因果 

 基于ADF7021数字对讲机通讯模块开发历程
基于ADF7021数字对讲机通讯模块开发历程
 2008年，住在星海名城的时候即开始了无线语音传输模块的研制。印象最深的，当时用的RF IC时 ia4021/ia4320，需要加一颗MCU进行控制。由DSP进行编解码(研用ＤＳＰ的mp3编解码,这样工作量小些)。当时主要的工作就是无线这一块的摸索。我们租了一个150平方米的房子，几家人住在一起。我们总是把发射放到客厅，拿着接收这个房间转转，那个房间转转，最后走到客厅对面的小阳台上。这样晃晃，那样晃晃。当时用的是导线做为天线。（总是不满意）因为总有一些生意上的来往，听他们说起CC1100不错，可以传好几公里.(当时信以为真，现在才知道那个研究生是在吹牛，还说什么开发需要半年)我们到网上搜罗了很多资料，决定采用cc1100,要不，怎么办了。我们从网上买了别人的模块，又由于当时没有仪器。只有晚上跑到别人的公司私下调调，如发射功率出来了没有。从他们那里得知了36063,安吉伦的放大。Lay板之后，我们这个时候就用不着到家里跑了。拿着接收器，到一层楼跑，甚至可以上一层，下一层楼。可是，还是不满意。由于到网上重新找rf ic,另外，在这期间我们发现，必须把bps压下来，我几经周折，终于把 g.729移植以dsp上运行，通过了测试。一天，网上说到 si4432：一发射功率 20dbm,灵敏度 -116dbm.(现在才知道 -116dbm是在 2.4kbps的情况下提出来的).等了半年之后样品出来，做成模块，我们就可以到楼下转悠了，我们的大阳台下面就是岗亭，过了岗亭就是一个桥。距离测试比以前大幅提高，小批量生产了一部分。也陆陆续续有客人要样了。可是，都是无极而终，反映距离太近了，没有办法跟模拟的比。
去年的六月份由于生产的需要，我们集体搬到龙华，租了办公场地，测试也变了地方。从四楼往一楼跑，结果是在二楼半的时候比较稳定。问了si4432的代理商，一口咬定，2.4kbps的时候有１公里多，如果是18kbps怎么也有几百米。他们也拿了原厂的板子来我公司测试。结果，在9.6kbps时勉勉强强跑到一楼。大失所望，之后就没有消息了。三个月以前，又电话来说有新版本出来了，灵敏度不错。我们测试了，也租来了网络分析仪调试（主要把发射的功率调出来了）。还真能走到一楼，到我的印象中，还算稳定，但经不起晃，还可以吧。满以为，到这个时候应该有结果了吧。　后来我们收到合作者的团队导游讲解器，一测距离大吃一惊，不光在一楼没有问题，而且绕着整幢厂房都没有问题。当时那一刻，我们都傻了，木了好久。
我们放下了数字模块的开发，着手传统模拟模块的设计。至买了mt8801c的仪器之后，一切开发都很顺利，当然，模拟的调节其频响，稳定，音质是比较头痛的事。我们注意到一个信息，几乎所以的抄表模块，都是用adf7021做的。看了看资料，其在 120dbm在2.4kbps,113dbm/16kbps.从各家购一对模块进行对比，有以前开发的经验，另外又有仪器的帮助。多谢，技术上的朋友教了我如何用mt8801c测试数字模块的灵敏度。其实很简单的，我讲一讲。假定你的模块:433Mhz,Data rate 16kbps,deviation 8khz；你只需要用mt8801c设置: RF Frequency: 433Mhz , AF Osc.1  Freq. 8Khz, Deviation:8khz. AF Oso.2  Off. 这时候，需要调 RF Level.从 adf7021的数据口用示波器观测，如果收到的数据正常，应该是010101的方波。我在ＤＳＰ里写了一个程序，发现出错的时候会提示。这样就省了示波器了。其界面如下图:(参数的设置与需要的不符)
 
从杭州购置的模块 13dbm,13kbps(g.729 8kbps)跑到一楼没有问题，还可以到附近溜达溜达。当时的心情也比较好，我们挑了一对灵敏度最好的线路，发射选择了20dbm.之前我们测试模拟模块 (发射功率19dbm,灵敏度-113dbm/12db)可以走到工业区的社康。之后走到农行的提款机就有沙声了。不过，还好了，也可以走到社康门口，几乎不间断。实地测试，280米.(模拟的在 350米)总结了一下，可能是在弱信号的时候，１.容易丢帧，在这种情况下，即使你有纠错算法，也无济于事；2.周围的无线信号太杂乱了。其实，对于这个结果，也不是太满意了。于是调节其所以的参数，如deviation ,filter,IF width等等参数，都是一样。在这个时候也只有如此了，不过较在星海名城的时候，效果不知好了多少倍。还有一点经验与大家分享：我用仪器认真调过，如果你设定发射的频率是 433.000Mhz,你用仪器测试其灵敏度，调节af level 至数据出错，这个时候，你再调节频率至 433.004Mhz，效果会好一点，至少鲁棒性会好一点点。即发射频率比接收频率多4Khz.当然，具体您的模块有没有，需要自己测试而定，我只是提醒有这么一回事。
接下来我来介绍一下，最终开发出来的数字对讲机模块的工作原理及指标：
1.其工作过程: 发射端,语音信号,经wm8731采样,通过I2s协议,传输给DSP,DSP收到统计收到一帧信号之后,进行编码压编运算.运算出的数据,进行RS纠错编码之后.通过中断由RF 发送数据.先把前导码,同步字,数据.每帧数据除了有音频数据,另外还有10 bit的扩展数据.由于特殊命令的扩展.如加密运算标识,跳频标识,等等.
接收端,RF 通过中断收到数据之后进行RS编码,理论上说,RS可以提高两个dbm的灵敏度.数据由DSP进行编码变成语音信号,放到DSP的DMA通道中,经I2s接口,由wm8731直接驱动耳机.由此完成了语音数据的播放.
2.音质测试:
测试原始语音文件:

测试结果语音文件:

3.理论计算:
自由空间无线电波传播的损耗为：Loss=32.44+20lgd+20lgf
Loss—传播损耗，单位dB;d—距离，单位km;f—工作频率，单位MHz。
110(灵敏度)+19(发射功率)-10(天线衰减)-40(环境衰减) = 32.44 + 20lgd+20lg433
129 – 135.169 = 20lgd   d = 416 (米)
4.实地测试:
测试地点,深圳龙华人民南路的简上道上两旁,较为空旷. 测试方式,发射端原地不动,拿着接收模块向远处走去,直到收到错误的语音信号.测试结果,实地测试距离280米稳定传输.与理论计算存在一定的差距,主要是因为测试过程是运动的,在行进当中,如果信号比较低的时候出现丢帧现象. 理论计算，总是与实地测试相差甚远，回来之后我一直在思考这个问题。问题出在什么地方，由于我把一根天线接到 mt8801c,一根接到 模块上，再测试其灵敏度，得出天线衰减估算不足，特别是在弱信号下。测试，估算天线衰减修正为 -20,更符合实际情况;对于环境的衰减，修正为 35。重新计算，得出 d=276米.虽然有凑数的嫌疑，但是我相信，下次把功率提到1w,它的距离应该是874米.
4.稳定性测试：
发射接收，一发一收连续工作48小时老化测试，无发现异常情况。
5.功耗指标:
接收状态下,3-5V供电,50ma;发射状态下, 100mw,3-5V供电,120ma.
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发表时间:2011年2月9日9:56:16