基于AT89C51单片机的双向通信FSK系统设计与实现

基于AT89C51单片机的双向通信FSK系统设计与实现

采用抗干扰能力比较强的FSK技术构成感应通信系统，利用耦合线圈来实现钻杆之间的无线通信，钻杆内部采用同轴电缆传输信息，这样可以获得较高的数据比特率。本文以AT89C51单片机为控制系统，设计了一套可以实现双向通信的FSK系统，并测试了该系统的可靠性以及误码率。

石油、天然气是人类赖以生存的自然资源，在钻井开采过程中需要对井下高温、高压的环境进行实时的了解，所以对信号传输的实时性要求很高。但是井下的环境恶劣，通信系统里存在各种干扰，所以设计一套既能抗干扰、又能以较快的波特率传输信号的系统对这类作业来说至关重要。本文以AT89C51单片机为控制器，XR2206和XR22111分别为FSK 调制解调芯片，在实验室搭建并模拟了整个通信过程。

1 理论分析

该系统主要涉及两个理论：2FSK调制理论和电磁感应理论。

1.1 2FSK调制理论

要进行无线通信就必须对信号进行调制，数字调制的方式有很多种，比如ASK、FSK、PSK 等，综合考虑后这里选择既具有一定抗干扰能力同时又简单易行的2FSK调制。2FSK就是利用不同频率的正弦波去代表数字信号0和1。载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频点间变化。其表达式如式（1）所示，2FSK信号波形如图1所示。

1.2 电磁感应理论

这里的无线通信实际上是一种感应通信，在两个钻杆的相邻处放置两个线圈，其中一个线圈（主线圈）内电流的变化会在其周围产生交变的磁场，这个交变的磁场使另一个线圈（次线圈）产生感应电动势，这就是感应通信的原理，其示意图如图2所示。

2 系统硬件设计

系统的硬件结构框图如图3所示。整个系统以两片单片机为核心，以XR2206和XR2211