一种无线教学网络系统的设计与实现

为防止学生课后忘记关电源,减少电源耗费,系统采用了电源控制技术,以实现自动关机功能。方法是:在单片机内部设计监控程序,程序内设定一时间常数,实时监测数据入口,若检测到在此时间常数内单片机一直没有有效数据输入,就认为是学生忘记了关机,此时,启动内部关机程序,关闭工作指示,切断电源,下次使用时须重新开关电源;若这段时间内至少接收到了一次对应地址信号,则重新设定此时间常数,实现自动关机保护功能。

2.2 地址编码/解码电路

地址编码/解码电路选用编码器MC145026和与其对应的解码器MC145028来实现。其中,地址编码器MC145026在PC机接口板电路上,地址解码器MC145028在学生终端电路上。工作过程是:通过单片机控制,PC机接口板从PC机串口读取地址信号,经MC145026对地址信号进行编码,再进行调制发射。学生终端将接收的地址编码信号解调后再经MC145028解码,所得地址信号若与本终端的地址一致,则产生中断程序响应,使本终端工作状态转换为发射状态,发射本终端存储的数据。若不一致,则学生终端仍保持为接收状态。

2.3无线收发电路

不管是教师终端、学生终端,还是PC机接口板,都包括无线收发电路部分。如能设计一通用模块,修改少量参数或更换元器件,各终端都能使用则最为理想,我们采用基于“蓝牙”技术设计的无线收发一体芯片TR3001实现了这种设计。

TR3001是RFM公司最新推出的基于“蓝牙”技术设计的单片无线收发一体芯片,在一个20脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、ASK/OOK调制、ASK/OOK解调等电路,是目前集成度很高的无线数据传输产品。芯片工作频率为315MHz,工作电压范围为2.7V～3.5V,电压漂移要求小于10mV,芯片发射功率典型值为1mW,数据调制方式有OOK和ASK两种,芯片提供了与控制器的接口,用以控制芯片的工作状态。无线收发电路设计原理图如图3所示,从图中可以看出,整个电路设计简单,外围元器件少,无调试元器件,电路参数设定如下:引脚5和6脚电容CBBO为基带耦合电容,以设置接收机基带带宽,设计公式为CBBO=70×SPMAX,SPMAX为数据流的最大脉冲宽度,此电容值可适当调节,以便获得最佳性能;引脚7为调制数据输入脚或解调数据输出脚,工作状态为发射时,为数据输入脚,工作状态为接收时,为数据输出脚;三极管N1和电阻SR1用于实现电平匹配;8脚为调制数据输入引脚,芯片发射功率与8脚输入电流成正比,一般RTXM可取值8.2kΩ;9脚电阻RLPF为3dB带宽调整电阻,单位为kΩ;电阻RTH1、RTH2设定芯片内部比较器比较门限,典型设定值RTH1=27kΩ,RTH2=100kΩ;14、15脚电阻RPR,RPW对数据率进行设定,电阻RPR、RPW单位均为kΩ;根据教学要求,数据调制率设为19.2kbps,根据经验公式设定电阻值RPR=330kΩ,RPW=270kΩ;引脚20为射频输入/输出引脚,接ESD保护线圈和匹配电感,以实现与天线阻抗的匹配;TR3001芯片有ASK和OOK两种调制方式,17、18脚组合控制芯片的工作状态,具体见表1。其余各外围参数的设定方法见参考文献3。