一、前言
技术日益向高速化、智能化、信息化、网络化发展，各种各样的制造业和通信业设备除了可以与计算机联机外，还可以互相联机，而实现设备间相互联机的最具发展潜力的方式就是无线通信。与有线通信方式相比，无线通信具有一系列优点，特别适用于手持现场设备、电池供电设备、遥控遥测设备、水文气象监控设备、生物信号采集系统、工业数据采集系统、机器人控制系统、银行智能回单系统、小型无线网络、小型无线传输模块、无线抄表终端、门禁系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡以及无线232数据通信、无线485／422数据通信、无线数字语音和数字图像传输等。在工业、科学研究以及医疗设备中，目前出现了大量需要进行通信的设备，这些设备通信距离较近、数据量较小、不适合布线。比如自动抄表终端、酒店点菜系统以及现场数据采集系统等，其中有很多设备是可移动的，而且要求荷重小便于携带。实现上述不同的功能要求，有不同的方案选择，从而使通讯设备具有体积小、功耗低、成本低、使用方便等特点。双向无线发射、接收机应满足便携式电池供电设备的一些基本要求，才能适用于无线RF应用。这些基本要求为：方案成本低、体积小、低功耗、符合电池供电要求、集成度高、无需微调外部元件、外围元件极少、加工更容易、数据传输率高、传输时间更短、接口简单、可以与廉价的单片机接口。
二、数字无线传输模块的原理框图及工作原理
数字无线传输模块的基本特征是把数字信号作为载体传送信息，它传输的信号是“离散”或“数字”的。数字无线传输模块系统是一种传输数字信号的系统。或者说，它是利用数字信号来传输信息的通信系统
一个无线双向无线传输模块系统不仅仅具有发射功能的，而是收发共一体的装置，比如我们要实现无线测量温度的方式就必须把发射装置设置为被动者，接收装置设置为主动者，这样才能实现当我们需要测量温度时整个装置才可以工作而不是让电路一直测量温度不停，所以在发射电路中含有接收电路。
以温度传感为例，工作原理如下：GPRSDTU可将温度传感器采集到的温度数据传送给计算机，同时将计算机发出的控制信号传送给单片机，从而实现单片机与计算机之间的无线数据传输。
三、几种无线传输模块设计方案的比较与选择
(一)方案一：GPRSDTU无线收发芯片
GPRSDTU是公司推出的单片可编程RF收发芯片，它基于Chipcon’sSmartRF技术，可工作在ISM频段(300MHz～1000MHz)。GPRSDTU集成了射频发射、射频接收、PLL合成、FSK调制解调、可编程控制等多种功能。GPRSDTU采用锁相环技术，发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为300MHz～1000MHz，适合应用跳频协议，一般可配出10个或20个频点，该芯片灵敏度为-109dBm，并可自动校准，可编程输出功率为-20dBm～+10dBm，通信速率可达78.6Kbps。GPRSDTU的主要工作参数可由一个串行接口编程设定，使用非常方便并且具有灵活性。GPRSDTU芯片的外围元件较少，且对精度要求不高，并提供三种编码方式与微控制卡接口。所以GPRSDTU与一个微控制卡和少数几个外接元件便可组成一个完整的RF收发系统。但是它有个缺点，就是不能直接接单片机串口使用，数据需要进行曼彻斯特编码，效率较低。
(二)方案二：CDMADTU无线收发芯片
无线传输模块DTU是公司为433／868／915MHzISM频段设计的单片UHF多段无线收发芯片，它采用优化的GFSK调制解调技术，抗干扰能力强，采用DDS+PLL频率合成技术，频率稳定性好，灵敏度高达-l04dBm，发射功率可以调整，最大发射功率是+l0dBrn，可在155.6kHz的有效带宽下传输最高76.8bps的数据。CDMADTU的工作电压范围可以从2.7V～3.3V，接收待机状电流消耗为600laA，低功耗模式电流消耗仅为1uA，可满足低功耗设备的要求。CDMADTU具有多个频道(最多170个以上)，特别满足需要多信道工作的特殊场合，适合采用跳频协议。
无线传输模块的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB天线，所有的参数包括工作频率和发射功率都可以通过一个14位的配置寄存器用串行线(CS、CFG—CLK和CFG—DATA)进行设置。无线传输模块内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几个部分。发射电路含有：射频功率放大器、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器产生电路所需的基准频率。振荡电路采用锁相环(PLL)方式，由在DDS基础上的频率合成器、外接的无源回路滤波器和压控振荡器组成。压控振荡器由片内的振荡电路和外接的LC谐振回路组成。要发射的数据通过DATA端输入。接收电路包含有：低噪声放大器、混频器、中频放大器、GFSK解调器、滤波器等电路。低噪声放大器放大输入的射频信号。
(三)方案三：无线抄表终端收发芯片
无线传输模块抄表终端是公司研制的单片UHF无线收发芯片，工作在433MHzISM(Industrial，ScientificandMedical)频段。它采用FSK调制解调技术，抗干扰能力强，并采用PLL频率合成技术，频率稳定性好，发射功率最大可达10dBm，接收灵敏度最大为-105dBm，数据传输速率可达20Kbps，工作电压在+3V～5V之间。无线抄表终端收发芯片所需外围元件较少，并可直接接单片机串口。无线传输模块抄表芯片内包含有发射功率放大器(PA)、低噪声接收放大器(LNA)、晶体振荡器(OSC)、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、混频器(MIXFR)、解调器(DEM)等电路。在接收模式中，无线传输模块抄表终端被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信号被低噪声效大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出(DOUT)端。在发射模式中，数字信号经DIN端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进行kfq发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和PLL合成技木，频率稳定性极好；采用FSK调制和解调，抗干扰能力强。
(四)综合比较分析
综合比较以上几种方案，考虑到系统的便携性、效率以及成本问题。方案一中可以符合设计的要求，且外围元件少，直接接单片机串口使用，数据需要进行曼彻斯特编码；方案二中是一个很理想的芯片。在方案三中更加适合本设计的要求，因此采用方案三来实现这个系统。
四、无线传输模块芯片概述及应用
无线传输模块收发芯片是公司推出的一种集荧射和接收为一体的无线传输芯片，它在一个20脚的芯片中包含了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等功能，工作在433MHz的频率上，采用了移频键控进行调制解调，能够以20Kbps的比特率进行无线数据传输。集成度苛、工作频率稳定可靠、外围元件少、功耗极低，适合于便携式及手持产品的设计，由于采用了低发射功率和高接收灵敏度的设计方案，因而可满足无线电管制要求，无需申请许可证，是目前低功耗无线数传的理想选择，可广泛用于遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、工业数据采集、水文气象监控、机器人控制等领域。
五、无线传输模块芯片主要技术指标
无线传输模块是真正的单芯片RF收发机，专为在433MHzISM频段工作而设计。它所需的外围元件仅为一枚4MHz基准的晶体(可与MCU共享)、一个PLL环路滤波器和一个VCO电感。无线传输模块采用小型20引脚SSOP封装，3V直流电源供电。接收电流低，仅为11mA，而且在轮流检测(Polling)模式时可以通过周期性暂停的方法使其更低，以延长电池寿命。它还提供进一步降低电流消耗的待机模式。为了使通信范围更广，无线传输模块内建的功率放大器提供的输出功率可达10mW。它采用非常紧凑的电路板布局，仅占用很小的PCB面积，而且免费提供所有布局图。无线传输模块收发机的各项功能在制造过程中均经过测试，能用标准的电子产品表面贴装生产线，在短测试时间完成最终产品的装配。无线传输模块接收机使用频移键控(FSK)调制方式，改善了噪声环境下的系统性能。与幅移键控(ASK)和开关键控(On—OffKeying)方式相比，这种方式的通信范围更广，特别是在附近有类似设备工作的场合。无线传输模块另一个非常重要的特性是接收机的频带外阻抗很高(out—of—bandblocking)，这意味着它不需要外部声表面波(S卢W)滤波器。此外nRF401的解调器是DC平衡的，因此可以使用任何一种协议，也可以使用各种0、1序列，因而无需浪费单片机宝贵的处理资源。该芯片采用环形天线接法典型应用原理。在理想状态下，采用环形天线接法的有效传输距离计算如下：
●fo：434MHz(λ=0.69m)
●Pt：10dBm
●Gtx_ant：-17.7dB(35×20loop天线)
●Grx_ant：-22dB(25×15loop天线)
●S：-105dBm
LP=S-Pt-Gtx_ant-Grx_ant=-75.3dB
这是理想状况下的传输距离，实际的应用中是会低于该值，这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的损耗。
六、总结
无线传输模块芯片RF收发机具有设计方案成本低、体积小、低功耗、符合电池供电要求、集成度高，工作频率稳定可靠无需微调外部元件、外围元件极少、加工更容易、数据传输率高、接口简单、可以与廉价的单片机接口。满足无线电管制要求，无需申请许可证，是目前低功耗无线数传的理想选择，可广泛用于遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、工业数据采集、水文气象监控、机器人控制等领域。
目前国内的工业微机测控网络多为有线通信方式，有线通信的优点是数据传输可靠性较高，但需铺设较多明线，而有些生产领域由于条件所限，难以铺设线路，这时就需要无线通信来解决问题。本设计利用无线传输模块芯片实现了PC机作为主控机的微机测控网络，在本设计中，较详细地论述了该系统理论设计过程，系统性能较好，能适于多种应用领域，有较大推广价值。