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基于TRF6900芯片的红外线矩阵坐标式自动报靶装置
来源:本站整理  作者:佚名  2009-06-24 10:26:07



0 引 言
   
实弹射击训练的报靶方式由人工改为自动方式,自电子技术应用以来,一直都是军警相关部门的研究课题。自动报靶装置的优点和预期效益是不言而喻的。目前的各种自动报靶产品还不能令人满意,如何实时、精准地获得子弹穿过靶面时的位置信息是其关键技术,其中以坐标点位置(X,Y)信息最为理想。现在半导体激光技术做到光束直径φ3 mm以下的器件已是非常普遍,一对这样的激光收发器十分便宜,用200多对构成50 cm×50 cm的激光束矩阵靶面并不昂贵。成熟的集成电路、计算机和通信等技术的应用,更能为各种实弹射击训练模式提供即时快捷、直观以及智能化控制的自动报靶系统。

l 系统工作原理
1.1 系统框图
   
红外线矩阵坐标式自动报靶装置由报靶系统和显示系统组成,系统方框图如图1所示。

    在报靶系统中,矩阵式坐标靶实现了弹着点的坐标定位。坐标传感器输出对应于弹着点位置的电压信号,微控制器完成对坐标信号的采样、保持、A/D转换,并计算出实际弹着点的X-Y坐标值,最后由TRF6900芯片无线发射到一定距离以外的接收端。
    在显示系统中,对接收到的无线载波信号经过解调处理存储,在微控制器的控制下,在点阵式液晶显示屏呈现胸环靶图案并标出弹着点的位置。显示部分亦可由便携式个人计算机完成,处理功能更多,使系统更加完善。
1.2 TRF6900芯片介绍
    本装置无线收发采用射频无线,收发芯片TRF6900,该芯片是TI公司最新推出的单片无线收发一体芯片,它在一个器件上包括了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制解调、FM调制解调、直接数字频率合成(DDS)、接收信号强度指示(RSSI)等多种功能。
    TRF6900使用ISM频段,无需申请,而且采用低发射功率和高接收灵敏度,设备之间干扰小,可广泛应用于无线数据采集系统、无线监控系统、智能卡、设备遥控场合,应用前景十分广阔。
    TRF6900主要性能如下:
    (1)工作频率为868~870 MHz(西欧)/902~928 MHz(北美);
    (2)有效数据传输距离为1 000 m;
    (3)典型输出功率为4.5 dBm;
    (4)典型输出信号频差为230 Hz;
    (5)工作电压为2.2~3.6 V;
    (6)待机电流为5μA,工作电流为50 mA;
    (7)内置2个可编程模式。
    TRF6900内部结构如图2所示。

    TRF6900内部电路可分为发射模块和接收模块。接收模块包括低噪音放大器、混频器、中放、FM/FSK解调器、接收信号强度指示和低通滤波放大器等几部分。发射模块包括串行控制接口、直接数字频率生成器、压控振荡器、锁相环等几部分。
1.3 TRF6900工作原理
1.3.1 接收机工作原理
   
从天线接收到信号由LNA IN引入TRF6900,首先经过低噪音放大器。低噪音放大器可提供13 dB的增益。低噪音放大器有正常模式和低增益模式两种模式。当TRF6900接收的信号较强时,应该选择低增益模式,这样可以最大程度地减少信号非线性失真。放大后的信号被送入混频器,混频器将信号变频到中频,再通过第一和第二级中频放大。第一级中频放大可获得7 dB的增益,用以补偿滤波器带来的损耗;第二级中频放大包括多个放大器,总共可获得80 dB的增益。经过两级放大后的信号,如果采用的是FM/FSK调制方式就被送入FM/FSK解调器,解调出数据信号从DATA OUT引出。如果是频移键控(ASK)或开关键控(OOK)则送入接收信号强度指示器(RSSI)解调,解调后的基带数据由RSSIOUT输出。
1.3.2 发射机工作原理
   
数字基带信号从TX DATA引入TRF6900片内,经过直接数字频率合成器(DDS)调制到中频,再通过锁相环(PLL)倍频到射频,最后通过功率放大器放大信号后,由PA OUT导出射频信号,通过天线发射出去。
1.3.3 串行控制接口工作原理
    串行控制接口包括CLOCK,DATA,STOBE三部分,控制着TRF6900内部所有的寄存器,包括DDS参数设定寄存器和其他的控制寄存器。在CLOCK的每一个上升沿,DATA管脚的逻辑值送入24-bit的移位寄存器,当STOBE电平被抬高时,设定的参数被送入选定的锁存器。
    TRF6900有4个可编程的24 b控制字(A,B,C,D);
    控制字A和B分别控制DDS模式0和模式1状态下输出信号频率。
    控制字C负责锁相环和DDS模式O的设定。
    空制数据控制字D负责调制和DDS模式1的设定。
1.3.4 直接数字频率合成器(DDS)的工作原理
    直接数字频率合成器是基于数字域,直接产生相应频率的正弦波。它具有频率范围宽,频率分辨率高,可用软件方便地控制输出频率、频率切换速度快且切换频率时相位保持连续等优点,从而在线性调频、扩频和跳频系统、多普勒响应模拟等领域得到了广泛应用。但DDS由于受参考频率的限制,输出频率通常较低,一般为100~400 MHz,而这一频段的频率资源相当紧张。如果直接采用DDS产生射频信号,将会对DDS的实际应用造成很大限制。所以在实际应用中往往是采用DDS/PLL混合方式,该方法将DDS输出的中频信号作为PLL倍频器的参考频率,利用PLL将信号变换到所需的频率。这种方式既保留了DDS的频率分辨率高和频率切换速度快的特性,又弥补了DDS输出频率较低的不足,从而得到广泛的应用。TRF6900也是采用DDS/PLL这种方式。
    TRF6900的直接数字频率合成器包括一个24 b的相位累加器.相位码一幅度码转换表,ll b的数字一模拟转换(DAc)和低通滤波器(LPF)。相位累加器在时钟的触发下,对频率控制字进行累加,相位累加器输出的相位序列作为地址来寻址正弦检索表,得到正弦波的离散幅度数字即抽样数字信号。DAC再将抽样的数字信号恢复为模拟信号,最后通过一个低通滤波滤得到基波分量。
    24 b的累加器可通过TRF6900内部的两个22 b的控制寄存器控制。DDS结构如图3所示。

    如图4所示,控制字A和控制字B的高两位为0,因此最大的比特权重为1/8。

   
    式中:DDS_x为控制字A或B的值。参考频率fref就是DDS的取样频率,它从根本上决定着DDS的输出频率和频偏。TRF6900采用的参考频率为15~26 MHz。由上式可得,DDs的最大输出频率为90~156 MHz,最小频偏为21~37 Hz。
    TRF6900的控制字A确定模式0对应的频率,控制字B确定模式1所对应的频率,DDS可以在模式0和模式1之间快速切换,从而可以实现输出频率由一个频率跳变到另一个频率,而这一切都由软件实现。所以只需给控制字A和控制字B赋相应的值,并在两个模式之间进行切换就可以实现跳频。TRF6900最高可达1 360跳/s,每一跳最多可携带22 b数据,因此,TRF6900的最大数据传输速率为30 Kb/s。TRF6900采用跳频的调制方式,极大地增加了通信的抗干扰能力。这一特点为在恶劣环境下进行数据传输,保证传输质量提供了很大的保障。
    TRF6900可以选择传统的FSK调制,方便了与现有设备进行通信。TRF6900由控制字C在DDS和FSK之间选择。当TRF6900选择FSK调制时,空号与传号的输出频率完全由控制字D确定,可以用软件方便地进行设置。如图5所示。

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