一種支持WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz無線通信模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種支持WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz無線通信模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]WIA-PA是用于過程測量、監(jiān)視與控制的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它是為滿足我國工業(yè)需求而推出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，是面向設(shè)備間短程、低速率信息交互的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力、超低的能耗、高的可靠性、實(shí)時通信等技術(shù)特征，適合惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境和人不宜到達(dá)的區(qū)域。
[0003]無線通信模塊是WIA-PA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中重要的支撐，主要用于采集工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，它將采集到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給路由設(shè)備，路由再上傳給網(wǎng)關(guān)，最后由網(wǎng)關(guān)傳給上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的監(jiān)控。所以要求無線通信模塊功耗低、可靠性高。
[0004]目前國內(nèi)外無線通信應(yīng)用中用到的頻段主要包括433MHz、470MHz、915MHz和
2.4GHz。2.4GHz頻段作為無線局域網(wǎng)、無線接入系統(tǒng)、藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備、點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)等各位無線電臺占的共用頻段，主要是開放給工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)三個機(jī)構(gòu)使用，無需授權(quán)許可，而且2.4GHz頻段為各國共同的ISM頻段，使用起來也十分的方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種支持WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz無線通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)通信模塊的發(fā)射功率，頻率偏移，傳輸通信距離，可靠性通信，功耗等方面的一系列技術(shù)指標(biāo)的選擇。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種支持WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz無線通信模塊，包括無線發(fā)射模塊和無線接收模塊；
[0008]所述無線發(fā)射模塊包括:微控制器模塊、通信接口、射頻模塊、巴倫電路、LC濾波器、50Ω微帶線、天線；所述射頻模塊包括基帶、AD轉(zhuǎn)換器、混頻器和功率放大器；在無線發(fā)射模塊中，微控制器模塊獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)解析處理后通過通信接口發(fā)送給射頻模塊中的基帶，生成調(diào)制信號，然后送入DA轉(zhuǎn)換器形成模擬調(diào)制信號，再通過混頻器將模擬調(diào)制信號與載波信號疊加調(diào)制到2.4GHz射頻頻段，信號傳遞給功率放大器后，通過巴倫電路將差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號，同時巴倫電路也作為一個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，將輸出阻抗匹配到50Ω，然后通過LC低通濾波器濾掉不需要的諧波信號，進(jìn)而再通過一條特性阻抗為50 Ω的微帶線，最后通過增益為5dbi的全向天線以電磁波的形式發(fā)射信號；
[0009]所述無線接收模塊包括:微控制器模塊、通信接口、射頻模塊、50Ω微帶線、LC濾波器、巴倫電路，天線；所述射頻模塊包括低噪聲放大器、混頻器、濾波器、AD轉(zhuǎn)換器和基帶；在無線接收模塊中，天線接收到信號后，信號依次通過50Ω微帶線、LC濾波器、巴倫電路將單端射頻信號轉(zhuǎn)換為兩個差分信號后傳遞給射頻模塊，通過低噪聲放大器將信號功率放大，經(jīng)過混頻器后，將高頻信號的頻譜搬移到預(yù)定調(diào)制頻段，再通過AD轉(zhuǎn)換器對接收信號進(jìn)行抽樣并生成數(shù)字信號，由基帶對數(shù)字信號進(jìn)行處理，基帶進(jìn)一步過濾和信號處理后，通過通信接口將信號傳送至微控制器模塊實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的解析處理。
[0010]進(jìn)一步，所述無線發(fā)射模塊中的射頻模塊采用CY2420射頻芯片，微控制器中的數(shù)據(jù)通過射頻芯片CY2420處理后通過外圍巴倫電路、LC濾波器、50 Ω微帶線和50 Ω的天線將2.4GHz射頻信號發(fā)射出去。
[0011]進(jìn)一步，定義寄存器RFCTRL0為配置芯片信道的寄存器，微控制器模塊的主控芯片通過串行通信接口向射頻芯片內(nèi)部的RFCTRL0寄存器寫值來配置射頻芯片的信道。
[0012]進(jìn)一步，無線發(fā)送模塊和無線接收模塊的信道設(shè)置為同一參數(shù)，兩者進(jìn)行通信的媒介采用頻段為2.4GHz的電磁波；所述發(fā)送模塊和接收模塊首先配置同一個空閑的通信信道并清空緩存。
[0013]進(jìn)一步，還包括電源管理模塊，電源管理模塊采用普通鋰電池或5V直流電源供電；當(dāng)電池供電不足時，通過外部的充電接口對電池進(jìn)行充電，并且有指示燈來指示電池的充電情況
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明設(shè)計了包括外圍的巴倫電路、LC低通濾波器、50 Ω微帶線在內(nèi)的整個射頻模塊和微控制器模塊；該收發(fā)系統(tǒng)能夠很好的用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測。
【附圖說明】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0016]圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為軟件系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0019]圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本發(fā)明提供的一種支持WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz無線發(fā)射模塊，包括:微控制器模塊、通信接口、射頻模塊(包括基帶、AD轉(zhuǎn)換器、混頻器、功率放大器)、巴倫電路、LC濾波器、50 Ω微帶線、天線，微控制器模塊獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)解析處理后通過通信接口發(fā)送給射頻模塊中的基帶，生成調(diào)制信號，然后送入DA轉(zhuǎn)換器形成模擬調(diào)制信號，再通過混頻器將模擬調(diào)制信號與載波信號疊加調(diào)制到2.4GHz射頻頻段，信號傳遞給功率放大器(PA)后，通過巴倫電路將差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號，同時巴倫電路也作為一個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，將輸出阻抗匹配到50 Ω，然后通過LC低通濾波器濾掉不需要的諧波信號，進(jìn)而再通過一條特性阻抗為50 Ω的微帶線，最后通過增益為5dbi的全向天線以電磁波的形式發(fā)射信號。
[0020]無線接收模塊的2.4GHz天線接收到信號后，將依次通過50 Ω微帶線、LC濾波器、巴倫電路將單端射頻信號轉(zhuǎn)換為兩個差分信號后傳遞給射頻模塊中CY2420射頻芯片，通過低噪聲放大器(LNA)將信號功率放大后，經(jīng)過混頻器后，將高頻信號的頻譜搬移到預(yù)定調(diào)制頻段，再通過AD轉(zhuǎn)換器對接收信號進(jìn)行抽樣并生成數(shù)字信號，由基帶對數(shù)字信號進(jìn)行處理，基帶進(jìn)一步過濾和信號處理后，通過通信接口傳遞給微控制器模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理。通過上位機(jī)打印出來的數(shù)據(jù)可以觀察到通信的質(zhì)量。
[0021]當(dāng)測試當(dāng)前信道無線收發(fā)系統(tǒng)性能時，通過配置CY2420射頻芯片的寄存器，將發(fā)送模塊和接收模塊設(shè)置為同樣的信道才能進(jìn)行通信。發(fā)送模塊和接收模塊建立起無線通信連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。進(jìn)行通信的媒介是2.4GHz頻段的電磁波。
[0022]發(fā)送模塊和接收模塊首先配置同一個空閑的通信信道并清空緩存。發(fā)送模塊首先經(jīng)過串口初始化，SPI通信接口初始化及射頻芯片初始化后將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給接收模塊，接收模塊首先清空中斷，然后等待FIFO(先入先出)存儲器為空閑狀態(tài)，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼校驗(yàn)，若校驗(yàn)未通過，則丟棄數(shù)據(jù)幀，若校驗(yàn)通過，則