Передатчик телеметрической информации с частотной модуляцией и высокой стабильностью частоты

;                                                 (5.13)

,                                          (5.14)

где – реактивное сопротивление по обходу колебательной системы на частоте генерации.

При расчете колебательной  системы АГ необходимо определить , и . Поэтому помимо двух уравнений (5.13) и (5.12) необходимо составить еще одно. Таким уравнением может быть уравнение, связывающее мощность, рассеиваемую КвР, с напряжением на базе транзистора, током через резонатор и параметрами колебательной системы, т. е. .

Таким образом, выбрав транзистор и кварцевый резонатор и задавшись  , можно определить , и , т. е. рассчитать колебательную систему автогенератора.

 

5.5 Расчет режима  работы.

 

Рассчитать транзисторный  АГ при следующих исходных данных:

fг = 433,92 МГц; Uн = 0,244 В; Сн = 13 пФ; Rн = 80 Ом; (P~н = 0.5 мВт), где Uн, Cн, Rн — амплитуда напряжения на нагрузке, емкость и сопротивление нагрузки соответственно.

Необходимые для расчета  параметры транзистора: = 65 мA; A/B;  = –3,5°; = 4 мA. Параметры кварцевого резонатора: = 433.92 МГц; пФ; = 0,3 мВт; = 12.5×10 ; = 13.6 Ом.

Вспомогательный параметр ×433.92×10⁶×3.61×10^-12×13.6 =0,134.

Резистивное сопротивление  КвР = 11.8 Ом.

Реактивное сопротивление  по обходу колебательной системы  = -11.8 × 0,061 = – 0.72 Ом.

=0.45*0.5*(1-cos90)=0.225

=0.225*0.998=0.2246

Произведение 

= 11.8/ (0,225 × 0,996) = 52.655 Ом .

Амплитуда напряжения на базе транзистора

= 0,018 В.

Cопротивление шунтирующего  резонатор резистора Ом.

Амплитуда первой гармоники  тока через резонатор  мА.

Сопротивления конденсаторов  колебательной системы 

 Ом;

 Ом.

Емкости конденсаторов:

18.9 пФ;

135 пФ.

Сопротивление индуктивности  контура 

  -0.72 + 19.43+2.71 = 21.42  Ом.

Индуктивность контура 

= 7.86 нГн.

Эквивалентное сопротивление  контура 

/ 13.6 =  27.76  Ом.

 

5.6 Расчет элементов цепей питания.

 

R_э=(50..100)/S₀=200 Ом

Выберем сопротивление  делителя из условия:

R_Д = 500 Ом

 

кОм ≈ 5,1 кОм

 

Ом ≈ 560 кОм.

Разделительную емкость С_св выбираем исходя из того, что ее сопротивление должно быть намного меньше сопротивления нагрузки — входного сопротивления датчика опорных частот:

 

 

Блокировочную емкость  выбираем исходя из того, чтобы ток  высокой частоты не попал на источник питания:

 

5.7 Модулятор

F2 = 433.98 Мгц

Вспомогательный параметр ×433.98×10⁶×3.61×10^-12×13.6 = 0,133.

Резистивное сопротивление  КвР  = 11.79 Ом.

Реактивное сопротивление  по обходу колебательной системы = -11.8 × 0,061 = – 0.719 Ом.

  -0.719 + 19.43+2.71 = 21.421  Ом.

= 7.857 нГн.

X_M=

C_M= нФ

Разработка программного обеспечения

Для измерения качественных показателей передатчика и его управления используется микропроцессорное устройство. PIC12C5XX – семейство недорогих 8-разрядных высокоэффективных микроконтроллеров, основанных на EEPROM/EPROM/ROM CMOS технологии. Ядро микроконтроллеров имеет RISC архитектуру с 33 командами, состоящими из одного слова. Все команды выполняются за один машинный цикл (1мкс), за исключением команд ветвления, выполняемых за 2 цикла. PIC12C5XX имеют высокую эффективностью по сравнению с микроконтроллерами данного класса. Набор 12-разрядных ортогональных команд позволяет уменьшить объем кода программы в два раза по сравнению с 8 разрядными командами других микроконтроллеров этого класса. Удобная и простая в изучении система команд позволяет значительно сократить время разработки устройства.

Дополнительные особенности PIC12C5XX позволяют уменьшить стоимость изделия и требования к напряжению питания. Сброс по снижению напряжения питания (POR) и таймер сброса (DRT), устраняют необходимость во внешней схеме сброса. Тактовый генератор микроконтроллеров поддерживает 4 режима, включая INTRC - внутренний RC таймер и защита кода программы повышают надежность системы при снижении стоимости и энергопотребления устройства.

PIC12C5XX имеют однократно программируемую память программ (ОТР), что позволяет снизить стоимость микроконтроллера и является подходящим при выпуске устройств в любом объеме.

Характеристики микроконтроллеров  PIC12C5XX позволяют их использовать от устройств для автомобильных приложений до систем ограничения доступа, в системах, основным требованием которых является малое энергопотребление. EPROM технология дает возможность достаточно быстро и легко сохранять настройки прибора (коды передатчика, коэффициенты, частоты приемника и.т.д.), а EEPROM память данных позволяет выполнить изменение калибровочной информации, кодов защиты и др. Небольшие размеры корпуса делают это семейство микроконтроллеров особенно ценным для приложений, требующих минимизации габаритов. Низкая стоимость, малое энергопотребление, высокая эффективность, простота использования и гибко настраиваемые порты ввода\вывода позволяют использовать PIC12C5XX в тех приложениях, в которых применять микроконтроллер ранее даже не рассматривалось.

Сигнал с датчика поступает  на микропроцессорное устройство, с  помощью которого он преобразуется в кодовую последовательность, которая следует на модулирующее устройство. Используется собственное кодирование сигнала. МП формирует собственный код, который мы можем сделать абсолютно нерасшифровываемым (применяется в тех, случаях когда нужна высокая степень защиты от взлома). Это обеспечивается уникальным протоколом обмена. Также мы можем использовать 128- битное шифрование, в отличие от стандартных 64-битных. Память программ выполнена по технологии OTP, единственно надежной в условиях ВЧ-наводок. Усиленная защита кода от чтения ориентирована на системы безопасности. Внутрисхемное программирование дает гибкость при производстве, позволяя записать идентификационную и калибровочную информацию после монтажа на плату.

Описание программы