基于单片机的双向防盗器设计大学毕设论文.doc

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1、 双向防盗器设计【摘要】随着人们生活水平的提高，汽车已逐步进入家庭，对汽车防盗的要求越来越高，并且无线技术的不断发展，使得防盗系统的设计更加灵活、安全、方便、可靠。本文主要介绍基于LPC930单片机和TDA5255无线收发模块设计的双向汽车防盗系统，分遥控器和主机设计两部分。遥控器和主机进行半双工的通信，遥控器控制主机的状态，包括设防 、解除、寻车、开尾门等，还具有与主机同步报警的功能；主机能够检测多个触发源自动报警并且同步通知遥控器，能根据遥控器的设定执行相应的功能，还具有自动上下锁、中控锁自动化、自动恢复、紧急解除等功能。自定义无线通信协议，协议数据采用PWM编码，使用 FSK调制和解调方

2、式。软件实现采用C语言编程和Keil编译环境。【关键词】LPC930、TDA5255、PWM、FSK调制和解调【Abstract】With the improvement of peoples living standard, private cars have gradually stepped into more and more common families, and as a result, people have been more and more concerned with effective vehicle guarding-against-theft systems; a

3、nd at the same time, with the continuous development of wireless technology, this kind of systems have become much more flexible, convenient, reliable and safer. This article introduces a design of a bi-directional vehicle guarding-against-theft system, which is based upon MCU LPC930 and radio trans

4、mission and reception module TDA5255, and the design is made up of two main parts: the remote controller and the mainframe. The communication between the remote controller and the mainframe is by means of half-duplex data transmission, and the states of the mainframe controlled by the controller inc

5、lude setting up and release from defense, seeking cars, opening the back door of cars and it also can give an alarm simultaneous with the mainframe; and the mainframe can detect couples of triggered sources, give an alarm and inform the controller simultaneously, and also, it can carry out correspon

6、ding actions set by the controller; besides, it can automatically lock and unlock, revert to the original state, central-controlling lock and release from defense when in emergency. The system has a PWM-coding based self-defining communication protocol, and it uses FSK modulation and demodulation. T

7、he programming is based on programming language C with Keil as the compiler environment.【Keywords】 LPC930、TDA5255、PWM、FSK Modulate and Demodulate目 录第1章 引言6第2章 防盗器系统要求82.1防盗器主机指标要求82.1.1主机基本要求82.1.2主机扩展功能要求102.2遥控器指标要求102.2.1遥控器基本要求10第3章 系统方案选择133.1核心控件MCU133.2无线通信模块143.3通信协议143.3.1PWM编码格式153.3.2字节的发

8、送格式173.3.3数据帧格式173.3.4帧的发送接收时间计算19第4章 无线通信模块设计204.1TDA5255芯片介绍204.1.1总体描述204.1.2功能模块介绍214.1.3FSK调制234.1.4FSK解调234.1.5节电控制254.1.6信号检测和低电压检测254.1.7TDA5255的时间特性274.2基于TDA5255的高频模块设计284.2.1高频模块的总体框图284.2.2高频模块发射电路284.2.3高频模块接收电路29第5章 遥控器设计315.1硬件设计315.1.1总体硬件设计框图315.1.2电源设计315.1.3核心控制单元MCU设计325.1.4无线收发模

9、块375.1.5ICP下载电路385.1.6遥控器的总体硬件电路405.2软件设计405.2.1软件的设计要求415.2.2软件设计的总体流程框图415.2.3系统初始化435.2.4按键处理程序455.2.5数据的发送编码485.2.6数据的接收解码505.2.7数据的校验535.2.8系统状态处理565.2.9功能函数控制575.2.10接收数据的处理62第6章 防盗器主机的设计646.1主机的硬件设计646.1.1总体硬件设计框图646.1.2电源的设计646.1.3传感器检测电路656.1.4继电器控制电路696.1.5声音报警控制电路706.1.6核心控件MCU电路716.2主机软件

10、设计736.2.1软件设计总体流程图736.2.2全局状态寄存器介绍746.2.3数据的传输766.2.4接收数据的处理766.2.5传感器检测806.2.6报警输出866.2.7掉电状态记忆91第7章 系统测试与数据分析937.1通信协议的数据测试与分析937.2遥控器功耗的测量与分析947.3主机功率测试与分析957.4防盗器功能测试96第8章 结束语100致 谢102参考文献103第1章 引言汽车是目前人类主要的交通工具，也是现代文明的标志。全世界每年汽车销售量达6000多万辆，保有量已超过4亿辆。在用的车辆越多，被盗的汽车也越来越多，汽车防盗成为一个重要的社会问题。防盗技术已经与安全、

11、环保、节能一起被列为汽车技术发展的四大课题。20世纪90年代以来，电子信息技术的飞速发展使得电子信息技术、数据通讯技术、传感器技术、控制技术、计算机处理技术和汽车网络技术等有效的应用于汽车防盗技术，促进了汽车防盗技术的高度智能化、功能多样化。随着汽车电子技术的发展，汽车防盗设备按其结构与功能可分四大类：机械类、电子式、芯片式和网络式。机械类防盗器是最简单最廉价的一种，主要分为方向盘锁和排挡锁两大类，其原理是将转向盘和控制踏板或挡柄锁住，其价格便宜，安装简便，但是防盗不彻底，每次拆装麻烦；电子式是时下最流行而且销售量最大的防盗器，无论是发动机盖、行李舱和车门的开启，车辆碰撞，或者有人闯进车厢等状

12、况发生时，警报器都会发出警报声引起车主及他人的注意，车主通过袖珍的遥控器可控制遥控系统；芯片式数码防盗器是现在汽车防盗器发展的重点，大多数轿车均采用这种防盗方式作为原配防盗器，其基本原理是锁住汽车的马达、电路和油路，在没有芯片钥匙的情况下无法启动车辆；网络式防盗器是目前最先进，也是相对最有效的防盗产品，其原理是在车上安装一个小型的GPS系统，通过无线通信网络和GPS监控中心连成一个整体，这种装置具有定位准、监控范围广(全国)、主动报警、反应快、找回率高的特点。随着无线技术的不断发展，汽车防盗器中RKE系统（REMOTE KEYLESS ENTRY SYSTEM）成为了现在的主流，它是由遥控器和

13、内置于车身的接收发送器组成 ，在美国和日本使用的收发频率是315MHZ，在欧洲使用的收发频率是433.92MHZ和899MHZ。在本系统的设计中，采用德国Infineon公司生产的TDA5255单片无线收发芯片，这款无线芯片是使用欧洲的收发频率标准，工作在433-435MHz，具有很高的输出功率和接收灵敏度，而且芯片集成度很高，只需很少的外围元件；同时也具有极低的功耗，可以大幅延长电池寿命。本系统是一个半双工通信的双向汽车防盗系统，以飞利浦公司的LPC930单片机为主控器，它的速度6倍于标准的80C51，而且有许多的特殊功能，为本系统的设计的带来极大方便。遥控器和主机是交互工作，必须有很强的实

14、时性，确保通信的可靠，所以通信协议的确定是一大难点，本系统协议数据采用PWM编码，使用 FSK调制和解调方式，编码和解码都通过C语言的编程来实现。遥控器和主机都有大量的功能，主机实现了防盗报警功能，能够检测ACC、脚刹、边门、振动等触发源以及损坏，并实时通知遥控器更新状态，还有自动上下锁、中控锁自动化、自动恢复、紧急解除、断电记忆等功能；遥控器以按键作为第一响应输入，根据按键的不同以及时间的长短来实现状态的跳转，并且当主机报警时遥控器同步报警，还具有低功耗控制、低电压检测、信号强度检测等功能。第2章 防盗器系统要求2.1 防盗器主机指标要求2.1.1 主机基本要求1. ID学习主机没有自身ID

15、，但是要求可以学习2个遥控器，即记忆2个ID号，ID号必须20位以上。主机学习2个遥控器后，2个遥控器均可以遥控器主机，包括交替操控。2. 断电记忆上电后系统等待4秒缓冲时间，4秒内如过没有按键情况下，则根据前次断电的状态进行工作，默认状态为解除防盗系统状态。3. 声光警戒设定停车拔下ACC锁匙，车门关好后，短按一次“设定”键，车门上锁,主机LED灯闪烁，方向灯闪亮一次，喇叭响一Bi声，进入声光警戒状态。4. 静音警戒设定停车拔下ACC锁匙，车门关好后，短按一次“静音”键，车门上锁,主机LED灯闪烁，方向灯闪亮一次，喇叭不响，进入静音警戒状态。5. 报警报警包括ACC报警、边门报警（等同脚刹报

16、警）、振动报警，任何一个触发源触发报警后，主机喇叭报警32秒，方向灯闪烁，车辆无法启动。报警后防盗系统回到报警前的防盗状态。6. 报警暂停在主机报警时，按遥控器“设定”键或“静音”键，可暂停报警，同时防盗系统恢复到原先的防盗状态。7. 解除防盗声光防盗警戒中，按一下“设定”键，车门开锁，主机方向灯闪亮二次，喇叭响Bi声二次，防盗系统退出警戒状态，警戒解除。8. 遥控器开尾门在汽车停车熄火状态下，同时按“设定”键与“静音”键0.5秒或以上：汽车尾门（行李箱）开锁（此功能须汽车本身装有开启尾门的马达）。进入尾门开状态后，如果原先处于防盗装体，则暂时屏蔽防盗状态30分钟。9. 紧急解除当防盗器进入紧

17、急报警时,遇遥控器丢失或意外损坏,此时将车门打开，踩住脚刹踩，ACC置ON,后同时将紧急按钮短按三次,最后一次按住2秒或以上,主机会自动解除报警，进入紧急解除状态后，主机LED灯闪亮，指示进入紧急解除状态，未解除此状态时不能进行设定，此时按遥控器“解除”键可解除此状态或另配遥控器进行学习后会自动解除此状态。10. 自动恢复防盗警戒状态，按“解除”键，警戒解除，如25秒内车门未打开，防盗系统视作误解除，会自动回复到原防盗警戒状态，且遥控器有上锁时的回传音，提示已处在警戒状态。11. 遥控寻车如车主要取车时，不知车的停放地点：此时按遥控器“设定”键2秒或以上，主机喇叭会鸣叫10秒，车方向灯同步闪光

18、，以声光提示告知车主车辆所处位置；此时按遥控器“静音”键2秒或以上，车方向灯闪光10秒，主机喇叭不鸣叫，以光信号告知车主车辆所处位置，主机在声光或光提示时按遥控器任意键可以停止主机提示信号。12. 中控锁自动化当汽车行驶15秒后踩脚刹，会自动锁门；当停车熄火时，门锁自动打开；行驶中：按“设定”键中控锁上锁, 按“解除”键中控锁开锁。13. LED警示灯警戒设定后，LED警示灯间隔2秒快闪2次，向车主提示已进入防盗警戒状态，并向他人警示本车正处于防盗警戒中；警戒中振动或位移触发后，在报警过程中LED警示灯连续快闪，触发报警完后，LED警示灯间隔2秒快闪4次，直到解除警戒并开车门清除后才消失，向车

19、主提示车辆被触发过；警戒中开门、Acc置ON、踩脚刹状态触发报警后，LED警示灯会连续快闪不停，直到解除警戒并开车门清除后才消失。14. 功耗要求平均功耗小于 25mA 12V 2.1.2 主机扩展功能要求15. 传感器损坏检测在各种报警触发时，都熄火40秒，报警完成后，防盗系统回到报警前的防盗状态，如果再次受到触发或其它类触发，进入相应触发类报警。设定中,如连续长时间检测到某一检测点被触发，防盗系统只报4分钟，后自动停止报警，在其它传感器被触发时重新检测所有检测点，此时仍检测到某一检测点连续长时间被触发，又报警4分钟（此时报警信息中需包括新近被触发的传感器和检测到原被连续触发的传感器）。16

20、. 被动设防和解除由于部分车辆配有原厂防盗系统，如果车主使用原配防盗系统遥控器遥控设防和解除，则通过检测上下锁口线进行判别需要被动进入防盗或解除防盗状态，同时要求遥控的状态也必须同步更新。17. 功耗要求平均功耗小于 10mA 12V2.2 遥控器指标要求2.2.1 遥控器基本要求18. 遥控器出厂必须带有唯一的ID号，ID号必须20位以上。19. 遥控器系统使用锂离子电池，电池电压3.7V，容量150mAh。 遥控器除高频板模块外（Pwd、RFDat、BusSDA、BusSCL、BusRst、Rx/Tx、 Txen）， 还需要连接7个LED作为报警提示需要，7个LED指示状态分别为：警戒、天

21、线、振动触发、ACC触发、边门触发、尾门、电池容量；以及一个振动电机作为报警提示用；此外还需要一个交流蜂鸣器，同样作为报警提示用以及回传音乐等作用；最后就是遥控器的按键，目前要求3个按键：设定键、解除键、静音键。20. 键功能： 短按“设定”键（短按定义为小于2秒，下同），防盗器主机进入有声防盗警戒状态，同时接收到主机响应回传后，使用交流蜂鸣器产生“设定音乐”，与此同时7个LED依照一定顺序点亮，以求提示车主防盗器系统启动。 短按“静音”键，功能基本同上，只是防盗器主机进入无声防盗警戒状态。 短按“解除”键，防盗器主机立刻进入解除防盗警戒状态，同时接收主机响应回传，产生“解除音乐”（注意区别设

22、定音乐），同时7个LED依照另一种顺序点亮，作为解除提示。 长按“设定”键（长按定义为大于2秒，下同），防盗器主机进入有声寻车状态，但是主机不需要回传给遥控器。 长按“静音”键，防盗器主机进入无声寻车状态，但是主机不需要回传给遥控器。 复合按“设定”键和“解除”键（复合按键定义为错位小于0.5秒，二键同时按下时间必须长达0.5秒以上），产生遥控打开尾门功能，同时遥控器接收主机响应回传，产生“尾门开音乐”，同时尾门LED伴随音乐闪烁。 按住“解除”键5秒，遥控器系统进入关机休眠状态（此状态针对锂电池充电使用），同时产生“关机音乐”；关机休眠后，遥控器对任何按键功能（开机功能除外）和主机报警信号均

23、不处理。 在关机状态下，按住“解除”键3秒，系统开机，鸣响“开机音乐”，LED同时伴随音乐依照一定组合闪烁。21. 上电部件演示功能要求上电后，系统鸣响“开机音乐”，LED同时伴随闪烁，此外电机振动2次，目的让生产测试时及时发现部件是否损坏。22. 功耗错峰功能电池容量有限，为延长使用时间功耗必须有所控制，特别是同时使用重负载部件时，需要考虑电池能否能承担，所以重负载部件尽量避免同一时间使能几个重负载部件。23. 报警响应功能当防盗器主机在警戒状态下被某个传感器触发引起报警时，在监控有效范围内（遥控器能清晰接收主机信号范围）遥控器必须及时报警，点亮相应LED作为指示；如果同时多个传感器触发，则

24、把相应的LED均点亮报警指示。如果车主没有按键停止，则报警时间为30秒。但是，如果在30秒内又接收到另外的报警信号，则必须重新报警。24. 报警停止功能防盗器器主机在报警过程中，短按“设定”键、短按“静音”键、长按“设定”键、长按“静音”键均可中止防盗器报警；如果按解除键则防盗器主机停止报警同时立刻解除防盗器系统。25. 学习成功提示在主机进行遥控器学习后，学习成功遥控器受到主机回传后，必须相应产生“学习成功提示音乐”，LED闪烁等。26. 低电提示以及关机 当检测到电池电压低于3.3V时，遥控器必须在每次按键回传后进行提示低电，时间为5秒，电池指示LED闪烁，同时伴随“低电提示音乐”。 当检

25、测到电池电压低于3.1V时，遥控器自动关机。如果自动关机后，车主对遥控器进行充电，则当遥控器充电到3.6V以上后自动开机，开机音乐和闪烁LED等。但是，区别车主手动关机后充电，则必须车主进行开机方式才能开机。27. 功耗要求静态功耗小于50uA 3.7V。2.2.2 防盗器遥控器扩展功能要求28. 监控范围指示在防盗系统处于警戒状态下，如果遥控器在能接收主机信号的范围内，遥控器必须维持2秒闪烁警戒示意LED，有声警戒2秒闪烁2次，无声警戒2秒闪烁1次。容许滞后时间为2分钟。29. 信号强度指示接收主机信号同时通过天线指示LED闪烁次数指示信号强度，基本分为3级，1级为低级，表示距离相当远；2级

26、表明遥控器与主机相隔一定距离；3级则是信号非常好，距离比较近。30. 功耗要求静态功耗小于20uA 3.7V。第3章 系统方案选择3.1 核心控件MCU本系统对于速度要求不高，不需要高速器件（例如FPGA、CPLD、DSP等）作为核心控件，这样有利于降低成本，这里采用单片机就可以实现需要的功能。考虑到功能实现的难易程度以及指标要求，我们选择了LPC900系列的单片机。LPC900 系列单片机是PHILIPS公司生产的一款基于80C51内核的高速、低功耗Flash 单片机，集成了字节方式的I2C总线、SPI接口、UART通信接口、实时时钟、A/D转换器、ISP/IAP在线编程和远程编程方式等一系

27、列有特色的功能部件，这些有特色的功能部件给本系统的设计带来非常大的方便，而且节省了很多的外围电路的设计，性价比相当的高。它采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2到4个时钟，当操作频率为12MHz 时，除乘、除法指令外，高速80C51的指令执行时间为167333ns，在同一时钟下，其速度为标准80C51器件的6倍。针对于本设计，LPC900 单片机能够提供的特殊功能： 片内高精度的RC振荡器，无需额外的晶振为系统提供时钟输入； 片内有上电复位功能，还具有软件复位功能，无需额外的复位器件； 低电压复位（掉电检测）功能可在电源故障时使系统安全关闭，无需外围电源监控器件； 片内Flash存贮器可

28、以通过IAP在系统编程，可以随时保存获取的信息，如ID、密码等，掉电不遗失； 内部还具有E2PROM 的芯片，无需外扩E2PORM 存储器； 可编程I/O口具有多种模式，外部驱动电路设计灵活方便； 可设置多个键盘中断源，提高的按键响应的实时性； 输入口具有硬件干扰抑制电路，无需复杂的输入信号处理电路； 具有三种节电模式，多个唤醒中断源（外部中断、RTC系统时钟中断、键盘中断），对于低功耗设计有很大的帮助。基于以上的特点，本系统选择了LPC900系列单片机中的LPC930作为主控制器，不仅减少了很多的外围电路设计，减小了系统的体积（对于遥控器非常有必要）；另外它的低功耗处理使得系统更加节电，对于

29、防盗器的设计来说非常的重要，这样可以将性价比达到最高。3.2 无线通信模块针对现有的资源，本系统是采用了有着强大功能的低功耗的FSK/ASK单片收发器TDA5255，工作在433-435MHz频段，具有FSK/ASK调制和解调功能。集成度非常的高，例如有完整的VCO（压控振荡器）和PLL（锁相环）合成器、 FSK调制器、RSSI的限制器、FSK的解调器、数据滤波器、数据分割器等等，这样减少了外围电路的设计，从而减小了产品的体积。它的功能非常的强大，除了有调制和解调的功能外，还具有低电压的检测和信号强度的检测的功能，间歇自发自收功能，并以中断形式通知控制器，还具有曼切斯特码速率检测功能等 ，它的

30、低功耗设计是选择它的原因之一，具有节电模式功能，可以通过不同的方式设置节电模式，这正是遥控器的设计中所要求的。根据以上的一些特点，本系统的无线收发模块是基于TDA5255设计的，具体芯片的介绍和无线收发模块的设计在后面介绍。3.3 通信协议防盗器采用无线传输，通信协议的选择至关重要，它将直接影响系统的性能，协议数据确保在稳定可靠的前提下实现最大的速率传输，所以准确是前提，效率是目标。在本系统的设计中，充分考虑了这些要求， 尝试了两种不同的协议数据格式，分别以PWM和曼切斯特来编码 ，这两种编码在无线通信中最为常见，在测试过程中，得到了以下结论，最终选择了其一作为本系统的通信格式： PWM编码是

31、以不同的占空比来表示不同的信号，实现起来非常方便，只需要通过单片机的引脚控制输出即可，可以表示有多种数据类型（只需要改变占空比）。在解码时以不同的占空比来识别不同的数据类型，解码相对比较简单，通过对接收数据的采样判断高低电平时间实现解码。 曼切斯特编码是以不同的跳变代表不同的数据，上升沿表示1，下降沿表示0，只有两种数据类型，编码简单，可以通过单片机的引脚或者串口发送。解码是对数据的高低电平检测来实现。 在实际的测试过程中，曼切斯特的编码比较容易，而且数率可以达到很高，但是解码相对困难，在解码时不仅要检测到不同码元的分界点，实现码元间的同步，又要检测到每个码元内的跳变信号，实现码元内的同步，这

32、一点的实现有一定的难度；PWM的编码和解码都比较容易，很容易实现数据的同步，在解码时只需要检测到不同时间的低电平就能区分出数据类型。但是由于不同的数据类型由不同的占空比表示，表示的数据种类有一定的局限性，而且数据传输数率不是很高，这是因为如果数率提高了，在保证传输过程中不受干扰的前提下，数据的表示种类就会很少。 实际测试中，以PWM的编解码更加的稳定可靠，接收到的数据误码率更低，而且在编解码的程序编写上更加的容易。基于以上一些测试的结论，最终选择PWM编解码作为通信协议的数据格式，下面具体介绍下本协议的数据格式。3.3.1 PWM编码格式通信协议中定义4种码元，分别为START，1，0和STO

33、P，如图 3.1所示。每个码元高电平时间都相同，为T2个单位时间，不同之处在于低电平时间，为T1个单位时间，通过检测T1可以判别不同码元。 图 3.1四种码元的编码定义由于远程传输发送信号和接收信号会由一定的差异，因此我们允许每个码元容错率为20%。结合高频无线发射模块的传输特性，定义单位时间T=10us。表 3.1给出每种码元低电平有效的区间范围。值得注意的是每个码元有效范围不允许存在重叠，例如START和1之间24被认为是无效，因为如果一个码元被采样计数得到24，我们无法确定该码元是START还是1，这时候该码元将被视为是误码而被丢弃。表 3.1 码元的有效区间码元名称定义值(T)有效区间

34、(T)占用时间(T)START2016T2248013024T2369004536T254105STOP7056T2841303.3.2 字节的发送格式发送一个字节由一个START位，8个位和一个STOP位组成，只有同时检测到START和STOP才认为接收到的字节是有效的，否则认为无效。图 3.2 字节的组成3.3.3 数据帧格式每帧数据主要由三部分组成:3字节的ID号，2字节的命令和1字节CRC校验码，如图 3.3所示。其中ID号是手持器特有的标识符，命令字节包含了接收方应该执行的具体操作，CRC校验码是确保数据通信的可靠性。只有遥控器有ID，主机是没有ID的，但是主机能够记忆两个手持器的I

35、D。当主机向遥控器发送命令时，它的ID会因不同命令而有所不同，表 3.2和表 3.3对遥控器和主机的ID，命令和CRC作了详细说明。图 3.3 数据帧格式表 3.2遥控器帧格式说明类别定义值说明ID0x55, 0x01, 0x02第一ID号ID10x55，0x02，0x20备用ID号命令0x01，0x01短按设定建0x02，0x02短按静音键0x03，0x03短按解除键0x04，0x04开车尾门复合键0x05，0x05声光寻车0x06，x06光寻车0x08，0x07学习0x09，0x9间歇询问CRC校验码不定根据不同ID有不同的数据说明：遥控器的帧格式数据是遥控器根据按键情况发送给主机的，一帧

36、数据为6个字节。表 3.3 主机帧格式说明类别定义值说明ID不定根据不同的遥控器ID不同命令0x01，0x02声光设防成功0x01，0x03光设防成功0x01，0x05解除成功0x01，0x04开尾门成功0x06+D_STATUS汽车受到触发ID+0x0F学习成功0x09，0x09间歇询问回复0x0A，0x0A被动设防成功0x0B，0x0B被动解除成功CRC校验码不定根据不同ID有不同的数据说明: 主机帧格式数据是由主机发给遥控器的，通知遥控器所处的状态，以及报警信号等。D_STATUS是传感器状态寄存器，当汽车收到不同触发时，如果学习了两个ID那么需要同时将报警信号发给两个遥控器，所以此时I

37、D有两个。3.3.4 帧的发送接收时间计算由上述的帧格式可以计算出一帧数据发送接收所需最大时间Tmax和最少时间Tmin：最大发送接收时间是连续发6个0x00，Tmax=6(80+8105+130) 10us=63ms最少发送接收时间是连续发6个0xFF，Tmin=6(80+890+130) 10us =55.8ms第4章 无线通信模块设计4.1 TDA5255芯片介绍4.1.1 总体描述TDA5255是一个功能非常强大的低功耗的FSK/ASK单片收发器，工作在433-435MHz频率，里面集成了很多的功能，集成度非常高，其中包括有低噪声发大器，双平稳混频器，完整的VCO（压控振荡器）和PLL

38、（锁相环）合成器、 FSK调制器、RSSI的限制器、FSK的解调器、数据滤波器、数据分割器、正负峰值检波器、高效的能量放大器和通过I2C三线的接口实现的复杂的数字时序和控制单元等，还可以通过对它的寄存器操作实现参数的设置，实现稳定可靠的调制和解调。它有如下特征： 电压范围2.1到5.5V，工作温度从-40到+85度； 消耗电流很低（典型值：接受 Is=9mA，发送 Is=13mA，两个都在3V电压、25度的环境）； 具有节电模式，完全掉电流消耗非常小，最低可以达到5nA，几乎不消耗电流，如果保持间隙工作，电流消耗也在微安级别； 有FSK和ASK调制和解调的能力，不需要外部电路的调整，还有FM的

39、解调能力； 完整的VCO（压控振荡器）和PLL（锁相环）合成器，只需外部低频晶振就能达到高频调制信号； 片内具有多路的数据滤波器，因此不需要外围的滤波电路，还可以选择不 同的带宽； 有着自适应调整的数据采样器和双峰值探测器； FSK和ASK灵敏度小于109dBm； 数字的RSSI提供了信号强弱的检测和电池的低电压检测； 5V的电压提供下，传输能量高达13dBm； 数据速率最大可以达到100kBit/s的曼切斯特编码； 具有I2C总线和3线制接口，可以工作在400kbit/s； FSK灵敏度小于109dBm，ASK灵敏度小于109dBm； 带有自动间隙收发功能，可以节省更低功耗。4.1.2 功能

40、模块介绍TD5255集成了许多的功能模块，包括有LNA、PA Mixer、Filters、Limiters、Demodulator、PD、PLL等，这些都是和调制解调有关的模块，这些功能的集成大大减少了外围电路的设计，减小了产品的体积，简要介绍下这些模块功能：l PA( Power Amplifier)能量放大器（PA）。在发射的前端，提高发射的能量，有高发送能量和低发送能量两种模式可供选择，模式选择在配置寄存器（地址是00H）的D0位控制的。在高发送能量模式，发射能量可达13dBm（5V）和6 dBm（2.1V），在低发送能量模式，发射能量可达10dBm（5V）和-32 dBm（2.1V）l

41、 LNA(Low Noise Amplifier)低噪声放大器（LNA）。位于接收信号的前端，接收到的调制信号经过此放大器可以过滤一些噪声外，还可以有15到20d B的高增益，也可设置为0增益，通过配置寄存器（地址是00H）的D4位来控制；l Mixer混频器。片上有三个混频器，第一个是在LNA之后，实现将接收的信号（433435MHz）降频到144.7MHz来进行解调。第二个和第三个I/Q混频器，将第一个混频器得到的调制信号通过中心频率144.7MHz的混合，分离出两路频率信号；l I/Q FiltersI/Q 滤波器。在I/Q混频器后面还跟有两个数据滤波器，将得到的数据进行滤波，去除基带信

42、号中混有的高频信号，得到第一步的基带信号。这两个滤波的频率可以通过LPF寄存器（地址是03H）的D1到D3位来实现；。l I/Q LimitersI/Q检波器。FSK和ASK两个通道的基带信号（FSK两路信号不同，分别有两个频率信号组成，ASK的两路信号相同），通过检波器转换成直流信号，并有80DB增益的放大；l FSK DemodulatorFSK解调器。从I/Q两路分离出的信号，这两路分别是高电平和低电平对应的信号，经过解调器后，将这两路合成为一路信号就得到了基带信号。解调器的增益是2.4MV/KHZ，最大的频偏300KHz；l RSSI Receive Signal Strength I

43、ndicatorRSSI接受信号加强器。在I/Q检波器中也有，它是根据信号的强弱转换成相应的直流电压，把两路的直流电压相加就得到了总的信号强度对应的电压。这个用于指示此时距离主机的距离；l Data Filter数据滤波器。它跟在解调后的基带信号的后面用于滤除一些干扰信号，带宽可以被调整到大约5KHz and 102KHz，通过LPF寄存器（地址是03H）的D4到D7 位来调整；l Data Slicer数据采样器。它是一个高速的100KHZ带宽的比较器，可以通过CONFIG寄存器的D15位来选择是作为低通滤波器还是用作峰值探测器；l Peak Detectors峰值探测器。它用来检测信号的峰

44、值电压，有正峰值和负峰值；l Crystal Oscillator晶体振荡器。外接18.0383MHZ，通过和PLL的配合以及外部电容的改变产生在FSK、ASK调制时所需的频率；l PLL SynthesizerPLL合成器。它是由两个VCO（压控振荡器），分别用于发送和接收，中心频率为868MHz和1156MHz，还有一个4倍分频器，一个异步的可选择比率的分频链，一个可控的相位检波器和一个循环滤波器组成。PLL为发射和接收时提供了高频调制和解调信号；l Wakeup Logic唤醒逻辑单元。TD5255有三种模式可以选择，分别为从模式（默认）、自发的模式、计时模式。只有自发模式具有唤醒功能，

45、它是通过ON_TIME 和 OFF_TIME的决定时间，分别通过两个寄存器来设置时间。ON_TIME为活动的时间，OFF_TIME为掉电时间。从模式不具有唤醒功能，它的节电通过引脚PWDDD来控制。计数器摸式可以为外部设备产生周期性的中断。4.1.3 FSK调制本系统采用的FSK调制，中心频率为430.8MHz，正负频偏为35KHz。FSK调制时基带信号的高低电平由不同的高频对应，高频在传输时不仅容易增加发射功率，而且有更好的抗干扰性。FSK的数据高低电平对应的频率为F1=430.8MHz +35KHz，F2 = 430.8MHz -35KHz。调制的过程如所示：图 4.1 FSK调制框图1.

46、 FSK数据为基带序列，由DATA引脚输入。由晶体振荡器产生两种频率F1和F2，分别表示0和1，振荡器的中心频率大约为18.0896MHz，根据FSK数据选择这两个频率，达到调制的目的，F1和F2 相差70 KHz；2. 调制以后的频率只有18MHz左右，然后经过PLL倍频，如果是发射模式，则倍频后的频率为434.35MHz左右，作为发射信号；如果是接受模式倍频后的频率为578.85MHz左右，将作为解调信号用；3. 调制信号经过PA（能量放大器）增加发射功率，然后通过天线发射出去，本系统选择的是高能量模式。4.1.4 FSK解调解调过程是将接收的信号进行降频，经过低通滤波器，以及限制器和解调器的等处理来实现解调，过程如图 4.2所示：图 4.2 FSK解调过程1. 通过天线ANT接收到调制信号，调制信号输入到FSK通道内；2. 将这个信号进入混合器，与PLL产生的Frx频率相混合，频率降低到144.7MHz左右，这是为了低频更容易处理；3. 然后通过低通滤波器，它的带宽可通过寄存器设定，为了去除混有的高频信号；4. 滤波器输出的信号分别进入两个通道。分