TDK5110與TlDA5220的無線溫度采集系統(tǒng)

摘要：介紹一種基于英飛凌公司TDK5110與TDA5220芯片的無線溫度采集系統(tǒng)。對該系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸部分進行了深入分析，重點分析了無線發(fā)射芯片TDK5110及無線接收芯片TDA5220的參數(shù)設(shè)計與硬件電路設(shè)計。該系統(tǒng)具有極強的抗干擾性，可以應(yīng)用在惡劣的溫度環(huán)境下，實現(xiàn)了對溫度狀況的實時監(jiān)控，有效地降低了發(fā)射系統(tǒng)功耗，提高了系統(tǒng)的可靠性。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，簡單、方便、實用的東西越來越受到人們的喜愛。無線通信技術(shù)的發(fā)展為人們的生活、生產(chǎn)帶來了極大的改變，節(jié)省了大量的人力、物力資源�，F(xiàn)在，無線通信技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到生活的方方面面。在一些不利于有線通信的場所，無線通信技術(shù)更是起到了不可替代的作用。小到對講機，大到移動通信網(wǎng)絡(luò)，它們無疑在改變著人們的生活方式。比如在生產(chǎn)環(huán)境惡劣的生產(chǎn)車間，工作人員不能長時間停留在現(xiàn)場觀察設(shè)備是否運行正常，就需要將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋�環(huán)境相對好的控制室內(nèi)，工作人員可以在這里觀察整個生產(chǎn)線的一舉一動。由于廠房大、監(jiān)測點多等原因，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)多，使用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長的線纜，浪費資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯誤時換線困難。顯然，采用有線數(shù)據(jù)傳輸弊端很多，因此采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式可大大改觀有線方式的不足。又如在冷庫等不利于工作人員天天進出的場所，采用無線數(shù)據(jù)發(fā)射方式可以避免進出困難，同時無線發(fā)射裝置的移植性好，可隨時安裝或拆除�；�于以上考慮，本文設(shè)計探討了基于TDK5110與TDA5220的無線溫度采集系統(tǒng)。

1 無線數(shù)據(jù)傳輸原理

系統(tǒng)由兩部分組成，通過無線方式聯(lián)系在一起。第一部分作為溫度采集與發(fā)射部分，置于被測環(huán)境中。這部分上電后開始測量溫度，并將測得的溫度數(shù)據(jù)實時發(fā)送出去。第二部分作為溫度接收和處理部分，上電后開始接收第一部分發(fā)射過來的溫度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送給計算機進行存儲和處理。系統(tǒng)的整體設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1的上側(cè)為溫度采集與發(fā)射部分原理框圖，該部分通過發(fā)射芯片TDK5110向下側(cè)的溫度接收與處理部分發(fā)送溫度數(shù)據(jù)，同時通過接收芯片TDA5220接收上側(cè)溫度采集與發(fā)射部分發(fā)送過來的溫度值，通過主控器AT89C52把溫度值送給計算機。

2 發(fā)射／接收芯片參數(shù)及電路設(shè)計

2．1 發(fā)射芯片

英飛凌TDK51lO是一塊工作頻段在434／868 MHz的單芯片ASK／FSK發(fā)送器。芯片具有相當(dāng)高的系統(tǒng)集成度，片上完全集成了PLL合成器和一個高效率功放以驅(qū)動天線，所以使用時只需要非常少的外圍電路，適合電路的微型要求。另外其獨到的電路和功放模塊設(shè)計以及睡眠、PLL起振和發(fā)射三種模式的設(shè)置使得芯片具有很好的低功耗特性。

對于FSK調(diào)制電路的設(shè)計，需要分析圖2所示電路對發(fā)送信號頻率的影響。

其中，CL表示晶振的負(fù)載電容；CSW是FSK開關(guān)的對地電容，包括了布線時的分布電容，一般可以3 pF計入；對于13．56 MHz的晶振，R=100 Ω；L=4．6μH。該電路是通過外接的Cv1、Cv2值改變晶振負(fù)載電容來實現(xiàn)頻率變化的。當(dāng)FSKDTA=0，開關(guān)閉合，Cv2和CSW都被短路，Cv1和L構(gòu)成等效負(fù)載電容；當(dāng)開關(guān)打開時，CSW、Cv2都計入回路，Cv1、CSW、Cv2和L構(gòu)成等效負(fù)載電容。晶振振蕩頻率與負(fù)載電容之間的關(guān)系為：

其中：

CL為晶體振蕩在中心頻率f時所要求的負(fù)載電容。

C0、C1為晶振內(nèi)部等效電容值。

f'=32f，為晶振振蕩在中心頻率f時的發(fā)射頻率。

△f為想要實現(xiàn)的距離晶振中心振蕩頻率的頻偏。

當(dāng)采用TDK5110推薦的NX6035SA晶振時，f=13．568 75 MHz，C0=1．5 pF，C1=5．8 pF，CL=12 pF。

假設(shè)為實現(xiàn)“O”的發(fā)射△f，計算得到CL0值。但由于芯片內(nèi)部等效電感的存在，需要修正Cv1值，此時開關(guān)閉合，所以修正式子：

其中ω0為發(fā)射“0”時晶振振蕩角頻率。

得到：

在晶振f=13．568 75 MHz時，芯片等效電感L=4．6μH，所以計算可得Cv1=10 pF。

同樣實現(xiàn)“1”的發(fā)射△f，計算得到CL1值為此時晶振回路中Cv2和CSW并聯(lián)后再與Cv1、L串聯(lián)后的等效電容值。即