一种工作在230MHz频段的无线通信模块的制作方法

一种工作在230MHz频段的无线通信模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种无线通信模块。
【背景技术】
[0002]无线通信是利用电磁波信号在空中自由传播的特性进行信息交换的一种通信方式，随着射频技术和集成电路技术的高速发展，人们对无线通信的要求越来越高，短程、便捷、廉价的无线通信技术正在引起越来越多的关注。因此设计一种数据传输快捷，抗干扰能力强，能耗低的无线通信模块具有重大的意义。
[0003]目前国内外无线通信应用中用到的频段主要包括433MHz、470MHz、915MHz和
2.4GHz。但这些频段也因应用广泛导致同频干扰较多，大量的同频干扰取代人为噪声和其它干扰成为限制无线应用的一个主要约束。230MHz是我国电力系统的专用频段，同频干扰较少，能够有效提高通信的质量。
[0004]相比于高频频段，230MHz频段的信号传播更远，绕射能力更强，提高了通信的覆盖范围。本发明利用CC1120芯片，研制了一种工作在230MHz频段的无线通信模块来实现无线通信，可以满足电力系统的工作要求，该芯片支持IEEE802.15.4g标准。

【发明内容】

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种支持IEEE802.15.4g标准的230MHz无线通信模块。主要实现通信模块的发射功率，频率偏移，传输通信距离，可靠性通信，接收灵敏度，抗干扰性和功耗等方面的一系列技术指标的选择。
[0006]一种支持IEEE802.15.4g标准的230MHz无线发射模块，包括:微控制器模块、射频通信模块、串行通信接口、数模转换器、低通滤波器、正交混合器、功率放大器、阻抗匹配电路、天线，微控制器模块获取数据，数据经解析处理后通过串行通信接口发送给射频模块中的数字发送器，生成调制信号，然后送入数模转换器形成模拟调制信号，通过低通滤波器减少高频干扰，再通过正交混合器将模拟调制信号与载波信号叠加调制到230MHz射频频段，信号传递给功率放大器后，通过负载阻抗为50 Ω的阻抗匹配电路，最后经过工作频段为230MHz，增益为3.5dbi的全向天线以电磁波的形式发射信号。
[0007]所述射频模块采用CC1120射频芯片，微控制器中的数据通过射频芯片CC1120处理后通过外围阻抗匹配电路和阻抗为50 Ω的天线将230MHz射频信号发射出去。
[0008]一种支持IEEE802.15.4g标准的230MHz无线接收模块，包括:微控制器模块、射频模块、巴伦电路、低噪声放大器、混频器、模数转换器、数字基带接收器、基带处理器、串行通信接口，天线，230MHz天线接收到信号通过一个巴伦电路将单端射频信号转换为两个正交信号后传递给CC1120射频芯片，然后信号通过低噪声放大器将信号功率放大，到了混频器后，高频信号的频谱会被搬移到合适调制的频段，再通过模数转换器对接收信号进行抽样并再生成数字信号，然后，由数字域的数字基带接收器对数字信号进行处理，基带处理器执行进一步的过滤和信号处理后，最后通过串行通信接口传递给微控制器模块对数据进行解析处理。
[0009]一种支持IEEE802.15.4g标准的230MHz无线通信模块，发射端包括:微控制器模块、射频通信模块、串行通信接口、数模转换器、低通滤波器、正交混合器、功率放大器、阻抗匹配电路、低通滤波器、天线，微控制器模块获取数据，数据经解析处理后通过串行通信接口发送给射频模块中的数字发送器，生成调制信号，然后送入数模转换器形成模拟调制信号，通过低通滤波器减少高频干扰，再通过正交混合器将模拟调制信号与载波信号叠加调制到230MHz射频频段，信号传递给功率放大器后，通过负载阻抗为50 Ω的阻抗匹配电路，最后经过工作频段为230MHz，增益为3.5dbi的全向天线以电磁波的形式发射信号；接收模块包括:微控制器模块、射频模块、巴伦电路、低噪声放大器、混频器、模数转换器、数字基带接收器、基带处理器、串行通信接口，天线，230MHz天线接收到信号通过一个巴伦电路将单端射频信号转换为两个正交信号后传递给CC1120射频芯片，然后信号通过低噪声放大器将信号功率放大，到了混频器后，高频信号的频谱会被搬移到合适调制的频段，再通过模数转换器对接收信号进行抽样并再生成数字信号，然后，由数字域的数字基带接收器对数字信号进行处理，基带处理器执行进一步的过滤和信号处理后，最后通过串行通信接口传递给微控制器模块对数据进行解析处理。无线发送模块和无线接收模块的中心频点，波特率，信道设置为同一参数，两者进行通信的媒介是频段为230MHz的电磁波。所述发送模块和接收模块首先配置同一个空闲的通信信道并清空缓存。
[0010]本发明优化了阻抗匹配电路，使发射功率达到+15dBm，频偏小于50KHz，有效通信距离达到了 2公里，射频芯片的接收灵敏度可达到_123dBm，并且通过电磁兼容测试保证了无线通信模块的抗干扰性。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的模块的结构示意图；
图2软件系统示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步说明；
一种支持IEEE802.15.4g标准的230MHz无线发射模块，包括:微控制器模块、射频通信模块、串行通信接口、数模转换器、低通滤波器、正交混合器、功率放大器、阻抗匹配电路、天线，微控制器模块获取数据，数据经解析处理后通过串行通信接口发送给射频模块中的数字发送器(TX BBP)，生成调制信号，然后送入数模转换器(DAC)形成模拟调制信号，通过低通滤波器减少高频干扰，再通过正交混合器将模拟调制信号与载波信号叠加调制到230MHz射频频段，信号传递给功率放大器(PA)后，通过负载阻抗为50Ω的阻抗匹配电路，最后经过工作频段为230MHz，增益为3.5dbi的全向天线以电磁波的形式发射信号。
[0013]无线接收模块的230MHz天线接收到信号通过一个巴伦电路将单端射频信号转换为两个正交信号后传递给CC1120射频芯片，然后信号通过低噪声放大器(LNA)将信号功率放大，到了混频器后，高频信号的频谱会被搬移到合适调制的频段，再通过模数转换器(ADC)对接收信号进行抽样并再生成数字信号，然后，由数字域的数字基带接收器(RX BBP)对数字信号进行处理，基带处理器执行进一步的过滤和信号处理后，最后通过串行通信接口传递给微控制器模块对数据进行解析处理。通过上位机可以观察到通信的质量。
[0014]当测试当前信道无线收发系统性能时，通过配置CC1120射频芯片的寄存器，将发送模块(I)和接收模块(2)设置为同样的中心频点，同样的波特率，同样的信道才能进行通信。发送模块和接收模块建立起无线通信连接，进行数据的发送与接收。进行通信的媒介是230MHz频段的电磁波。
[0015]发送模块和接收模块首先配置同一个空闲的通信信道并清空缓存。发送模块首先经过串口初始化，串行接口通信初始化及射频芯片初始化后将数据帧发送给接收模块，接收模块首先清空中断，然后等待FIFO(先入先出)存储器为空闲状态，再对数据进行CRC循环冗余校验码校验，若校验未通过，则丢弃数据帧，若校验通过，则对该数据帧进行解析接收，再通过串口方式传递给上位机直观的打印出数据。
[0016]以下参照图1，以一具体实例对本发明的实施作进一步描述，该无线收发系统，包括发送模块和接收模块。
[0017]以下以一具体实例对本发明的实施作详细描述。
[0018]所述微控制器采用意法半导体公司的STM32F103RBT6芯片，它主要用来接收、存储和转发230MHz频段的数据，并将其中需要的数据信息转发到上位机；
所述射频模块采用了 TI公司推出的CC1120无线射频收发芯片，CC1120的RF射频 收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。主控芯片通过SPI接口往CC1120射频芯片内部的寄存器写值来配置射频芯片的寄存器参数，例如定义寄存器FREQl和FREQ2为配置芯片中心频率的寄存器，在FREQl写入0x00，FREQ2写入0x73将中心频率配置为230MHz，需要配置的寄存器参数包括中心频率、发射功率、频率偏移、工作模式、调制/编码、波特率、数据包格式等。
[0019]电源模块采用USB 口供电，CH341芯片不但能够使USB 口充当串口的功能，还能通过MAX8881稳压芯片为整个电路提供稳定的3.3V电源，MAX8881是超低电源电流，低压差线性稳压器，能够提供高达200mA的输出。LED模块控制LED灯，指示射频通信的状态。USB模块采用CH341芯片，CH341是一个USB总线的转接芯片，通过USB总线提供异步串口、打印口、并口以及常用的2线和4线等同步串行接口。在异步串口方式下，CH341提供串口发送使能、串口接收就绪等交互式的速率控制信号以及常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。在打印口方式下，CH341提供了兼容USB相关规范和Windows操作系统的标准，USB打印口，用于将普通的并口打印机直接升级到USB总线。在并口方式下，CH341提供了 EPP方式或MEM方式的8位并行接口，用于在不需要单片机/DSP/MCU的环境下，直接输入输出数据。调试接口模块通过J-TAG接口与主控控制器连接。通过该接口可以在调试软件上对其进行单步执行、设置断点、读写芯片内部寄存器等操作。
[0020]参照图2，发送模块的主控部分首先进行串口初始化和SPI初始化，然后通过SPI控制CC1120射频模块，对其进行初始化。初始化包括设置其中心频率为230MHz、发射功率为+15(^111、滤波器带宽为251^取、2431(调制、编码速率为1.21*?8等，初始化完成以后，主控模块将数据通过SPI传输给射频模块，射频模块把数据处理后，将数据从天线发射出来，载波为230MHz的电磁波，发送成功后LED会有提示。接收模块也会经过串口，SPI，射频初始化，然后接收模块会清除中断后检验是否空闲，接收模块接收到相同信道发送模块发送的数据后对数据进行字节数检验和CRC校验，若校验未通过，则丢弃数据帧，若校验通过，则对该数据帧进行解析。最后把数据打印到上位机。最后我们从上位机可以读出230MHz频段的信号强度RSSI，丢包率等数据以了解当前信道的通信质量。
[0021]按照上述结构，本发明可以配置相关参数，包括选择TX或RX模式。接收和发送模块通信时，如果模块的在相同的信道上就能接收到数据并把相应的信息通过上位机显示。比如，通过接收模块在上位机显示的实时收包个数、接收信号强度RSSI和测试发送和接收模块的通信质量，以便选择最合适的地点安装通信节点。
【主权项】
1.一种支持IEEE802.15.4g标准的230MHz无线发射模块，包括:微控制器模块、射频通信模块、串行通信接口、数模转换器、低通滤波器、正交混合器、功率放大器、阻抗匹配电路、天线，其特征在于，微控制器模块获取数据，数据经解析处理后通过串行通信接口发送给射频模块中的数字发送器，生成调制信号，然后送入数模转换器形成模拟调制信号，通过低通滤波器减少高频干扰，再通过正交混合器将模拟调制信号与载波信号叠加调制到230MHz射频频段，信号传递给功率放大器后，通过负载阻抗为50Ω的阻抗匹配电路，经过工作频段为230MHz，增益为3.5dbi的全向天线以电磁波的形式发射信号。2.根据权利要求1所述的无线发射模块，其特征在于，所述射频模块采用CC1120射频芯片，微控制器中的数据通过射频芯片CC1120处理后通过外围阻抗匹配电路和阻抗为50 Ω的天线将230MHz射频信号发射出去。3.根据权利要求2所述的无线发射模块，其特征在于，微控制器模块的主控芯片通过串行通信接口向射频芯片内部的寄存器写值来配置射频芯片的寄存器参数，定义寄存器FREQl和FREQ2为配置芯片中心频率的寄存器，在FREQl写入0x00，FREQ2写入0x73将中心频率配置为230MHz。4.一种支持IEEE802.15.4g标准的230MHz无线接收模块，包括:微控制器模块、射频模块、巴伦电路、低噪声放大器、混频器、模数转换器、数字基带接收器、基带处理器、串行通信接口，天线，其特征在于，天线接收到信号通过一个巴伦电路将单端射频信号转换为两个正交信号后传递给射频模块中CC1120射频芯片，通过低噪声放大器将信号功率放大，经过混频器后，将高频信号的频谱搬移到预定调制频段，再通过模数转换器对接收信号进行抽样并生成数字信号，由数字域的数字基带接收器对数字信号进行处理，基带处理器进一步过滤和信号处理后，通过串行通信接口传递给微控制器模块对数据进行解析处理。5.一种支持IEEE802.15.4g标准的230MHz无线通信模块，包括:无线发射模块、无线接收模块，电源管理模块，其特征在于，无线发射模块中微控制器模块获取数据，数据经解析处理后通过串行通信接口发送给射频模块中的数字发送器，生成调制信号，然后送入数模转换器形成模拟调制信号，通过低通滤波器减少高频干扰，再通过正交混合器将模拟调制信号与载波信号叠加调制到230MHz射频频段，信号传递给功率放大器后，通过负载阻抗为50Ω的阻抗匹配电路，经过工作频段为230MHz，增益为3.5dbi的全向天线以电磁波的形式发射信号；无线接收模块中，天线接收到信号通过一个巴伦电路将单端射频信号转换为两个正交信号后传递给CC1120射频芯片，然后信号通过低噪声放大器将信号功率放大，到了混频器后，高频信号的频谱会被搬移到预定调制频段，通过模数转换器对接收信号进行抽样并生成数字信号，由数字域的数字基带接收器对数字信号进行处理，基带处理器执行进一步的过滤和信号处理后，通过串行通信接口传递给微控制器模块对数据进行解析处理。6.根据权利要求5所述的无线通信模块，其特征在于，无线发送模块和无线接收模块的中心频点，波特率，信道设置为同一参数，两者进行通信的媒介是频段为230MHz的电磁波。7.根据权利要求5所述的无线通信模块，其特征在于，所述发送模块和接收模块首先配置同一个空闲的通信信道并清空缓存。8.根据权利要求5所述的无线通信模块，其特征在于，微控制器模块的主控芯片通过串行通信接口向射频芯片内部的寄存器写值来配置射频芯片的寄存器参数，定义寄存器FREQl和FREQ2为配置芯片中心频率的寄存器，在FREQl写入0x00，FREQ2写入0x73将中心频率配置为230MHz。9.根据权利要求5所述的无线通信模块，其特征在于，电源管理模块采用USB 口供电，其中，USB模块采用CH341芯片，CH341提供串口发送使能、串口接收就绪交互式的速率控制信号以及MODEM联络信号，为计算机扩展异步串口，或者将串口设备直接升级到USB总线；在并口方式下，CH341提供EPP方式或MEM方式的8位并行接口，直接输入输出数据。
【专利摘要】本发明公开了一种工作在230MHz频段的无线通信模块。本发明包括发送模块和接收模块。该无线通信模块的发送模块由微控制器芯片将处理后的数据通过串行接口通信的方式传递给射频芯片然后以电磁波形式在空间中传输，接收模块将采集到的数据经过串行接口传递给主控芯片，经过主控芯片的分析处理后通过串口方式传递到上位机直观的显示，230MHz无线频段的干扰较少。该模块主要用于配电监测，无线抄表等系统中。
【IPC分类】H04B1/40
【公开号】CN104883198
【申请号】CN201510234609
【发明人】严冬, 柏桐, 王平, 龙国强, 陈俊生, 李景林, 贺政
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月8日