無線傳感器網絡是一種由傳感器節點構成的網絡，能夠實時地監測、感(gan)知(zhi)和(he)采(cai)集(ji)節(jie)點(dian)部(bu)署(shu)區(qu)的(de)觀(guan)察(cha)者(zhe)感(gan)興(xing)趣(qu)的(de)感(gan)知(zhi)對(dui)象(xiang)的(de)各(ge)種(zhong)信(xin)息(xi)，並(bing)對(dui)這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)後(hou)以(yi)無(wu)線(xian)的(de)方(fang)式(shi)發(fa)送(song)出(chu)去(qu)，通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)網(wang)絡(luo)最(zui)終(zhong)發(fa)送(song)給(gei)觀(guan)察(cha)者(zhe)。無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)在(zai)軍(jun)事(shi)偵(zhen)察(cha)、環境監測
、醫療護理、智能家居

、工業生產控製以及商業等領域有著廣闊的應用前景。例如它在水利方麵的應用：一yi般ban的de水shui利li設she施shi都dou在zai野ye外wai，環huan境jing比bi較jiao惡e劣lie，基ji礎chu設she施shi比bi較jiao缺que乏fa

，供gong電dian困kun難nan。因yin此ci若ruo要yao在zai這zhe樣yang的de環huan境jing下xia架jia設she明ming線xian，電dian纜lan是shi非fei常chang困kun難nan的de。因yin為wei它ta需xu要yao供gong電dian設she備bei，而er在zai那na樣yang的de野ye外wai環huan境jing提ti供gong滿man足zu它ta的de電dian源yuan是shi極ji為wei困kun難nan的de
，再zai加jia上shang空kong曠kuang野ye外wai如ru果guo遇yu到dao閃shan電dian，明ming線xian很hen容rong易yi遭zao到dao雷lei劈pi，而er使shi整zheng套tao設she備bei毀hui壞huai，因yin此ci我wo們men研yan究jiu無wu線xian傳chuan輸shu是shi十shi分fen必bi要yao的de。

 

 

我們選擇了挪威Nordic公司開發的一款新型集成無線數據收發芯片NRF403。它是一款真正單芯片ISM頻段雙頻點（433MHZ和315MHZ）免調試無線收發芯片。它具有FSK調製和解調能力，抗幹擾能力強
，適合工業控製應用；采用PLL頻率合成技術，靈敏度高達-105dbm完全滿足實驗要求
，最大發射功率達+10dbm；具有2個信號通道，適合需要多信道工作的特殊場合；可直接與微控製器接口
；低工作電壓隻需2.7V，數據速率可達20KB/S；功耗低，接收待機狀態僅為8uA；僅需外接一個晶體和幾個阻容
，電感元件即可構成一個完整的射頻收發器
，電路模塊尺寸為30mm*22mm*6mm，可以方便地嵌入各種測量係統當中。而且使用無需申請

，理論上開闊地的使用距離最遠可達1000米。

 

 

芯(xin)片(pian)的(de)內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)也(ye)是(shi)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)分(fen)析(xi)的(de)，因(yin)為(wei)當(dang)我(wo)們(men)研(yan)究(jiu)設(she)計(ji)它(ta)的(de)外(wai)圍(wei)電(dian)路(lu)時(shi)需(xu)要(yao)知(zhi)道(dao)每(mei)個(ge)引(yin)腳(jiao)對(dui)應(ying)的(de)內(nei)部(bu)器(qi)件(jian)來(lai)確(que)定(ding)外(wai)圍(wei)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)選(xuan)取(qu)。下(xia)麵(mian)是(shi)它(ta)的(de)內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)圖(tu)：

 

圖1 NRF403的內部結構圖

 

在這個內部結構圖中芯片包含功率放大器（PA）
，低噪聲接收放大器（LNA）
，晶體振蕩器（OSC），鎖相環（PLL），壓控振蕩器（VCO），在LNA與相乘器之間接有混頻器（MIXER）等電路。在接收模式中
，輸入信號被低噪聲放大器放大，經由混頻器變換，這個被變換的信號在送入解調器（DEM）之前被放大和濾波，經解調器解調，解調後的數字信號在DOUT端輸出。而在發射模式中
，壓控振蕩器的輸出信號是直接送入到功率放大器，DIN端輸入的數字信號被頻移鍵控後饋送到功率放大器輸出。由於采用了晶體振蕩和PLL合成技術，頻率穩定性極好。

 

 

天線的輸入/輸出，當NRF403是接收模式時
，ANT1和ANT2引腳端提供射頻輸入到低噪聲放大器
；當NRF403為發射模式時
，從功率放大器提供射頻輸出到天線。天線連接到nRF403是差動形式，天線通道推薦的負載阻抗是400歐姆。功率放大器輸出級有差動結構的2個集電極開路的晶體管組成，電源VDD到功率放大器必須通過集電極負載供電。當連接差動回路天線到ANT1/ANT2引腳端，電源將通過回路天線的中心供電。

 

單端天線連接到NRF403時

，使用差動到單端匹配網絡
，如圖2所示：

 

單端天線也可以使用8：1射頻變壓器連接到NRF403，工作在315MHZ上。射頻變壓器必須有一個中心抽頭
，用於電源供電。

 

2.3基於NRF403的無線接收電路設計實驗選定NRE403作為要用的芯片後
，我們要

 

 

 

首(shou)先(xian)我(wo)們(men)先(xian)研(yan)究(jiu)本(ben)電(dian)路(lu)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)部(bu)分(fen)。濾(lv)波(bo)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)能(neng)夠(gou)選(xuan)擇(ze)通(tong)過(guo)或(huo)阻(zu)止(zhi)某(mou)頻(pin)段(duan)信(xin)號(hao)的(de)電(dian)路(lu)。根(gen)據(ju)其(qi)通(tong)過(guo)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)可(ke)分(fen)為(wei)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)，高(gao)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)，帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)和(he)帶(dai)阻(zu)濾(lv)波(bo)器(qi)。

 

濾波器一般采用LC，RC，LCR，LR元件構成。本電路中從第4引yin腳jiao接jie出chu的de便bian是shi一yi個ge濾lv波bo網wang絡luo，它ta與yu芯xin片pian內nei部bu的de鎖suo相xiang環huan相xiang連lian


，從cong它ta的de電dian容rong
，電dian阻zu的de連lian接jie方fang式shi我wo們men可ke以yi簡jian單dan看kan做zuo是shi一yi個ge無wu源yuan比bi例li積ji分fen濾lv波bo器qi。

 

 

 

 

 

芯(xin)片(pian)的(de)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)同(tong)樣(yang)是(shi)我(wo)們(men)所(suo)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)的(de)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)。所(suo)謂(wei)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)就(jiu)是(shi)信(xin)號(hao)從(cong)發(fa)射(she)端(duan)被(bei)發(fa)出(chu)到(dao)目(mu)的(de)地(di)被(bei)接(jie)收(shou)中(zhong)間(jian)所(suo)經(jing)過(guo)的(de)距(ju)離(li)
，它(ta)是(shi)現(xian)實(shi)的(de)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)一(yi)個(ge)參(can)數(shu)。在(zai)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)固(gu)定(ding)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，影(ying)響(xiang)工(gong)作(zuo)距(ju)離(li)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)包(bao)括(kuo)發(fa)射(she)功(gong)率(lv)、發射天線增益、傳播損耗、接收天線增益
、接收機靈敏度等，通過加大發射功率，提高天線增益，提高接收機靈敏度均起到提高通信距離的作用。

 

在影響無線通信距離的以上幾個因素中，作為設計者可以控製的因素有：發射輸出功率
，RX-天線增益，TX-天線增益和接收靈敏度四個因素。而設計者不能控製的因素：chuanshusunhao，lujingsunhao，duojingsunhao
，zhouweihuanjingdexishoujigeyinsu，yinweizhexieyinsushiyouwuxiandianbodetediansuojuedingde
，wufayoushejizhesuogaibian。weilekeyimanzusuoxuyaodewuxianchuanshujuli，zuoweishejizhebixucaiquyidingdecuoshilaizengjiaxinpiandechuanshujuli。

 

上(shang)麵(mian)提(ti)到(dao)的(de)幾(ji)個(ge)設(she)計(ji)者(zhe)可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)的(de)因(yin)素(su)有(you)提(ti)高(gao)發(fa)射(she)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)，提(ti)高(gao)天(tian)線(xian)的(de)增(zeng)益(yi)和(he)提(ti)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)，它(ta)們(men)都(dou)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)的(de)距(ju)離(li)。通(tong)常(chang)設(she)計(ji)者(zhe)會(hui)考(kao)慮(lv)采(cai)用(yong)加(jia)大(da)發(fa)射(she)功(gong)率(lv)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)提(ti)高(gao)通(tong)信(xin)距(ju)離(li)
，但(dan)這(zhe)不(bu)是(shi)一(yi)個(ge)好(hao)的(de)辦(ban)法(fa)。因(yin)為(wei)使(shi)用(yong)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)會(hui)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)的(de)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)的(de)成(cheng)本(ben)，功(gong)放(fang)本(ben)身(shen)的(de)價(jia)格(ge)就(jiu)很(hen)昂(ang)貴(gui)

，而(er)且(qie)是(shi)易(yi)損(sun)耗(hao)的(de)器(qi)件(jian)，再(zai)加(jia)上(shang)要(yao)與(yu)發(fa)射(she)網(wang)絡(luo)匹(pi)配(pei)和(he)自(zi)身(shen)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)數(shu)量(liang)很(hen)多(duo)的(de)外(wai)圍(wei)元(yuan)器(qi)件(jian)，這(zhe)些(xie)都(dou)會(hui)增(zeng)大(da)係(xi)統(tong)的(de)成(cheng)本(ben)。最(zui)後(hou)，雖(sui)然(ran)功(gong)放(fang)可(ke)以(yi)在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)增(zeng)加(jia)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)，可(ke)它(ta)也(ye)同(tong)時(shi)放(fang)大(da)了(le)信(xin)號(hao)中(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)
，而(er)且(qie)會(hui)產(chan)生(sheng)諧(xie)波(bo)幹(gan)擾(rao)，使(shi)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)信(xin)噪(zao)比(bi)下(xia)降(jiang)
，可(ke)能(neng)影(ying)響(xiang)通(tong)信(xin)的(de)距(ju)離(li)。

 

由(you)於(yu)功(gong)放(fang)的(de)種(zhong)種(zhong)不(bu)足(zu)
，在(zai)實(shi)際(ji)中(zhong)使(shi)用(yong)提(ti)高(gao)天(tian)線(xian)增(zeng)益(yi)的(de)方(fang)法(fa)更(geng)為(wei)科(ke)學(xue)。下(xia)麵(mian)具(ju)體(ti)研(yan)究(jiu)如(ru)何(he)增(zeng)加(jia)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)。由(you)於(yu)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)環(huan)境(jing)的(de)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)，預(yu)測(ce)各(ge)種(zhong)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)傳(chuan)輸(shu)效(xiao)果(guo)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)，取(qu)決(jue)於(yu)以(yi)下(xia)因(yin)素(su)的(de)影(ying)響(xiang)：路徑損耗，建築物影響
，人體影響，外界幹擾，多徑現象，周圍環境的吸收等。我們隻能在一個給定的條件下進行測試和評估。

 

 

同樣這是在假設發射功率為最大10dbm時
，而且天線的增益為0db時的傳輸距離
，而在我們實驗時由於各種損耗和電源電壓的原因
，發射功率並不能達到10dbm，而且我們使用的天線也不是很好的定向高增益天線，可能達不到0db，在實際的測試中
，在開闊地帶的傳輸距離隻有300m到500m，而在阻擋物較多的辦公樓中隻有100m左右。

 

 

最後將設計好的無線數據接收電路與MSP430單dan片pian機ji所suo構gou成cheng的de處chu理li器qi模mo塊kuai相xiang連lian接jie
，接jie收shou發fa射she電dian路lu發fa送song來lai的de數shu據ju，解jie調tiao以yi後hou數shu據ju的de錯cuo誤wu率lv低di於yu我wo們men的de應ying用yong要yao求qiu，而er且qie由you於yu功gong耗hao較jiao低di
，更geng換huan一yi次ci電dian池chi可ke以yi使shi用yong半ban年nian之zhi久jiu；傳輸距離也滿足我們要求的1公裏。綜上所述有很好的應用效果。