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：yibandeshuilisheshidouzaiyewai，huanjingbijiaoelie，jichusheshibijiaoquefa，gongdiankunnan。yinciruoyaozaizheyangdehuanjingxiajiashemingxian，dianlanshifeichangkunnande。yinweitaxuyaogongdianshebei，erzainayangdeyewaihuanjingtigongmanzutadedianyuanshijiweikunnande
，zaijiashangkongkuangyewairuguoyudaoshandian
，mingxianhenrongyizaodaoleipi，ershizhengtaoshebeihuihuai

，yinciwomenyanjiuwuxianchuanshushishifenbiyaode。

 

 

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4yinjiaojiechudebianshiyigelvbowangluo，tayuxinpianneibudesuoxianghuanxianglian，congtadedianrong，dianzudelianjiefangshiwomenkeyijiandankanzuoshiyigewuyuanbilijifenlvboqi。

 

 

 

 

 

xinpiandewuxianchuanshujulitongyangshiwomensuobixukaolvdeyigewenti。suoweiwuxianchuanshujulijiushixinhaocongfasheduanbeifachudaomudedibeijieshouzhongjiansuojingguodejuli，tashixianshidegongchengshejihenzhongyaodeyigecanshu。zaigongzuopinlvgudingdeqiantixia，yingxianggongzuojulidezhuyaoyinsubaokuofashegonglv
、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。