單工無線呼叫系統探析

姜娟娟+陳海山

摘要：本設計使用模擬調頻技術，在20MHz-30MHz頻段上實現了話筒輸入和線路輸入語音信號的小功率遠距離單工發送和接收。數據通信采用FSK調制方式，主、從機可實現智能控制通信，可連接多達236個從站，構成一點對多點的單工無線呼叫系統。從站號碼可任意改變，主站可撥號選呼和對全部從站群呼，在語音通信同時可傳送數據信息，使用液晶顯示英文和漢字短信及站號信息，系統發射功率小于20mW，發射距離大于3m。

關鍵詞：無線呼叫；系統；電路設計

中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：1005-1422（2014）10-0121-02 一、系統組成

本系統分發送和接收兩大部分組成。在發送部分中有信號輸入部分、FM調制電路、控制電路、FSK電路、射頻輸出及天線電路等組成；在接收電路中有射頻輸入電路、FM解調電路、FSK解調電路、控制電路、DC-DC電路、音頻處理電路等組成。

發送及接收系統框圖分別如圖1和圖2所示。

圖1發射機組成框圖

圖2接收機組成框圖

二、主要電路設計

1.音頻無線發射電路的設計

本設計中的聲音調頻發射部分采用常用分立元件構成電路，如圖3所示。射頻電路由高頻振蕩器、緩沖放大器、末級功率放大器及天線組成。高頻振蕩器用來產生載頻信號，頻點落在22MHz內，通過改變電感量即可改變發射頻率。在音頻信號的作用下，通過改變晶體管極間電容實現調頻，產生相應的調頻波，射頻信號由Q1的發射極輸出，送到Q2、L2、C8、R3等組成的緩沖放大器進行功率提升，并可減輕末級放大電路對振蕩器的影響。末級為高頻丙類窄帶放大，對射頻功率再進一步放大，經C12耦合到發射天線向周圍空間輻射。

圖3調頻無線發射電路圖

圖3中，Q1、L1、C2、C3、C7、CbC構成電容三點式振蕩電路，其工作原理如下：對高頻而言，Q1基極是接地的，所以是共基極電路。集電極-基極間的結電容Cbc并聯在L1 C2諧振回路兩端，能影響振蕩頻率。調制電壓加于Q1基極，以改變Q1的基極電位，使集電極與基極間的反向偏壓發生變化，從而使極間電容Cbc跟隨調制電壓而變，這就實現了調頻。再經Q2、Q2放大后由天線發送出去。此電路的中心頻率可通過回路可變電容C2來進行調整，工作在22MHz。

取中心頻率為22MHz，經查三極管9018的靜態結電容Cbc為2pF，取C2、C3、C7的值分別為：2.2pF、10pF、29pF，根據以下頻率的計算公式計算電感值。電路的中心頻率計算公式如下：

f0=12πL1CΣ

式中，CΣ=C5C7C5+C7+C3+Cbc=11pF

得：L1=1（2πf0）2CΣ=2.2μH

在實際調試中，電感L1和電容C2需要微調以滿足中心頻率的要求。

2.音頻無線接收電路的設計

為了提高接收機的靈敏度，本設計采用性能優良的CXA1228S單片集成電路。該電路還具有選擇性好、在波段內靈敏度均勻等特點。

考慮到高頻電子線路分布參數的影響，我們將電路繪制成PCB板，在線路的排版、布線上，使所有元件盡量靠近集成電路的管腳，特別是諧振回路的走線盡量短，并且對空白電路用大面積接地的方法，使分布參數的影響最小。

·實習實訓·單工無線呼叫系統探析 三、系統測試

1.測試方法

（1）發射機頻率測試和峰值功率測試

通過在放大器輸出端接上30Ω的假負載，并通過示波器觀測30Ω假負載電阻上的波形，連接如圖4所示。記錄調頻波的中心頻率和峰-峰值電壓Vop-p，并用公式：Pomax=Vop-p28RL，可計算峰值功率。

圖4發射頻率及峰值測試連接圖

（2）語音信號失真度測試

當去掉收、發天線，并用功率衰減器連接收、發兩端，用低頻信號調制發射機載波，后用數字存儲示波器觀測耳機兩端波形，圖5所示。經測試波形無明顯失真。

圖5發射頻率及峰值測試連接圖

（3）呼叫和中英文短信傳輸業務的測試

將發射機和接收機之間的距離設為3米，通過改變主、從站號測試選呼和群呼情況，同時傳輸中英文短消息，通過液晶顯示器測試接收信息正確與否，如測試結果正確，逐漸加大發射機和接收機之間的距離，如圖6所示。經測試，在主、從站相距約8米內測試結果正確。

圖6 發射頻率及峰值測試連接圖

2.測試結果

表1測試結果

序號測試項目測試指標測試結果1發射功率（50Ω負載）≤20mW約19 mW2傳送信號300-3400Hz正弦波

無明顯失真無明顯失真3傳輸距離≥5m約8m4從站個數≥8個256個5英文短信正確收發正確6最大傳輸距離（≤20mW）盡可能大約8m 四、結論

單工天線呼叫系統應用了大量的現代通信技術及單片機控制技術。系統除完成基本設計要求外，還全部完成了附加的設計要求，經過測試各項指標均達到設計任務書要求。此外，還進行了一些創新設計。如能發送英文短信的同時還能發送漢字信息；從站數量遠遠超過設計要求，達到了256路；主、從站的臺號可實現掉電記憶；采取有效的CRC校驗技術及相應的軟硬件抗干擾技術，使得系統數據傳輸的穩定性、可靠性大大提高。

參考文獻：

[1]王樹本.高頻電子線路原理[M]. 大連：大連理工大學出版社，1998.

[2]全國大學生電子設計競賽組委會.全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編[M]. 北京：北京理工大學出版社，2005.

[3]李廣弟等.到單片機基礎（修訂本）[M]. 北京：北京航天航空大學出版社，2006.

摘要：本設計使用模擬調頻技術，在20MHz-30MHz頻段上實現了話筒輸入和線路輸入語音信號的小功率遠距離單工發送和接收。數據通信采用FSK調制方式，主、從機可實現智能控制通信，可連接多達236個從站，構成一點對多點的單工無線呼叫系統。從站號碼可任意改變，主站可撥號選呼和對全部從站群呼，在語音通信同時可傳送數據信息，使用液晶顯示英文和漢字短信及站號信息，系統發射功率小于20mW，發射距離大于3m。

關鍵詞：無線呼叫；系統；電路設計

中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：1005-1422（2014）10-0121-02 一、系統組成

本系統分發送和接收兩大部分組成。在發送部分中有信號輸入部分、FM調制電路、控制電路、FSK電路、射頻輸出及天線電路等組成；在接收電路中有射頻輸入電路、FM解調電路、FSK解調電路、控制電路、DC-DC電路、音頻處理電路等組成。

發送及接收系統框圖分別如圖1和圖2所示。

圖1發射機組成框圖

圖2接收機組成框圖

二、主要電路設計

1.音頻無線發射電路的設計

本設計中的聲音調頻發射部分采用常用分立元件構成電路，如圖3所示。射頻電路由高頻振蕩器、緩沖放大器、末級功率放大器及天線組成。高頻振蕩器用來產生載頻信號，頻點落在22MHz內，通過改變電感量即可改變發射頻率。在音頻信號的作用下，通過改變晶體管極間電容實現調頻，產生相應的調頻波，射頻信號由Q1的發射極輸出，送到Q2、L2、C8、R3等組成的緩沖放大器進行功率提升，并可減輕末級放大電路對振蕩器的影響。末級為高頻丙類窄帶放大，對射頻功率再進一步放大，經C12耦合到發射天線向周圍空間輻射。

圖3調頻無線發射電路圖

圖3中，Q1、L1、C2、C3、C7、CbC構成電容三點式振蕩電路，其工作原理如下：對高頻而言，Q1基極是接地的，所以是共基極電路。集電極-基極間的結電容Cbc并聯在L1 C2諧振回路兩端，能影響振蕩頻率。調制電壓加于Q1基極，以改變Q1的基極電位，使集電極與基極間的反向偏壓發生變化，從而使極間電容Cbc跟隨調制電壓而變，這就實現了調頻。再經Q2、Q2放大后由天線發送出去。此電路的中心頻率可通過回路可變電容C2來進行調整，工作在22MHz。

取中心頻率為22MHz，經查三極管9018的靜態結電容Cbc為2pF，取C2、C3、C7的值分別為：2.2pF、10pF、29pF，根據以下頻率的計算公式計算電感值。電路的中心頻率計算公式如下：

f0=12πL1CΣ

式中，CΣ=C5C7C5+C7+C3+Cbc=11pF

得：L1=1（2πf0）2CΣ=2.2μH

在實際調試中，電感L1和電容C2需要微調以滿足中心頻率的要求。

2.音頻無線接收電路的設計

為了提高接收機的靈敏度，本設計采用性能優良的CXA1228S單片集成電路。該電路還具有選擇性好、在波段內靈敏度均勻等特點。

考慮到高頻電子線路分布參數的影響，我們將電路繪制成PCB板，在線路的排版、布線上，使所有元件盡量靠近集成電路的管腳，特別是諧振回路的走線盡量短，并且對空白電路用大面積接地的方法，使分布參數的影響最小。

·實習實訓·單工無線呼叫系統探析 三、系統測試

1.測試方法

（1）發射機頻率測試和峰值功率測試

通過在放大器輸出端接上30Ω的假負載，并通過示波器觀測30Ω假負載電阻上的波形，連接如圖4所示。記錄調頻波的中心頻率和峰-峰值電壓Vop-p，并用公式：Pomax=Vop-p28RL，可計算峰值功率。

圖4發射頻率及峰值測試連接圖

（2）語音信號失真度測試

當去掉收、發天線，并用功率衰減器連接收、發兩端，用低頻信號調制發射機載波，后用數字存儲示波器觀測耳機兩端波形，圖5所示。經測試波形無明顯失真。

圖5發射頻率及峰值測試連接圖

（3）呼叫和中英文短信傳輸業務的測試

將發射機和接收機之間的距離設為3米，通過改變主、從站號測試選呼和群呼情況，同時傳輸中英文短消息，通過液晶顯示器測試接收信息正確與否，如測試結果正確，逐漸加大發射機和接收機之間的距離，如圖6所示。經測試，在主、從站相距約8米內測試結果正確。

圖6 發射頻率及峰值測試連接圖

2.測試結果

表1測試結果

序號測試項目測試指標測試結果1發射功率（50Ω負載）≤20mW約19 mW2傳送信號300-3400Hz正弦波

無明顯失真無明顯失真3傳輸距離≥5m約8m4從站個數≥8個256個5英文短信正確收發正確6最大傳輸距離（≤20mW）盡可能大約8m 四、結論

單工天線呼叫系統應用了大量的現代通信技術及單片機控制技術。系統除完成基本設計要求外，還全部完成了附加的設計要求，經過測試各項指標均達到設計任務書要求。此外，還進行了一些創新設計。如能發送英文短信的同時還能發送漢字信息；從站數量遠遠超過設計要求，達到了256路；主、從站的臺號可實現掉電記憶；采取有效的CRC校驗技術及相應的軟硬件抗干擾技術，使得系統數據傳輸的穩定性、可靠性大大提高。

參考文獻：

[1]王樹本.高頻電子線路原理[M]. 大連：大連理工大學出版社，1998.

[2]全國大學生電子設計競賽組委會.全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編[M]. 北京：北京理工大學出版社，2005.

[3]李廣弟等.到單片機基礎（修訂本）[M]. 北京：北京航天航空大學出版社，2006.

摘要：本設計使用模擬調頻技術，在20MHz-30MHz頻段上實現了話筒輸入和線路輸入語音信號的小功率遠距離單工發送和接收。數據通信采用FSK調制方式，主、從機可實現智能控制通信，可連接多達236個從站，構成一點對多點的單工無線呼叫系統。從站號碼可任意改變，主站可撥號選呼和對全部從站群呼，在語音通信同時可傳送數據信息，使用液晶顯示英文和漢字短信及站號信息，系統發射功率小于20mW，發射距離大于3m。

關鍵詞：無線呼叫；系統；電路設計

中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：1005-1422（2014）10-0121-02 一、系統組成

本系統分發送和接收兩大部分組成。在發送部分中有信號輸入部分、FM調制電路、控制電路、FSK電路、射頻輸出及天線電路等組成；在接收電路中有射頻輸入電路、FM解調電路、FSK解調電路、控制電路、DC-DC電路、音頻處理電路等組成。

發送及接收系統框圖分別如圖1和圖2所示。

圖1發射機組成框圖

圖2接收機組成框圖

二、主要電路設計

1.音頻無線發射電路的設計

本設計中的聲音調頻發射部分采用常用分立元件構成電路，如圖3所示。射頻電路由高頻振蕩器、緩沖放大器、末級功率放大器及天線組成。高頻振蕩器用來產生載頻信號，頻點落在22MHz內，通過改變電感量即可改變發射頻率。在音頻信號的作用下，通過改變晶體管極間電容實現調頻，產生相應的調頻波，射頻信號由Q1的發射極輸出，送到Q2、L2、C8、R3等組成的緩沖放大器進行功率提升，并可減輕末級放大電路對振蕩器的影響。末級為高頻丙類窄帶放大，對射頻功率再進一步放大，經C12耦合到發射天線向周圍空間輻射。

圖3調頻無線發射電路圖

圖3中，Q1、L1、C2、C3、C7、CbC構成電容三點式振蕩電路，其工作原理如下：對高頻而言，Q1基極是接地的，所以是共基極電路。集電極-基極間的結電容Cbc并聯在L1 C2諧振回路兩端，能影響振蕩頻率。調制電壓加于Q1基極，以改變Q1的基極電位，使集電極與基極間的反向偏壓發生變化，從而使極間電容Cbc跟隨調制電壓而變，這就實現了調頻。再經Q2、Q2放大后由天線發送出去。此電路的中心頻率可通過回路可變電容C2來進行調整，工作在22MHz。

取中心頻率為22MHz，經查三極管9018的靜態結電容Cbc為2pF，取C2、C3、C7的值分別為：2.2pF、10pF、29pF，根據以下頻率的計算公式計算電感值。電路的中心頻率計算公式如下：

f0=12πL1CΣ

式中，CΣ=C5C7C5+C7+C3+Cbc=11pF

得：L1=1（2πf0）2CΣ=2.2μH

在實際調試中，電感L1和電容C2需要微調以滿足中心頻率的要求。

2.音頻無線接收電路的設計

為了提高接收機的靈敏度，本設計采用性能優良的CXA1228S單片集成電路。該電路還具有選擇性好、在波段內靈敏度均勻等特點。

考慮到高頻電子線路分布參數的影響，我們將電路繪制成PCB板，在線路的排版、布線上，使所有元件盡量靠近集成電路的管腳，特別是諧振回路的走線盡量短，并且對空白電路用大面積接地的方法，使分布參數的影響最小。

·實習實訓·單工無線呼叫系統探析 三、系統測試

1.測試方法

（1）發射機頻率測試和峰值功率測試

通過在放大器輸出端接上30Ω的假負載，并通過示波器觀測30Ω假負載電阻上的波形，連接如圖4所示。記錄調頻波的中心頻率和峰-峰值電壓Vop-p，并用公式：Pomax=Vop-p28RL，可計算峰值功率。

圖4發射頻率及峰值測試連接圖

（2）語音信號失真度測試

當去掉收、發天線，并用功率衰減器連接收、發兩端，用低頻信號調制發射機載波，后用數字存儲示波器觀測耳機兩端波形，圖5所示。經測試波形無明顯失真。

圖5發射頻率及峰值測試連接圖

（3）呼叫和中英文短信傳輸業務的測試

將發射機和接收機之間的距離設為3米，通過改變主、從站號測試選呼和群呼情況，同時傳輸中英文短消息，通過液晶顯示器測試接收信息正確與否，如測試結果正確，逐漸加大發射機和接收機之間的距離，如圖6所示。經測試，在主、從站相距約8米內測試結果正確。

圖6 發射頻率及峰值測試連接圖

2.測試結果

表1測試結果

序號測試項目測試指標測試結果1發射功率（50Ω負載）≤20mW約19 mW2傳送信號300-3400Hz正弦波

無明顯失真無明顯失真3傳輸距離≥5m約8m4從站個數≥8個256個5英文短信正確收發正確6最大傳輸距離（≤20mW）盡可能大約8m 四、結論

單工天線呼叫系統應用了大量的現代通信技術及單片機控制技術。系統除完成基本設計要求外，還全部完成了附加的設計要求，經過測試各項指標均達到設計任務書要求。此外，還進行了一些創新設計。如能發送英文短信的同時還能發送漢字信息；從站數量遠遠超過設計要求，達到了256路；主、從站的臺號可實現掉電記憶；采取有效的CRC校驗技術及相應的軟硬件抗干擾技術，使得系統數據傳輸的穩定性、可靠性大大提高。

參考文獻：

[1]王樹本.高頻電子線路原理[M]. 大連：大連理工大學出版社，1998.

[2]全國大學生電子設計競賽組委會.全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編[M]. 北京：北京理工大學出版社，2005.

[3]李廣弟等.到單片機基礎（修訂本）[M]. 北京：北京航天航空大學出版社，2006.