专利名称：短程无线数据传输收发装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线数据传输的装置，具体地说，是指一种通过在PC机或者控制设备的串口USB接口上连接本实用新型的收发装置实现短程无线组网功能，以及实现各PC机或者各控制设备之间的数据交互。
背景技术：
对于工业无线监控或者智能家居设备间的信息传输，一般采用有线方式的连接来达到数据传输的目的，如实现数据传输、监视、控制、报警等功能，但是，有线方式的连接，需要通过电缆将各设备连接起来，如果设备数量和种类比较多时，需要在设备之间进行综合布线，电缆连结比较复杂，而且一旦完成以后，改动起来比较复杂，不利于设备的维护。
采用无线方式连接，各设备之间通过空间电波通信，不需要电缆连接，不存在综合布线的问题，设备的添加和删除非常简单，只需要在设备列表中删除即可，方便系统维护。
无线数据传输装置的基本要求是不同的无线数据传输设备之间能够互联互通。这里所说的是在物理层和MAC层的互联互通，即要求不同的无线数据传输装置采用相同的标准，如调制方式、编码方式、工作频道等。本实用新型的无线数据传输收发装置采用IEEE 802.15.4标准和ZigBee联盟规范，能够有效保证不同无线数传设备的互联互通性。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种短程无线数据传输收发装置，所述收发装置的设计是基于IEEE 802.15.4标准和ZigBee联盟规范的数据传输方案，该方案是构成短距离、低速率的数据传输无线收发的平台。所述装置能够实现对传输数据的发射/接收、编码/解码、调制/解调、频率/功率控制基本功能。能够实现短程无线组网功能，以实现各PC机或者各控制设备之间的数据交互。
本实用新型的一种短程无线数据传输收发装置，由接收天线、发射天线、射频电路、晶振电路、微处理器和外部接口电路构成，接收天线、发射天线和晶振电路分别与射频电路的连接，射频电路与微处理器连接，微处理器与外部接口电路连接，外部接口电路与中心监控计算机的串口或者USB接口连接。
所述短程无线数据传输收发装置，其晶振电路产生射频电路所需要的时钟和本振基准频率，并通过射频电路提供微处理器的外部时钟；微处理器通过对射频电路中寄存器的操作控制射频电路的工作状态，当处于接收状态时，射频电路接收由接收天线输出的射频信号，经过处理和变换后得到数据信息，通过数据缓冲区输出到微处理器中，微处理器对接收的数据进行判读，根据需要经外部接口电路输出给中心监控单元；当处于发射状态时，中心监控单元发出的数据，经外部接口电路输出给微处理器，微处理器对接收的数据，经处理打包输出给射频电路，射频电路对接收的数据经过处理和变换，变成射频信号输出给发射天线，由发射天线发射出。
本实用新型短程无线数据传输收发装置的优点主要体现在以下几个方面(1)严格按照IEEE 802.15.4标准对物理层和MAC层的规定，以及ZigBee规范对网络层和应用层的要求，利于无线收发数据传输设备的互联互通和组网；(2)本实用新型的收发装置主要应用于短距离、低速率的无线数据传输领域，发射功率小，电磁兼容性强；(3)本实用新型收发装置具有多种休眠模式，节电效果好，适用于长期无人值守的无线监控；(4)本实用新型收发装置采用双PCB弯曲天线，装置尺寸小，天线增益高，作用距离远；(5)本实用新型收发装置的射频电路2的收发匹配电路简单，元器件少；(6)本实用新型收发装置的分离元件少，可靠性强。
图1是本实用新型的结构框图。
图2是天线安装位置与电路板的关系图。
图3A是本实用新型天线在XOZ面方向图。
图3B是本实用新型天线在YOZ面方向图。
图4本实用新型收发装置的电路原理图。
图中1.接收天线 2.射频电路 3.微处理器 4.外部接口电路5.晶振电路 6.中心监控计算机 7.发射天线 8.电路板具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
请参见图1所示，本实用新型是一种短程无线数据传输收发装置，由接收天线1、发射天线7、射频电路2、晶振电路5、微处理器3和外部接口电路4构成，接收天线1、发射天线7和晶振电路5分别与射频电路2的连接，射频电路2与微处理器3连接，微处理器3与外部接口电路4连接，外部接口电路4与中心监控计算机6的串口或者USB接口连接。本实用新型短程无线数据传输收发装置的工作原理是晶振电路5产生射频电路2所需要的时钟信号和本振基准频率，同时通过射频电路2提供微处理器3的外部时钟；微处理器3通过对射频电路2中寄存器的操作控制射频电路2的工作状态，如发射、接收、休眠以及频率、功率调整等；当处于接收状态时，射频电路2接收由接收天线1输出的射频信号，经过处理和变换后得到数据信息，通过数据缓冲区输出到微处理器3中，微处理器3对接收的数据进行判断，根据需要经外部接口电路4输出给中心监控单元6；当处于发射状态时，中心监控单元6发出的数据，经外部接口电路4输出给微处理器3，微处理器3对接收的数据，经处理打包输出给射频电路2，射频电路2对接收的数据经过处理和变换，变成射频信号输出给发射天线7，由发射天线7发射出；微处理器3还能控制微处理器3和射频电路2进入多种休眠状态，休眠状态可以由外部中断或内部指令唤醒。
在本实用新型中，为了提高接收天线1和发射天线7的增益和电路板8尺寸的利用率，接收天线1和发射天线7分别采用两根PCB弯曲辐射单元构成的对称振子天线。请参见图2所示，坐标轴X表示沿电路板8长度方向，即天线的长度方向；坐标轴y表示沿电路板8宽度方向，即天线的垂直方向；坐标轴z表示沿电路板8高度方向，即垂直电路板8方向。接收天线1和发射天线7分别印刷在电路板8的正反面板上。发射天线7的长度不是常用对称振子的1/2个波长，而是5/8个波长，发射天线7采用5/8个波长其目的是要提高发射天线7的增益。天线垂直面(yoz面、即H面)上的辐射是全方向性的，在包含天线的面(xoz面，即E面)上的辐射是有方向性的，为了减少辐射对接收/发射信息造成的影响，所以接收天线1和发射天线7在电路板8上的安装位置沿X方向进行印刷安装，经测试沿X方向的幅射比沿Y方向上的幅射小30dB左右，天线的辐射方向图如图3A、图3B所示。
请参见图4所示，在本实用新型中，射频电路2(U1芯片)选用Freescale公司的MC1393芯片，射频电路2与接收天线1和发射天线7之间分别由射频输入输出匹配电路连接。接收天线1输出端并联电感L1后分别与射频电路2的1端和2端联接，构成射频接收匹配电路；发射天线1输出端分别与射频电路2的5端和6端联接，发射天线7的输出端通过一段适当长度约0.5mm～5mm的微带线与直流电源电路连接，起到给射频电路2供电和匹配射频电路2两个目的。
微处理器3(U2芯片)选用Freescale公司的MC9S08GT60芯片。微处理器3与射频电路2之间的连接与控制关系如下射频电路2的10端、11端与微处理器3的29端、30端联接，用于脉宽调制和定时器功能；射频电路2的12端与微处理器3的6端联接，用于射频电路2复位，低电平有效；射频电路2的13端与微处理器3的5端联接，用于射频电路2的收发使能控制；射频电路2的14端与微处理器3的4端联接，用于控制射频电路2进入休眠模式；射频电路2的15端与微处理器3的47端联接，用于射频电路2输出时钟信号到微处理器3；射频电路2的16端与微处理器3的16端联接，用于SPI接口的外部时钟；射频电路2的17端与微处理器3的15端联接，用于SPI数据线；射频电路2的18端与微处理器3的14端联接，用于SPI数据线；射频电路2的19端与微处理器3的13端联接，用于SPI使能控制，低电平有效；射频电路2的20端与微处理器3的12端联接，用于外部中断，低电平有效。
微处理器3通过对外接口电路4(J2芯片)与中心控制单元连接。具体的连接与控制关系如下外部接口4的1端接地，外部接口4的14端接电源，电源采用+3.3V直流电源，经滤波电路后送入无线通讯模块；外部接口4的2端与微处理器3的1端联接，用于微处理器3的复位，低电平有效；外部接口4的3端与微处理器的45端联接，用于微处理器3的程序调试下载；外部接口4的4端、5端与微处理器的11端、10端联接，用于微处理器3的UART数据输入输出；外部接口4的6～9端与微处理器的42～39端联接，用于微处理器3的外部中断；外部接口4的10端、11端与微处理器的23端、20端联接，用于脉宽调制和定时器功能；外部接口4的12端、13端与微处理器的25端、26端联接，用于微处理器3的AD输入。
本实用新型的无线收发装置经FCC实验室测试，完全符合IEEE802.15.4标准与ZigBee规范，工作频段为2.4GHz，共有16个信道，每个信道间隔5MHz，频率范围为2.405GHz～2.480MHz。本装置主要用于短程、低速率的射频无线通讯领域，如工业无线监控、智能家居控制等。
权利要求1.一种短程无线数据传输收发装置，其特征在于由接收天线(1)、发射天线(7)、射频电路(2)、晶振电路(5)、微处理器(3)和外部接口电路(4)构成，接收天线(1)、发射天线(7)和晶振电路(5)分别与射频电路(2)的连接，射频电路(2)与微处理器(3)连接，微处理器(3)与外部接口电路(4)连接，外部接口电路(4)与中心监控计算机(6)的串口或者USB接口连接。
2.根据权利要求1所述的短程无线数据传输收发装置，其特征在于晶振电路(5)产生射频电路(2)所需要的时钟和本振基准频率，并通过射频电路(2)提供微处理器(3)的外部时钟；微处理器(3)通过对射频电路(2)中寄存器的操作控制射频电路(2)的工作状态，当处于接收状态时，射频电路(2)接收由接收天线(1)输出的射频信号，经过处理和变换后得到数据信息，通过数据缓冲区输出到微处理器(3)中，微处理器(3)对接收的数据进行判读，根据需要经外部接口电路(4)输出给中心监控单元(6)；当处于发射状态时，中心监控单元(6)发出的数据，经外部接口电路(4)输出给微处理器(3)，微处理器(3)对接收的数据，经处理打包输出给射频电路(2)，射频电路(2)对接收的数据经过处理和变换，变成射频信号输出给发射天线(7)，由发射天线(7)发射出。
3.根据权利要求1所述的短程无线数据传输收发装置，其特征在于射频电路(2)选取MC1393芯片，微处理器(3)选取MC9S08GT60芯片，接收天线(1)和发射天线(7)选取PCB弯曲天线。
4.根据权利要求3所述的短程无线数据传输收发装置，其特征在于接收天线(1)的输出端并联电感L1后分别与射频电路(2)的1端和2端联接，发射天线(7)的输出端分别与射频电路(2)的5端和6端联接，发射天线(7)的输出端连接有0.5mm～5mm长的微带线，所述微带线与直流电源电路连接；晶振电路(5)的输出端与射频电路(2)的26端、27端联接；射频电路(2)的10端、11端与微处理器(3)的29端、30端联接，射频电路(2)的12端与微处理器(3)的6端联接，射频电路(2)的13端与微处理器(3)的5端联接，射频电路(2)的14端与微处理器(3)的4端联接，射频电路(2)的15端与微处理器(3)的47端联接，射频电路(2)的16端与微处理器(3)的16端联接，射频电路(2)的17端与微处理器(3)的15端联接，射频电路(2)的18端与微处理器(3)的14端联接，射频电路(2)的19端与微处理器(3)的13端联接，射频电路(2)的20端与微处理器(3)的12端联接；外部接口电路(4)的1端接地，14端接电源，电源采用+3.3V直流电源，外部接口电路(4)的2端与微处理器(3)的1端联接，外部接口电路(4)的3端与微处理器(3)的45端联接，外部接口电路(4)的4端、5端与微处理器(3)的11端、10端联接，外部接口电路(4)的6～9端与微处理器(3)的42～39端联接，外部接口电路(4)的10端、11端与微处理器(3)的23端、20端联接，外部接口电路(4)的12端、13端与微处理器(3)的25端、26端联接。
5.根据权利要求1所述的短程无线数据传输收发装置，其特征在于接收天线(1)和发射天线(7)分别印刷在电路板(8)的正反面板上；接收天线(1)和发射天线(7)分别采用两根PCB弯曲辐射单元构成的对称振子天线；接收天线(1)和发射天线(7)在电路板(8)上的安装位置沿X方向印刷安装，且沿X方向的幅射比沿Y方向上的幅射小30dB左右。
6.根据权利要求5所述的短程无线数据传输收发装置，其特征在于接收天线(1)的长度为1/2个波长，发射天线(7)的长度为5/8个波长。
专利摘要本实用新型公开了一种短程无线数据传输收发装置，接收天线、发射天线和晶振电路分别与射频电路的连接，射频电路与微处理器连接，微处理器与外部接口电路连接，外部接口电路与中心监控计算机的串口或者USB接口连接。本实用新型收发装置的设计是基于IEEE 802.15.4标准和ZigBee联盟规范的数据传输方案，该方案是构成短距离、低速率的数据传输无线收发的平台。所述装置能够实现对传输数据的发射/接收、编码/解码、调制/解调、频率/功率控制基本功能。所述装置能够实现短程无线组网功能，以实现各PC机或者各控制设备之间的数据交互。
文档编号H04L29/00GK2862512SQ200520110428
公开日2007年1月24日 申请日期2005年6月23日 优先权日2005年6月23日
发明者洪家才, 胡博, 李云志, 董明星, 郦亮 申请人:赫立讯科技(北京)有限公司