电子设计大赛 单工无线呼叫 系统

单工无线呼叫系统摘要单工无线呼叫系统分为发送部分、接收部分。

发送部分主要由频率调制和晶振倍频电路组成。

接收部分主要包括：由高频双栅效应管3SK122组成的一混频电路；由低功耗FM解调集成芯片MC3361组成的二混频解调电路和由小功率、低电压、音频功放芯片LM386组成的功放电路。

由DTMF发送器UM91210和DTMF接收器CM8870实现文字信息的发送和控制，可以无线发送文字、数字、字母，可靠性高；无线发送语音时，通信距离远（可达到20米以上），接收灵敏度高，抗干扰能力强。

借助于单片机和继电器开关实现一点对多点的单工无线呼叫和文字发送，发射机具有拨号选呼和群呼功能。

发射和接收到的信息都可以在5*10中文模块系列液晶显示器OCMJ上显示出来，并且液晶上可以随时显示提示信息。

1 方案比较、设计与论证1.1 无线发送部分的设计方案一：使用单片调频发射集成芯片MC2833。

它由话筒放大器、可变电抗器、射频振荡器、输出缓冲器以及两个辅助晶体管构成。

能够实现放大、晶振倍频、频率调制。

这种电路比较简单，但由于时间上的限制无法及时拿到芯片。

方案二：使用分立的放大、晶振倍频、频率调制电路。

这种电路技术比较成熟，各电感、电容外接可以随时改变其值的大小，性能可控，容易达到大赛的要求。

综合考虑各种因素，我们选择了方案二。

1.2 无线接收部分的设计方案一：采用直放式接收方式。

直接将接收到的信号加到高频小信号检波（平方律检波）电路，这种接收方式的灵敏度较低。

方案二：采用超再生接收方式。

实现这种接收方式的电路比较简单，但是可靠性差，而且噪声也比较大。

方案三：采用超外差接收方式。

将接收信号变频到一固定中频，在中频上放大信号，放大增益可以做的很高而不自激，电路工作稳定，可靠性非常好，技术成熟，灵敏度高。

综合考虑各种因素，我们选择了方案三。

1.3 传输方式的设计方案一：使用编码/解码芯片PT2262/PT2272。

发送方式为地址与数据的混合编码，将这个组合码通过无线电调制的方式发送出去。

在接收端通过专用设备的解调，还原为原来的数字组合信号，然后通过与发送器件相对应的解码芯片进行解码，分离出地址码和数据码。

这种传输方式传输的是单极性信号，不适应在无线传输的音频信道中传输。

方案二：使用双音多频DTMF发射/接收芯片UM91210/CM8870。

它传输的是模拟信号，在进行传送的过程中不需要调制。

可以大大简化发送过程。

而且DTMF 信号具有很强的抗干扰能力,波形畸变不会影响传送的效果。

更重要的是支持这种通信方式的芯片比较多，够买或者替换较方便。

这种电路虽然发送的速度受到限制，但是非常可靠。

综合考虑各种因素，我们选择了方案二。

1.4 调频波产生方法的设计方案一：LC振荡器变容二极管调频电路：这种电路的振荡频率主要由振荡回路电感L和变容二极管电容C的数值来决定，通过调制信号控制变容二极管的值，即可产生振荡频率随调整信号变化的调频波。

这种电路简单，频偏小，中心频率稳定度差。

方案二：石英晶体振荡器变容二极管调频电路：这种电路石英晶体与变容二极管Cd串联，当调制信号控制Cd电容量变化时，振荡频率发生变化，从而完成调频，如图1所示。

这种电路中心频率稳定，但频偏很小，可以利用三倍频增加频偏。

综合考虑各种因素，我们选择了方案二。

图1晶体振荡器调频原理2 理论分析与计算2.1 主站发射部分的系统框图通过单片机最小系统89s52控制继电器开关，从而选择是传输语音还是传输文字。

若是从话筒输入的音频信号，则经放大器放大后送入调制电路；若是从4*4键盘输入的汉字、字母、数字、符号，则经过DTMF发送器UM91210生成双音频信号后送入调制电路，4*4还用于输入控制信息如：启动语音、设定从站号或设定群呼，这些控制信息同样可随时在液晶上显示。

完成频率调制和倍频后再经高频放大，生成36.099M的高频信号由天线发射出去。

如图2所示:图2 主站发射系统框图2.2 从站接收部分的系统框图经天线接收到的信号先经带通滤波和选频高放送入一混频电路生成10.7MHz 的第一中频信号，经放大送入由低功耗FM解调集成芯片MC3361组成的电路中完成二混频、中放、鉴频，第一中频先变成455KHz的第二中频信号最后解调出音频信号。

放大则由小功率、低电压、音频功放芯片LM386组成的功放电路完成。

如果收到的是语音启动信号单片机控制继电器接通耳机，开始接收语音信号，液晶上显示“语音传输中”；如果收到的是文字启动信号，则关闭耳机，并将接收到的双音频信号通过DTMF解码器CM8870还原成数字信号，文字传输中液晶上显示“接收文字目标机：*”，文字传输完毕会显示“接收完毕”，并显示出发射的信息。

（这些功能只有在设定的从站号和发射机设定的目标机一致或发射机设定为群呼时才会实现）。

如图3所示:图3：从站接收系统框图2.3 主站电路的分析2.3.1主站发射部分电路如果输入的是语音信号则先经过两极放大送入晶体调频倍频电路；如果输入的是DTMF信号或测试信号则不需放大直接送入晶体调频倍频电路。

晶体调频倍频电路就是将电容三点式正弦波振荡器的选频网络由LC选频网络变成了晶体选频网络，石英晶体在回路中等效为一个高Q值电感，晶体与变容二极管D1串联，改变变容二极管的反向电压V D控制其结电容量Co的变化，从而改变振荡器的中心谐振频率f0。

为了增加频偏采用了三倍频器。

产生的36.099MHz 的高频信号经电容耦合送往甲类高频谐振放大电路进行电压放大。

从而完成了电路的振荡、调频倍频和放大的全过程。

如图4所示：图4 主站发射电路图2.3.2主站键控显示电路的设计89s52单片机最小系统的P1口用来扫描4*4键盘。

通过单片机控制键盘，可以实现语音传输的启动和停止；可以切换输入英文、汉字、数字、符号，并能在液晶上同频显示；可以通过键盘选择要接收语音或要接收文字的从站号，以实现主站选呼的功能和一点对多点的通信，当从键盘输入群呼时，则无论从站设置为多少都可以接收到信息。

单片机最小系统的P0口用来控制液晶显示。

当输入不正确的区位码时，会显示“输入错误！”；当传输信息时，液晶上会显示“正在发送目标机：*”；信息发送完时，会显示“发送完毕”；传输语音时会显示“语音传输中目标机：*”；当传输错误时，会显示“传输错误请重发”。

本系统中使用中文模块系列液晶显示器OCMJ显示所有信息，用户输入区位码或ASCII 码即可实现文本显示。

OCMJ具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令。

OCMJ 中文模块所有的设置初始化工作都是在上电时自动完成的，实现了“即插即用”。

同时保留了一条专用的复位线供用户选择使用，可对工作中的模块进行软件或硬件强制复位。

继电器开关用于音频与双音频信号的切换如图5所示：2.3.3 UM91210电路的设计为了传输文字、数字、字母、符号等数字量，并实现收发同步，采用了双音多频(DTMF)编码器UM91210。

同时接收和发送DTMF信号，发送和接收均伴随着编码和解码过程。

双音多频(DTMF)编码器是采用每位数字由一组低频和一组高频(FL／FH)按一定的组合叠加形成的一组双音多频率信号，实现快速数字拨号。

两个单音的频率不同，所代表的数字和功能也不同。

如表一所示：表一：键盘与双音频的对应表当按键按下就会因应的产生一个DTMF信号。

比如按下“1”键，就会触发两个信号。

在行线会发生一个697HZ的音频信号，在列线则会产生一个1209HZ的信号。

两个信号互调以后便得到了“1”键所对应的DTMF信号。

如图6所示：图6 DTMF信号的产生示意图我们采用的电子开关是CD4052。

CD4052是一个微分的四通道复用器。

它具有两个二进制的输入控制，A和B，并且还有一个抑制输入端。

这连个二进制输入端输入信号可以选择1或者4组通道连通。

并且还可以将未分的模拟输入与输出相连。

通过单片机的P0.4来控制4052的工作端。

P0.0,P0.1控制着行线，而P0.2,P0.3则控制着列线。

从TONE音频信号输出端输出的信号经过电解电容的滤波去耦以后，在R9进行分压，输出到发射机进行发大发送。

2.4 从站电路的分析2.4.1 输入选频电路本接收机输入选频电路的原理图如图8所示。

当外界的信号通过50Ω拉杆天线进入电路后，首先通过C1耦合。

送入由二极管D1、D2组成的电压限幅电路，消除在信号的传输过程中产生的寄生调幅，同时也为了防止天线上的高频电压（20Vpp值以上），击穿场效应管的T1的栅极。

图8 输入选频电路图9 高频选频放大图7 DTMF信号产生电路经过限幅的信号再送至由L1、C2组成的并联谐振回路，滤掉在非线性限幅过程中产生的新的频率成分，以得到恒定振幅的调频正弦波。

由于发射机发射的频率为36.099MHz ，因此并联谐振回路的谐振点选择在接收信号中心频率上，对0f 以外的信号进行衰减。

2.4.2 高频选频放大器如图9所示。

本系统采用的是共发射极单调谐放大器，为了提高放大器交流增益，采用了共源极放大方式，负载与回路的耦合采用自耦变压器耦合方式，以减弱负载对回路的影响，又可使前后级的直流供电电路分开，也可实现前后级之间的阻抗匹配。

为了提高放大器的稳定性，本系统采用双栅MOS 场效应管3SK122作高频小信号放大器，3SK122是N 沟道耗尽增强型场效应管，它不仅兼有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点。

由于该管具有双栅输入功能，可以将信号和直流偏置分别加至两个栅极。

相互之间互补影响，有效的减少了电源噪声对放大器的影响。

保证了高频放大电路的低噪声系数。

本级放大器能够产生约20db 的电压增益，有效的提高了接收机的灵敏度。

2.4.3 一混频、一中放与本振电路本地振荡电路采用晶体三倍频振荡器，振荡管由T7承担，电容C31、C33和晶体JZ3组成谐振网络,调整分压电容C31、C33的比值，可以改变振荡器的电压反馈系数。

振荡器的基准频率f 0由晶体决定。

在振荡管T7的集电极回路中，串有由C32、B2组成的并联谐振选频回路，完成对f 0的三倍频输出。

如图10所示：图10 一混频、本振、放大电路MHz LCf 099.36210==π本接收机的一混频，采用的是高频双栅效应管3SK122。

高频信号送至混频管的栅极G1，本振信号注入栅极G2。

混频器输入回路调谐在高频信号频率上，输出回路调谐在中频频率上。

由于这两个频率相差比较远，不会因为反馈而造成混频器自激振荡等不稳定现象。

经混频后得到的10.7M 中频信号由并联谐振回路选出，送至10.7M 的陶瓷滤波器JZ4，这种滤波器体积小、工作稳定、滤波效果好。

2.4.4 二混频、限幅中放、鉴频电路如图11所示：本部分电路中的二混频、二本振、限幅中放、鉴频、静噪等功能都是由低功耗FM 解调集成芯片MC3361组成的电路完成的, MC3361芯片主要包括振荡器、 混频器、 限幅放大器、 移相式鉴频器和音频放大器几个模块, 具有电源电压低、 功耗低、 灵敏度高、 工作电压宽、需要外部元件少等优点, 工作频率可达60 MHz 。