步态加速度信号的无线采集系统设计

文章摘要：设计原理图时，除了要考虑功能的实现、原理的正确外，还要考虑器件的选择。首先，选择的器件应该在市场上容易买到；其次器件的封装既要满足PCB板尺寸的要求，又要考虑焊接的难易程度。对带RF的PCB板来说，器件最好能选择贴片封装的，以降低不必要寄生参数的影响。（1） CC1010与天线间的RF收发电路的设计本设计采用了Chipcon公司推出的单片、多频段、低功耗、超高频射频芯片CC1010。芯片采用0.35 μm CMOS技术制成，内嵌高性能的8051微控制器、32 KB的Flash程序存储器、2 048+128字节SRAM、3通道10位ADC、4个定时器、2个PWM、2个UART、SPI及26个通

步态加速度信号的无线采集系统设计,标签：计算机控制技术,工厂电气控制技术,http://www.88dzw.com

　　设计原理图时，除了要考虑功能的实现、原理的正确外，还要考虑器件的选择。首先，选择的器件应该在市场上容易买到；其次器件的封装既要满足PCB板尺寸的要求，又要考虑焊接的难易程度。对带RF的PCB板来说，器件最好能选择贴片封装的，以降低不必要寄生参数的影响。

（1）  CC1010与天线间的RF收发电路的设计
　　本设计采用了Chipcon公司推出的单片、多频段、低功耗、超高频射频芯片CC1010。芯片采用0.35 μm CMOS技术制成，内嵌高性能的8051微控制器、32 KB的Flash程序存储器、2 048+128字节SRAM、3通道10位ADC、4个定时器、2个PWM、2个UART、SPI及26个通用I/O等。CC1010适用于家庭自动化、安防系统、遥控开锁、遥感勘测、遥控玩具等诸多无线应用领域。本设计采用CC1010实现步态加速度信号的无线采集。
　　RF收发部分的电路如图2所示。C31为输入匹配电容，L32为输入匹配电感，同时L32还用于阻止直流偏置信号的输入；C41、C42和L41共同实现发射输出电路的匹配。通过CC1010内部的发射/接收开关电路，收发器得以通过同一个50 Ω的天线进行发射/接收操作。L1、C8和C9组成一个低通滤波器，滤除高频谐波并且增加了频率的选择性，其阻抗为50 Ω。元器件参数既可以按照CC1010datasheet[2]上所给的值，也可利用Chipcon公司的SmartRF Studio软件得到。

图2  步态采集系统无线收发部分电路原理

　　压控振荡器内嵌在CC1010芯片内，使用时只需要外接一个电感L101。电感最好选择线绕电感，根据所给参考值焊接上。然后用频谱仪查看其频率，根据其中心频率是否满足要求，适当调整其参数。L101应尽量靠近CC1010，并相对10和11两个引脚呈对称布置，其封装应选择0402或0603的小型封装。
　　一般可选择单鞭天线、螺旋天线或在PCB上的环形天线。单鞭天线的长度为波长的1/4,可通过式L=7125/f计算。其中,L表示单鞭天线的长度,f为发射/接收频率。环形天线布在PCB上,使用非常方便;但由于其福射能力较差,所以接收/发射性能也稍差些。螺旋天线是单鞭天线和环形天线的一种折中方案,其尺寸大小和接收/发射能力介于两者之间。可根据需要选择合适的天线。一般来说螺旋天线更加实用。

（2）  CC1010与加速度传感器的接口电路设计
　　本无线采集系统采用了Freescale公司最新推出的一款低成本、单芯片、三轴加速度传感器MMA7260。该微型电容式加速传感器融合了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，并提供了4种加速度测量范围，分别为±1.5 g、±2 g、±4 g和±6 g。
　　在CC1010与MMA7260的接口中，首先要考虑噪声问题。因为MMA7260内部采用了开关电容滤波器，有时钟噪声产生，所以需要在MMA7260的XOUT、YOUT和ZOUT三个输出端分别接RC滤波器；其次要考虑电压匹配问题，由于X、Y、Z轴方向的电压输出是0.45～2.85，CC1010的ADC最大输入范围是0～VDD。此处VDD为3.3 V，其范围恰好在ADC的输入范围之内，所以不用考虑额外的分压电阻。CC1010与MMA7260的接口电路如图3所示。R31/C31、R41/C41、R51/C51用于滤除MMA7260内部采样的开关噪声，GS1、GS2用于量程选择。

图3  加速度传感器电路原理

（3）  按键控制、LED指示与报警电路
　　本无线采集系统有3个按键S1、S2和S3。其中S1是系统复位键。S2是模式选择键，可使采集系统处于自动工作方式或手动工作方式。采集系统若工作于自动方式，采集与无线传输同步进行；若工作于手动方式，则先把加速度数据存储到存储器中，等按下数据发送开始按键后再启动无线发送。S3是数据采集开始/停止键，用来控制数据采集的开始、停止以及手动工作模式时采集完毕后的数据发送键。LED指示电路包含电源指示灯、发送信号指示灯和接收信号指示灯。报警电路由放大电路和蜂鸣器组成，当数据采集完成时，蜂鸣器自动报警。

2.2  布局设计

　　良好的布局是布线成功的前提，布局时应按左端输入右端输出的信号流方向放置元件，并且重点考虑以下几个方面：

　　①  首先在Protel中的Keepoutlayer层画出能承受的最大尺寸，让布局始终做到心中有数，不至于PCB板尺寸不合适；
　　②  本无线采集系统的放置位置要求天线必须位于PCB板的右上角。射频信号通路越短越好，所以RF电路也应该布局在右上角。RF电路部分的器件应该尽量紧凑，如L101应尽量靠近CC1010，并相对于它的10和11两个引脚呈对称布置。对于RF_IN和RF_OUT应该遵守紧凑、畅通、阻抗保持均匀不突变这三个原则。

上一页  [1] [2] [3]  下一页