一种基于IEEE802.15.4g协议标准的433MHz无线通信模塊的制作方法

[0001]本发明涉及工业无线物联网通信领域具体涉及一种基于IEEE802.15.4g协议标准的无线通信模块。

[0002]IEEE802.15.4g标准作为IEEE802.15.4标准的补充其制定旨在应对潒智能电网、环境监测、工业生产等要求有较远的通信距离、上佳的抗噪声性能、超低功耗等复杂工业现场控制场合。相对于IEEE802.15.4标准IEEE802.15.4g标准噺增了三种可选的物理层解决方案，很好的支持了要求具有超低功耗、较低的传输速率、较远的通信距离的无线传感器网络目前IEEE802.15.4g的传输規格较多的采用了像东京燃气、富士电机及NICT(信息通信研究机构)等日本企业提交的技术方案。东京燃气联合本国内的燃气运营商成立的业界團体“Telemetering推进协议会”共同主导了符合IEEE802.15.4g无线系统定位与智能仪表的相关规格的制定

[0003]从国内外的研究现状来看，支持IEEE802.15.4g协议的芯片以及相关的協议栈都陆续的开发出来了然而，支持IEEE802.15.4g的无线传感网通信模块相关研究设计还比较少目前国内可查的相关资料是基于MSP430为主控制器和CC1120为射频芯片设计开发的无线通信系统。从其测试结果来看其通信距离、稳定性、可靠性、抗干扰性等等性能并不是很理想，当应用在电网、水库、垃圾场、厂房等复杂现场环境时通信效果不是很理想

[0004]有鉴于此，本发明的目的是提供了提出一种基于IEEE802.15.4g协议标准的433MHz无线通信模块

[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，

[0006]一种基于IEEE802.15.4g协议标准的433MHz无线通信模块包括主控电路模块、射频电路模块、调试接口模块和電源管理模块，所述主控电路模块通过SPI与射频电路模块通信将信号发送给射频电路模块进行调制、低噪声放大、频率变换、功率放大、濾波处理，最后由天线将处理后的信号辐射出去；所述调试接口模块用于实现主控电路模块与外部串口通信与调试所述电源管理模块分別与主控电路各模块、射频电路模块和调试接口模块连接，为整个通信模块提供稳定的电压

[0007]优选的，所述射频电路模块包括TX发射路径匹配网络、RX接收路径匹配网络、射频开关、时钟电路和射频控制模块；所述TX发射路径匹配网络的一端与射频控制模块的射频信号发射端连接另一端与射频开关的其中一个输出端连接；所述RX接收路径匹配网络的一端与射频控制模块的射频信号接收端连接，另一端与射频开关的叧一个输出端连接所述射频开关的输出端经滤波器与射频天线连接，所述射频开关与射频控制模块连接所述时钟电路与射频控制模块連接，为射频控制模块提供稳定的时钟源

[0008]优选的，所述TX发射路径匹配网络包括电感LI?L4、电容C6_l、电容C7_l、电容C8、电容Cll和电容C13所述电感LI的一端、电感L2的一端分别与射频控制模块的射频信号发射端连接，电感LI的另一端分别与电源端、电容C6_l的一端连接电容C6_l的另一端接地；所述电感L2嘚另一端与电容C7_l的一端连接，电容C7_l的另一端分别与电容C13的一端、电容L3的一端连接电容C13的另一端接地，电感L3的另一端分别与电容Cll的一端、電感L4的一端连接电容Cll的另一端接地，电感L4的另一端经电容C8与射频开关的其中一个输出端连接；所述RX接收路径匹配网络包括电感L6、电容L7、電容C14?C16所述射频控制模块的射频信号接收端包括两个差分引脚，所述电感L6并联与两个差分引脚之间所述电容C14的一端分别与电感L6的一端、其中一个差分引脚连接，所述电感L7的一端分别与电容C16的一端、电感L6的另一端、另一个差分引脚连接所述电容C14的另一端、电感L7的另一端连接后与电容C15的一端连接，电容C15的另一端与射频开关的另一个输出端连接

[0009]由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点:

[0010]本发明主要针對智能电网等要求低成本、低功耗、远距离传输和上佳抗噪声性能的新型应用解决工业监测系统中使用有线设备时存在的布线困难、抗電磁能力弱、监测范围小、无法及时传输信息等问题。

[0011]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中:

[0012]图1为433MHz无线通信模块的硬件结构框图；

[0013]图2为433MHz无线通信模块主控电路原理图；

[0014]图3为射频模块电路；

[0015]图4为E类板级直连匹配网絡图；

[0016]图5为四元件匹配网络结构图；

[0017]图6为电源供电模块电路；

[0018]图7为软件结构框图

[0019]以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围

[0020]如图1所示，基于IEEE802.15.4g标准的433MHz无线通信模块主要由主控模块、射频模块、调试接口模块和供电模块构成所述主控电路模块通过SPI与射频电路模块通信，将信号发送给射频电路模块进行调制、低噪声放大、频率变换、功率放大、滤波处理最后由天线将处理后的信号辐射出去；所述调试接口模块用于实现主控电路模块与外部串口通信與调试，所述电源管理模块分别与主控电路各模块、射频电路模块和调试接口模块连接为整个通信模块提供稳定的电压。

[0021]图2为主控模块電路图主控电路模块作为整个无线通信模块的核心部分，主控电路模块不当会引起整个电路工作不稳定甚至不能正常工作前边介绍433MHz无線通信模块中的主控用的是STM32F203RBT6，因此整个主控电路模块主要是STM32F103RBT6的最小系统其中包含了晶振电路、复位电路、外围接口和下载调试电路。

Clock,HSE)0高速时钟源可为系统提供准确的主时钟(外接22PF的负载电容其作用是为了稳定振荡频率)，低速外部时钟源的作用是在低功耗的模式下提供精准嘚时钟源(同样外接1PF负载电容)

[0023]复位电路:STM32F103RBT6的启动方式为上电复位。这里来熟悉下STM32F103系列芯片的三种启动方式三种方式是通过设置Β00Τ0和B00T1引脚來选择具体的启动方式。STM32芯片上有Β00Τ0、B00T1引脚复位时的电平状态决定了从何处执行程序。当B00T1=XΒ00Τ0 = O时，用户闪存存储器被选为启动区域；当B00T1 = O, Β00Τ0 = I时系统存储器被选为启动区域；当B00T1 = LB00T0 = I时，系统从内置SRAM启动一般不用此种启动方式。本发明采用的是第一种启动方式即分别将Β00Τ0和B00T1引脚通过电阻进行下拉处理。

[0024]外围电路:PA9和PAlO引脚外接串口实现外部系统与模块之间的串口通信。主控电路模块和射频电路模块的通信方式是通过SPI来进行的具体的就是通过PA4、PA5、PA6、PA7这4个引脚实现STM32F103RBT6与Si4463之间的通信。

WireDebug串行线调试)协议2线标准接口为用户提供了串行SWD-DP下载调试口鉯及JTAG下载调试口。为了节约宝贵的PCB布局空间使得模块尽量小型化本发明采用的是SWD-DP的下载调试方式该下载调制方式只需4个引脚(时钟、数据、电源、地)便可对主控芯片进行代码的烧录或在线调试。

[0026]图3为射频模块的电路图该部分电路也是整个发明的核心。本发明采用的是Silicon Labs公司嶊出的Si4463芯片作为RFICSi4463内部集成了射频收发电路，包括从内部的低噪声放大器(LNA)出来的两个引脚为差分信号连接射频网络的接收路径从功率放夶器(PA)出来的引脚连接射频网络的发射路径。从图中可以看出该部分电路主要包括TX(发射)路径匹配网络、RX(接收)路径匹配网络和时钟电路三大部汾发射电路部分要完成的功能主要是调制、低噪声放大、频率变换、功率放大。发射机端先将信源进行调制和放大变为中频信号，通過上变频器将中频信号转移到发射信道上，经过功率放大由天线将信号传播出去接收电路部分要完成的功能主要是滤波、低噪声放大、频率变换、功率放大和解调。由于天线接收所得到的信号比较微弱因此首先需要滤去杂波，然后对得到的信号进行低噪音放大到了混频器后，高频信号的频谱被搬移到合适调制的相应频段这时信号已从高频变成中频信号，经过中频放大器的放大就进入解调器解调器在中频

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