西南科技大学课程设计报告课程名称：高频电子线路课程设计设计名称：无线温度传输系统的设计与制作姓名：林晓强桑朝春王圆圆学号: 512014(1478/2269/0373)班级：电子卓越1401班指导教师：魏东梅李艳胥磊起止日期：12月5日——12月22日西南科技大学信息工程学院制课 程 设 计 任 务 书学生班级： 电子卓越1401班 学生姓名： 王圆圆 学号： 5120140373 学生班级： 电子卓越1401班 学生姓名： 林晓强 学号： 5120141478 学生班级： 电子卓越1401班 学生姓名： 桑朝春 学号： 5120142269 设计名称： 无线温度传输系统的设计与制作起止日期： 12月5日——12月22日 指导教师： 魏东梅 李艳 胥磊设计要求：题目3：无线温度传输系统的设计与制作 (一共3个小题， 3个同学一组）设计一温度信号的无线传输系统，系统的基本结构如图1所示。
载波调制高频 功率放大器发射天线 单片机 温度传感器(a) 无线发射系统键盘温度显示解调单片机接收天线 （b ）无线接收系统小信号调谐放大温度显示键盘该系统的电阻为50欧姆时，输出功率大于20mW ；采用大信号峰值包络检波电路；接收距离大于10厘米；温度信号通过单片机控制显示，采用ASK 调制方式，在接收端通过单片机控制，在液晶显示器上显示原温度信息。
（c ）载波频率为8 MHz.课程设计学生日志时间设计内容12.05-12.08 查阅资料，确定方案12..09-12.10 设计总体方案12.11-12.13 仿真载波产生电路并制作腐蚀板，调试电路输出稳定的8MH正弦信号12.14-12.15 查阅资料，整理2ASK调制电路的实现方法，绘制PCB12.16-12.17 设计调试温度采集、调制、解调部分的代码，测试信号发射端电路12.18-12.19 按最初的设计思路制作接收端电路并调试改正，发现问题后应用新的改进电路实现了设计目标12.20 接上天线，调试整体电路，实现设计功能12.21 撰写设计报告，进行测试分析12.22 尝试将所有模块搭建在一块PCB板上12.23 答辩课程设计考勤表周星期一星期二星期三星期四星期五课程设计评语表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日无线温度传输系统的设计与制作一、 设计目的和意义21世纪的今天，科学技术的发展日新月异，同时也带动了测量技术的发展。
温度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数之一。
在一些特定温度监测环境下，测点距离远，需要采用无线方式对温度数据进行采集。
本设计是以飞思卡尔K60单片机为控制核心设计的使用温湿度传感器DS18B20进行温度采集的无线传输系统。
控制器通过温度传感器实时监测温度变化，并在OLED 上显示温度的变化，设计的主要步奏是：通过ASK 调制将采集到的温度信号调制到高频，经过高频放大电路后利用自制天线进行信号的无线发射和接收，接收端进行小信号放大、包络检波，得到调制信号再使用单片机读取传输过来的温度信号并利用OLED 显示。
设计利用无线传输原理搭建了无线温度传输的一个简易系统，该技术的研究避免了远距离布线所带来的施工困难、成本高的缺点。
与传统的温度检测相比，可省去人工现场抄表的麻烦，具有读数方便、测温准确、测温范围广，测量距离远等优势。
无线温度测量技术是一项很实用也很重要的技术，值得去研究掌握。
它的应用领域也相当广泛，可以应用到消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备的过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具组件的过热检测，医疗与健康诊断的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测，前景十分可观。
二、 设计原理 2.1 系统总体方案无线温度传输系统包含了无线发射和无线接收模块，在设计制作过程中我们采用了直径约为0.1cm,长度为80cm 的两根铜线作为收发天线。
图1 系统总体设计框图温度传感器DHT11载波8MHz 单片机OLED 显示（温度）2ASK 调制高频功率放大小信号调谐放大10cm 以上2ASK 解调单片机OLED 显示（温度）2.2 2ASK 信号发射端设计在现代的无线通信系统中，需要在特定的频率上实现通讯。
一般采用这样的方式：本振信号通过振荡器产生，其产生的正弦波与低电平信号通过模拟开关合成之后，通过高频功率放大器辐射到空中。
2.2.1 载波信号题目要求载波频率fc 为8MHz 。
采用石英谐振器作为选频网络构成晶体振荡器其频率稳定度较高，查阅资料和实验证实，并联型石英振荡器频率稳定性会比较高。
考虑到后级电路对本振信号的阻抗，于是在振荡器末端添加一级射极跟随器，保证信号的稳定性和幅值不受影响。
图2 本振电路仿真2.2.2 ASK 调制调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。
在2ASK 调制中，载波的幅度只有两种变化状态，即利用数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出。
有载波输出时表示“1”，无载波输出时表示发送“0”。
2ASK 信号可表示为tt b t e c ωcos 0）（）（= （2-1）式中，c ω为载波角频率，是（他）为单极性NRZ 矩形脉冲序列）（）（b a n nT t g a t b -=∑ （2-2）其中，g(t)是持续时间为bT 、高度为的矩形脉冲，常称为门函数；na 为二进制数字，当C1100µFC20.1µFL1100µHL2100µHR120kΩKey=A25 %Q12N3393C40.1µFR24.7kΩR31KΩC5680pFC668pFC820pFX1HC-49/U_7MHzV112VC30.1µFR44.7kΩR51KΩR620kΩKey=A25 %C70.1µFC9100µF VCC12VQ22N3393R71KΩC100.1µFXSC1A BExt Trig++__+_1=n a ，出现概率为P ；当0=n a ，出现概率为（1-P ）。
2ASK 信号的产生方法（调制方法）有两种，如图1-1所示。
图a)一般的模拟幅度调制方法，不过这里的b(t)由公式（1-1）规定；图b)是一种键控方法，这里的开关电路受b(t)控制。
二进制幅度键控信号，由于一个信号状态始终为0，相当于处于断开状态，故又称为通断键控信号（OOK 信号）。
a ）b ）图3 2ASK 信号的产生方法基于成本考虑，本设计调制部分选用键控法实现，总体设计方案如下图所示。
图4 2ASK 键控法调制框图模拟开关在电路中起接通载波信号或选通地信号的作用。
2.2.3 高频功率放大器与发射机在设计高频功率放大器时，我们知道通常是用丙类放大器作为发射级末端功放，但是载波幅度不足以驱动丙类放大器工作，于是在丙类放大器之前在加一级甲类放大器驱动丙类放大器，最后方便信号有效辐射到空中。
图5 高频功率放大器模块LC 振荡器模拟 双向开关2ASK 信号 缓冲放大器载波 缓冲放大器数字基带信号b (t )输载波发生器用b (t )控制电路 开关电路S 2ASK (t )Kcos ωc t S 2ASK (t )(b)2.3 接收端设计2.3.1 小信号放大采用基极分压偏置电路的共集放大电路，信号从基极输入，发射极输出，原理图中为输入的耦合电容。
三极管可以通过控制基极的电流来制集电极的电流，来达到放大的目的。
带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。
本设计电路的带通滤波器是利用LC谐振电路，该电路是带放大器的有源滤波电路。
LC谐振电路能够起到滤除不需要的杂波、谐波，选出需要的频率的作用。
2.3.2 ASK解调2ASK信号解调的常用方法主要有两种：包络检波法和相干检测法。
包络检波法的原理如图8所示。
带通滤波器恰好使2ASK信号完整的通过，经包络检测后，输出其包络。
低通滤波器的作用是滤除高频杂波，使基带信号（包络）通过。
使用两路包络检波电流，然后一路分压之后与另外一路比较，如果是2ASK信号的“1”信号过来，那么运算放大器就输出高电平，如果是2ASK信号的“0”信号过来，那么两路都是0信号，则运算放大器输出低电平，最后电平信号输入单片机，进行信息解码，即可恢复出数字序列。
2ASK信号选频滤波包络提取比较器选频滤波包络提取分压图62ASK信号的包络解调2.4 信号采集与信号处理在本设计中，使用温度传感器采集温度信号，信号传回单片机，温度信号在单片机内转化为固定周期、一定占空比的方波信号，然后控制模拟开关的选通脚，从而合成2ASK调制信号，然后经过发射、接受、解调还原方波信号，使用单片机采集运算放大器的输出端的电平脉冲宽度，解码出温度信息，通过OLED显示出来。
2.4.1 温度采集DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点,传回信号是AD信号，使用单片机的AD口就能采集到温度信号，方便快捷。
图7 DS18B20温度传感器2.4.2 模拟开关本设计使用ADG608模拟开关芯片，ADG是8通道双向开关，可通交流信号，通过位选端选定通路，.在本设计中，我们只用到1、2两个通道，1通道接本振信号，2通道接地处理，我们使用单片机分时选通这两个端口，就能产生2ASK调制信号。
图8 ADG608模拟开关引脚功能图A0、A1、A2 位选端EN使能端Vss负压V DD正压S1、S2、S3、S4、S5、S6 、S7 、S8 输入端D输出端表1 ADG608模拟开关引脚功能表三、详细设计步骤3.1 发射端方案3.1.1 载波产生电路载波频率fc为8MHz。
采用石英谐振器作为选频网络构成晶体振荡器其频率稳定度较高，查阅资料和实验证实，并联型石英振荡器频率稳定性会比较高。
考虑到后级电路对本振信号的阻抗，于是在振荡器末端添加一级射极跟随器，保证信号的稳定性和幅值不受影响。
图98MHz本振产生电路3.1.2 2ASK调制电路ADG608芯片使用方法简单，没有使用乘法器需要太多的外围电路，由单片机直接控制位选端，精度也更高。
设计中是正弦信号，则需要一个负压芯片，我们是ICL7660芯片，输入电压区间为1.5V-12V，输出负电源电压，效率高达98%，只需要滤波电路，运用简单，由此构成调制电路，产生2ASK信号。
图10 2ASK调制电路3.1.2 高频放大电路晶体三极管Q1为甲类功率放大器，其集电极负载为LC选频谐振回路，谐振频率为8MHz，电位器R5和R7可调节甲类功率放大器的偏置电压，以获得较宽的动态范围；晶体三极管Q2为典型的丙类高频功率放大器，其基级无直流偏置电压。
只有在载波的正半周且幅度足够大时才能使功率管导通，其集电极负载为LC选频谐振回路，谐振在载波频率以选出基波，因此可获得较大的功率输出。