產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已在環境監測、工農業控制、安防等領域得到了廣泛應用，其中高質量的數據傳輸是保障系統高效、穩定、可靠運行的先決條件[1]。與傳統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點而備受青睞。目前無線數據傳輸方案多采用專用數傳模塊實現，這些專用模塊具有功能多樣、技術成熟、易于使用等優點，但一般來說價格較高。當需要大量布設節點時采用專用模塊的系統造價會大大提高，難以滿足低成本、多節點應用環境下的用戶需求。
基于這一點，本文提出了一種基于CXA1019的低成本無線數傳方案，主要面向數據量小、節點數多、成本敏感的無線傳輸需求。該方案將傳統的收音技術與現代數字技術相結合，在保留CXA1019靈敏度高、調節方便、性能穩定等優點的基礎上，通過編碼器件和單片機功能擴展，實現了數字信號的無線傳輸。CXA1019是一款性能優良的收音芯片，但缺點是無法進行數字通信，如何基于CXA1019實現數字擴展是本文的研究重點。
無線數據傳輸系統由發射和接收兩部分組成。發射部分結構較簡單，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據通信可靠，還能利用編解碼芯片的地址設置功能實現多點通信。整個系統由分布于不同位置的多個從節點和一個主節點構成。為驗證系統功能，各節點均設置了一個溫度傳感器DS18B20，主節點定時與從節點通信獲取現場溫度。系統拓撲和節點結構如圖1、圖2所示。
1 接收電路
接收電路包括射頻前端和數字處理兩部分，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的內部電路，配以少許外部元件，不但完全實現了射頻接收的功能，而且簡化了設計，節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模收音電路，因其集成度高、外圍元件少、性能優良，在我國相當流行，廣受歡迎的“德生”收音機內部多數采用了這款芯片[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內置的低噪聲高放性能優異，保證了系統具有較高的靈敏度。放大后的信號與本振混頻產生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10.7 MHz陶瓷濾波器選頻后接至17腳，在內部鑒頻、檢波和音頻放大，最后驅動揚聲器發聲。
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，即可得到所需的數字信號。經實驗驗證，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。
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，保證數據通信穩定可靠。系統采用PT2262/PT2272完成編解碼功能。PT2262/PT2272是一對帶地址、數據編碼功能的無線發射接收芯片[3]。發射時（見圖4）單片機將數據送至PT2262數據引腳（7、8、10-13），置14腳為低電平啟動發射，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，解碼后的數據出現在數據引腳上供單片機讀取。需要注意的是，發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據輸出。
4 單片機程序設計
為驗證系統功能，將溫度數據作為數據源，溫度數據的采集由DS18B20實現。單片機是整個系統的控制核心，其任務主要有3個：（1）控制DS18B20定時采集溫度數據；（2）控制數據收發；（3）驅動鍵盤和顯示電路，實現人機交互（只有主節點具備該功能）。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。
整個數據傳輸系統[4-6]采用一主多從的結構，主從通信協議是半雙工的查詢方式。主節點定時輪流向各節點發出含有節點地址碼的查詢命令。每個從節點都編有不同的地址，從節點僅對與自身地址相符的命令作出回應，將采集的溫度數據發回主節點。采用查詢方式避免了節點間通信的沖突現象，而且協議簡單，易于實現。對于實時性要求不高的數據采集應用，查詢方式足以滿足要求。系統軟件流程如圖6、圖7所示。
本文提出的CXA1019與數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，特別適于節點數量多、成本要求低、數據傳輸量不大的應用場合。經實測，制作的實驗電路在80 m內無障礙物的條件下數據正確率為100%。如果對電路進一步優化，可以擴展通信距離，優化措施主要有：(1)加大發射功率；(2)調整發射與接收端的天線匹配電路至最佳狀態；(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。
參考文獻
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