无中心多路对讲机设计方案.pdf

无中心多路对讲机设计方案无中心多路对讲机设计方案 作者 田汉卿 武汉大学电子信息学院 武汉 430079 Emil 摘要 本文介绍了一种无中心多路对讲通信系统的设计方案 该方案采有频分复用方式 实现多路通信链路的同时建立和数字信号与语音信号的传输 使用单片机作为控制核心 主 要采用压控振荡器 锁相环作为调制电路核心 以收音芯片作为 FM 解调核心 并使用 DAC 控制调谐电路 使系统能自动切换接收频道 通信链路通过 2FSK 信号建立 本系统性能稳 定良好 人机界面友好 关键词 对讲机 频分复用 锁相环 调制解调 中图分类号 TN2 引言 引言 1985年以前 对讲机通信是我国专用无线通信的主要方式 随着公众移动通信的发展 对讲机市场逐步成为一个重要的专业通信市场 现在 对讲机广泛应用于国民经济各个领域 已成为国家安全 公安警察 交通管理 石油化工 建筑施工 机械制造 物业保安等部门 重要的无线通信装备 1 本文提出一种可以利用廉价的收音芯片和单片机设计结构简单 性 能良好的无中心多路对讲机方案 2 系统的解决方案 2 系统的解决方案 2 1 调制解调方案 2 1 调制解调方案 调频系统的抗干扰性能要远远优于调幅系统 要使信号能在尽量远接收 调频方式是比 较理想的 使用压控振荡器和变容二极管产生约 30MHz 的载波信号 同时将调制信号控制变 容二极管 如此就实现了直接调频 采用锁相环 MC145152 和 VCO 电路进行频率合成 通过 闭环控制实现频率控制 便能得到精度和稳定度很高的频率信号 采用 CXA1691 作为接收芯 片 2 2 多址通信协议方案选择 2 2 多址通信协议方案选择 建立多个通信键路 点对点通信和广播通信都要实现 则要求每个站能够接收自己的载 频外 还能收到广播频率 而且能在广播通信频道和点对点通信频道间自动切换 其解决方 案如下 使用 DA 控制接收本振回路和谐振回路 选项选择接收频率 就可以将两个信道分 开 每个站在待机时都在广播信道上 接收广播 但要建立点对点通信时 必须由信源发送 通信链路建立请求 接收者收到信息后切换到点对点通信信道 并发送确认信息 数字信息 使用 2FSK 发送 2 3 系统框图 2 3 系统框图 综上分析 本系统由发射部分与接收部分两大部分组成 其中发射部分由语音输入电路 2FSK 调制电路 FM 调制电路 功率放大电路以及单片机控制电路组成 接收部分由 FM 解调 电路 2FSK 解调电路 语音放大电路 以及单片机控制电路组成 1 图 1 无中心多路对讲系统方框图 3 电路设计 3 电路设计 3 1 FM 调制解调电路 3 1 FM 调制解调电路 MC1648 压控振荡器和锁相环 BU2614 电路见图 2 其中 12V 电源经分压提供变容二极管 基本偏压 语音信号和 2FSK 信号从 in1 经电容加到压控振荡器电路上 锁相环反馈电压从 in2 输入 BU2614 为串口锁相环 外围电路简单 连线少 如图 3 所示 使用晶振通常为 30 72KHz 它经内部的标准频率分频器分频后得到标准频率 VCO 输出频 率 fosc 经 1 N 分频与标准频率鉴相 两个分频器系数都通过软件设定 鉴相器输出的误差 信号经低通滤波后取直流成分反馈于 VCO 的输入端 达到频率跟踪的目的 LM358 构成的环 路滤波器是该电路的关键部分 其低通性能影响到锁相环的控制范围和频率稳定度 图中虚 线框中的 LC 低通滤波器参数要选择合适 另外通过改变直偏置电压调节环路滤波器的输出 直流范围 0 01uF C1 0 1uF C2 0 1uF C3 0 1uFC4 20K Rp 12 50K R1 D1 D2 L1 0 1uF C5 in1 in2 VCO vcc 1 nc 2 tank 3 nc 4 bias 5 nc 6 gnd 7 gnd 8 nc 9 agc 10 nc 11 out 12 nc 13 vcc 14 U1 mc1648 图 2 MC1648 压控振荡器电路图 2 xout 1 xin 2 ce 3 clk 4 data 5 cd 6 p0 7 p1 8 if in 9 p2 10 am in 11 fmin 12 vdd2 13 vdd1 14 pd 15 vss 16 bu2614 12 33pFC3 C10C8C9 1K R7 1K R10 1K R9 8 2K R3 1K R4 100pF 0 1uF 10uF 470 R2 10K R5 10uF 5 VCO 10uF C14 10uF 0 1uF P1010KR8 2 3 1 47 6 8 5 LE358 50K R1 100K R11 10K R6 0 01uF C6 0 1uF C11 12 in2 47uH L1 P11 P12 10pF C7 图 3 锁相环 BU2614 电路 FM 解调通常使用收音芯片实现 通常使用 SONY 的 CXA1691 mute 1 fm discri 2 nf 3 vol 4 am osc 5 afc 6 fm osc 7 reg 8 fm rf 9 am in 10 nc 11 fm in 12 fe gnd 13 ifout 14 bs 15 amif in 16 fm if in 17 nc 18 meter 19 if gnd 20 agc afc 21 agc afc 22 det out 23 af in 24 ripple 25 vcc 26 af out 27 gnd 28 cxa1691 0 1uF C1 100 R1 10K R2 50K R34 7uF C26 103 C3 10uF C4 220uF C5 100uF C610uF C7 10uF C84 7uF C9 47uF C10 0 1uF C120 1uF C13 0 1uF C11 0 01uF C14 300 R5 D1 D21000pF C15 5pF C16 5pF C17 5pFC18 1000pF C19 33pF 0 05uH 0 05uH 100K R6 100K R7 DAC PLL fosc 5 Vsat fm osc fm rf fm rf fm osc CF3 CF2 1pF C22 图 4 CXA1691 FM 解调电路 其核心为谐振回路与本振回路 见图 4 为了频率可调 二者都使用变容二极管构成 LC 并联谐振回路 通过 DAC 或锁相环控制变容管偏压 使本振频率与 FM 中心频率 谐振频率 之差保持 10 7MHz 变容二极管使用 BB910 其电容值小于 40pF 对于 35MHz 的振荡频率 电感值约为 520nH 调试可变电容 C6 使两个振荡频率保持在 10 7MHz 附近 3 2 2FSK 调制解调电路 3 2 2FSK 调制解调电路 MSM7512B 是 OKI 公司推出的一款专用于 2FSK 信号调制解调的芯片 它工作于半双工方 式 数字传输波特率固定为 1200bit s 可以方便地与 C51 系列单片机串口配合使用 串行数据 XD 口输入到 FSK 调制器调制 经滤波器后从 AO 口输出 2FSK 信号 信号幅度由 AOG 控制 2FSK 信号经 AI 输入 经滤波器后进入解调器解调得到数字信号从 RD 输出 RS 为调 制启动控制 低电平有效 XD 为载波监听输出 当检测到载波时 输出低电平 平时为高 电平 TEST MOD1 和 MOD2 为芯片工作模式控制 X1 和 X2 接 3 58MHz 晶振 该芯片是专门用于电话线数据传输的 其典型应用电路如图 5 所示 其 AI 接 CXA1691 解调 输出 AO 接 FM 调制输入 IN1 3 图 5 MSM7512BRS 典型应用电路 3 4 发射功率放大电路 3 4 发射功率放大电路 从 MC1648 得到的 VCO 输出信号幅度就大于 1V 所以使用一级甲类放大器就可以得到够 大的功率 功率放大电路见图 6 其中前级为一射极跟随器 起到隔离作用 防止干扰压控 振荡器 次极为功率放大部分 LC 起到选频作用 通过线圈耦合到天线 实测发现该放大 器在频率为 33MHz 43MHz 的范围内都能将信号放大到 3V 以上 Q1 C9018 Q2 C9018 8K R1 10K R2 2K R3 2K R4 30K R5 100K R6 5K R7 2PF C2104 C3 10uF C1 10uF C4 75 R8 VCO antenna 30pF C5 12 1mH 图 6 功率放大器电路 图 7 软件控制流程 四 软件流程图 四 软件流程图 程序控制使用 AT89C52 单片机 使用 C51 语言编程 程序流程图见图 7 五 总结 五 总结 本文给出的无中心多路对讲系统集合了锁相环高稳定度的调频特性和 DA 控制电调谐的 接收机高灵敏度的特性 这是本设计的两个关键点 在此基础上发射与接收以及中继都可以 通过控制锁相环和 DA 来实现 即由软件控制系统的工作频道切换 本系统的性能良好 工 作稳定 人机界面友好 参考文献 1 洪治 我国对讲机市场现状及发展趋势 J J 中国无线电 2007年 01期37 37 4 Hanqing Tian Wuhan University Wuhan 430079 China Abstract In this paper a perfect resolution of No center Multiplexer interphone is given Through taking use of FDMA frequency division multiple access the resolution finds a way to transport speech signal to several stations at the same time respectively and to broadcast SCM works as the controller and employs VCO Voltage Control Oscillator and PLL Phase Lock Loop to modulate FM A radio chip demodulates FM to reform speech and FSK cooperating with a D A converter controlling the local oscillation circuit to switch