DSP在无线传感系统中的应用

1. 引言

　　在现代信息社会中,目标辨识已经得到了广泛的应用。例如超市中货物的识别、图书馆中书刊的识别、银行磁卡等都是目标识别系统应用的实例。尤其是近年来,自动识别方法在许多服务领域、在货物销售与后勤分配方面、在商业部门、在生产企业和材料流通领域、在智能交通管理等方面得到了快速的普及和推广。

　　在几年前,条形码--纸带在识别系统领域引起了一场革命并得到了广泛的认同与应用。但是随着现代社会的发展,这种技术在越来越多的情况下不能满足人们的需求了。条形码虽然便宜,但它的不足之处在于存储能力小以及不能改写。目前,另一种广泛使用的技术是接触式IC卡（电话IC卡、银行卡）,它是将数据存储在一块硅芯片里。然而,在许多情况下,机械触点的接通是不可靠的。特别是对于运动目标或不可触及的目标更显得无能为力。于是研究更好的目标识别技术尤其是非接触识别技术,有了它深刻的现实意义。

　　近年来,非接触识别已经逐步发展成为一个独立的跨学科的专业领域。这个专业领域与任何传统学科都不相同。它将大量来自完全不同专业领域的技术综合到一起：如高频技术、电磁兼容性、半导体技术、数据保护和密码学、电信、制造技术和许多专业应用领域。基于声表面波技术的辨识标签由于具有无线、无源、抗干扰能力强与传输距离长等特点,成为当前非接触识别技术中很有特色的一种,具有广泛的市场前景。

　　在无线电传感系统需要对射频频带宽度的采样数据进行处理,这就要求系统。自从大规模集成技术的得到广泛应用以来,数字信号处理器 (DSP)在功能、处理速度和处理能力方面都取得了划时代的突破 ,并广泛应用在数据通信、信号处理等技术领域中 ,展示了其独特的应用潜力。

　　本文讨论的无线传感装置就是采用了定点DSP芯片TMS320C6201进行计算和控制,具有高速的数字运算能力和高速的数据通信能力。

2. 工作原理

　　声表面波无源辨识标签主要由压电基片、叉指换能器、天线和反射极组成。辨识标签工作原理如图1所示。通过带主动式天线的射频信号发射出高频脉冲信号后,辨识标签传感器经由其天线接收,该信号传至叉指换能器,由于基片的逆压电效应,换能器激发出同频的SAW,该SAW沿基片表面传播,到达一系列紧密排列编码的反射栅后,部分能量得以反射回叉指换能器,通过基片的压电效应再次转变成电磁波由天线发射回来,接收系统即可得到一系列编码的高频回波信号（如图2所示）,由收发单元接收和信号处理后以辨识不同的目标。

　　声表面波标签传感器的反射极可看作是条形码般的编码装置,如在反射极区域能布置32条标签条,则回波信号可得到232个状态,可分别表示不同编号的车辆、集装箱、工件、人或动物等目标以供识别。

　　为提高辨识目标的种类,在大容量的反射栅的情况下,降低辨识标签的插入损耗,提高反射信号的能量,从而提高无线接收信号的信噪比是实用化的关键。

3. 硬件结构

　　此硬件设计采用了软件无线电的中心思想,即构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将各种功能,如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统,其组成结构如图3所示。

图3 声表面波无线传感系统硬件结构

　　由图3可见,其结构主要由天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。射频前端在发射时主要完成上变频、滤波、功率放大等任务,接收时实现滤波、放大、下变频等功能。模拟信号进行数字化后的处理任务完全由DSP软件承担。

　　天线/射线部分：

信号收发系统包括高频发送电路、高频接收电路、快速切换开关、天线和中频调制解调器等。在高频信号的发送和接收电路中常使用的方式有三种：二次变频式、一次变频式和直接变频式。二次变频式采用两个中频,一个较高的中频（第一中频）用来提高抗干扰性能,而另一个较低中频（第二中频）用来提供大的放大量,高增益和稳定性都容易得到保证,但其结构比较复杂且组合频率干扰比较严重;直接变频结构实际上不使用中频放大,接收机直接变换移频键控（FSK）的fc+f与fc-f的频率成分为数字输出比特电流,所有滤波工作都在低频完成,它易于大规模集成化,使器件能大幅度小型化,但其内部存在不平衡信号和寄生干扰等问题;一次变频方式只需一个本振,因而电路简单,频率稳定度也较高,但需用一个中频同时实现高增益与高稳定性,与二次变频方式相比,整机使用的元器件可减少,便于集成化。本系统同时考虑系统实现和调试方便,采用一次变频的超外差式电路。系统中频(IF)