高危生产区域人员定位节点的电路设计

参考节点为室内同定的节点，移动节点根据参考节点发射的信号测量跟参考节点之间的距离，移动节点再将距离信息发送给网关节点，网关节点通过USB接口将距离信息传送到计算机上，在计算机上实现对移动节点的实时跟踪定位。

3 硬件设计
定位节点由两块电路板组成，分别是无线模块电路板和处理器电路板，如图3所示。其中无线模块电路板作为处理器电路板的一部分焊接到处理器电路板上。节点包括电源模块、无线模块和处理器模块3个部分，其中电源模块和处理器模块2部分在处理器电路板上，无线模块在无线模块电路板上。无线模块负责射频信号的接收与发送，处理器电路板负责电源的供给、控制无线模块电路工作以及数据的通信等。无线模块电路采用的射频收发器为德国Nanotron公司的芯片NA5TR1，该收发器采用Nanotron独特的线性调频扩频通讯技术，其片上点对点测距可达到1 m的精度，同时提供传输距离极佳的可靠数据通信。

3．1 电源模块
电源模块由稳压模块和电平转换模块2个部分组成。稳压模块提供单片机所需要的3．3 V电压和射频收发器需要的2．5 V电压。所需的0．8～3．0 V输入电压由电源适配器或干电池提供。使用的3．3 V稳压芯片为NCP1402SN33T1单片微功率升压直流-直流转换器，NCP1402系列稳压器专为通过一节或2节电池为便携设备供电的应用而设计，可由0．8 V的电池电压启动，同时需要的外部元件少，有5种标准的稳定输出电压，NCP1402SN33T1输出稳定的3．3 V电压，输出电流可达200 mA。所使用的2．5 V稳压芯片为TI公司的TPS79425DGN低压差线性稳压器。 TPS794XX系列的低压差线性稳压器具有高电源抑制比、超低噪声及快速启动等特点，该系列稳压器具有1．2～5．5 V可调的电压输出值。由于NA5TR1的I／O口电平为2．5 V，而ATmega128L的I／O口电平为3．3 V，故需要对电平进行转换。采用的电平转换芯片为SN74AVC4T245，可以实现1．2 V至3．6 V的电平转换。
3．2 无线模块
本文采用的无线收发芯片为德国Nanotron公司的NA5TR1，该芯片的工作频段为2．4 GHz的免授权频段，提供3个可自由调整中心频率的非重叠2．4 GHzISM频道和14个重叠的频道，提高了与现有2．4 GHz无线技术共存时的网络性能，具有125 Kb／s～2 Mb／s的可编程数据速率，0～33 dBm可调且支持扩展至20 dBm以上的可编程输出功率，高达大-97 dBm的接收灵敏度，具有节能的掉电模式，掉电模式下的最小电流≤2μA。
3．2．1 时钟晶振
NA5TR1工作时需要32．768 kHz和32 MHz两个时钟信号，32 MHz的时钟作为基带时钟的基准来产生线性调频信号，32．768 kHz时钟为实时时钟及实现掉电模式下的电源管理。为了使节点有一个更高的测距精度，基带的基准时钟必须稳定，即32 MHz的时钟信号必须稳定。为了确保时钟的稳定，本文中的32 MHz时钟采用了皮尔斯晶体振荡器。皮尔斯晶体振荡器稳定性能极好，Q值和特征阻抗都很高，低噪音，外电路中的不稳定参数对振荡回路影响很小，回路的标准性高。