CN106455136A - 一种基于射频供电的双信道无源无线传感器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于射频供电的双信道无源无线传感器系统，该系统包括主系统和无源无线微系统。主系统产生载波作为数据传输的载体，同时也利用载波为无源无线微系统提供能量。无源无线微系统接收到主系统发出的载波后，通过RF‑DC转换器为整个系统供电。无源无线微系统通过两个传感器和接口电路采集数据，数据由ADC转换为数字信号，数字信号分别对载波进行ASK调制和PSK调制，实现双信道数据传输。主系统接收到信号后分别进行包络检波和相位检波解调出ASK信号和PSK信号，然后利用信号处理电路分别对ASK数据和PSK数据进行处理。本系统提高了数据传输效率和硬件资源利用率，防止了信号在信道间交叉串扰，提高了抗干扰性。

Description

一种基于射频供电的双信道无源无线传感器系统
技术领域
本发明设计一种无源无线传感器电路系统，特别设计一种双信道无源无线传感器系统。
技术背景
由于传感器于人们的生产生活密切相关，传感器得到了广泛的应用，人们对传感器的性能提出了新的要求，无源无线传感器就是传感器的发展方向之一。无源无线传感器具有使用方便、无需使用电池、成本低、维护简单、体积小、使用寿命长等优点而受到广泛的关注，具有非常广泛的应用前景。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提供一种基于射频供电的双信道无源无线传感器系统，可以实现数据的双信道传输，一个信道是数据对载波进行ASK(Amplitude ShiftKeying)调制，即幅移键控调制，另一个信道是数据对载波进行PSK(Phase Shift Keying)调制，即相依键控调制。
技术方案：一种基于射频供电的双信道无源无线传感器系统，包括主系统和无源无线微系统；所述主系统与无源无线微系统是通过一对电感实现数据和能量的无线传输；其中，所述主系统包括载波产生电路、射频功率放大器，所述载波产生电路产生载波作为数据传输的载体，所述射频功率放大器为无源无线微系统提供能量，还包括包络检波、ASK信号处理电路、相位检波和PSK信号处理电路分别恢复处理ASK数据和PSK数据；无源无线微系统包括RF-DC转换器、传感器、接口电路和ADC和无线发射电路，所述无线发射电路包括ASK调制电路和PSK调制电路，所述RF-DC转换器为整个无源无线微系统供电，无源无线微系统通过传感器，采集数据，通过接口电路和ADC将数据转换为数字信号，分别通过无线发射电路中的ASK调制电路和PSK调制电路将数据调制到载波上传输到主系统。
进一步的，两个信道的数据都利用曼彻斯特编码。
进一步的，ASK调制电路主要由电阻和MOS管构成，PSK调制电路主要由一个NMOS、一个PMOS、电容一和电容二构成，该系统还包括全波整流路，MOS管的漏极与电阻连接，ASK调制数据输入到MOS管的栅极，NMOS和PMOS的栅极连接，PSK调制数据输入到PMOS管的栅极以及NMOS管的栅极，NMOS管的源极和PMOS漏极连接，NMOS管的漏极连接一个电容，电容的另一端连接电感的首端，同时也连接全波整流电路a端和电阻的另一端，PMOS管的源极连接一个电容，电容的另一端连接电感的尾端，同时也连接全波整流电路c端；NMOS管的源极和PMOS漏极与全波整流电路d端连接，并与MOS管的源极连接，全波整流电路b端与电容四的一端连接，电容四的另一端连接全波整流电路d端，电容三与电感并联，传感器、ADC和接口电路也与电感并联。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过ASK调制、包络检波和PSK调制、相位检波实现了双信道通信，大大提高了数据传输效率和硬件资源利用率，双信道可以实现多参数或多传感器的测量，相比于现有的单信道系统用时分复用技术实现多参数测量，双信道系统更加简单，数据传输效率更高。
2.本发明利用传感器接口电路和ADC转换数据，数据利用曼彻斯特编码，防止了信号在信道间交叉串扰，大大提高了抗干扰性。
3.本发明采用电感耦合实现数据和能量的传输，电路结构简单，体积小，通信载波频率可依据实际数据传输要求而定，通用性强。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图；
图2是本发明的无源无线微系统电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种基于射频供电的双信道无源无线传感器系统包括主系统和无源无线微系统，主系统和无源无线微系统之间通过一对电感3、4实现能量和数据的无线传输，无源无线微系统通过接收主系统提供的能量为自身供电实现无源。主系统包括载波产生电路1、RF功率放大器2为无源无线微系统供电，载波同时作为数据传输的载体。主系统还包括包络检波15、ASK信号处理16、相位检波17和PSK信号处理18实现对接收到的数据进行解调和处理。无源无线微系统包括RF-DC转换器5转换射频能量为直流电，为整个微系统供电。无源无线微系统还包括传感器6、传感器10、接口电路7、接口电路11、ADC8、ADC12和无线发射电路14，其中无线发射电路14包括ASK调制电路9和PSK调制电路13。
如图2所示，无源无线微系统利用调谐电路19进行调谐，实现电路谐振，最大限度接收载波能量，提高数据的无源无线传输距离。无源无线微系统通过全波整流电路20进行整流，再通过滤波电容22进行滤波。传感器和电路21输出两路数据，分别ASK调制电路9和PSK调制电路13进行调制。
ASK调制电路9主要由电阻和MOS管构成，PSK调制电路13主要由一个NMOS、一个PMOS、电容一23和电容二24构成，该系统还包括全波整流路，MOS管的漏极与电阻连接，ASK调制数据输入到MOS管的栅极，NMOS和PMOS的栅极连接，PSK调制数据输入到PMOS管的栅极以及NMOS管的栅极，NMOS管的源极和PMOS漏极连接，NMOS管的漏极连接一个电容23，电容23的另一端连接电感4的首端，同时也连接全波整流电路a端和电阻的另一端，PMOS管的源极连接一个电容24，电容24的另一端连接电感4的尾端，同时也连接全波整流电路c端；NMOS管的源极和PMOS漏极与全波整流电路d端连接，并与MOS管的源极连接，全波整流电路b端与电容四22的一端连接，电容四22的另一端连接全波整流电路d端，电容三19与电感4并联，传感器、ADC和接口电路也与电感4并联。
本发明基于射频供电的双信道无源无线传感器系统的工作原理如下：主系统与无源无线微系统之间通过一对电感传输数据和能量。主系统通过载波产生电路1产生载波，再通过RF功率放大器2将载波功率放大为次系统提供能量，载波同时作为数据传输的载体。无源无线微系统接收到载波后，利用RF-DC转换器5将载波信号转换为直流电，为整个无源无线微系统供电。无源无线微系统利用传感器6和传感器10采集数据，在通过接口电路7、ADC8和接口电路11、ADC12将数据转换为数字信号，再利用无线发射电路14中的ASK调制电路9和PSK调制电路13分别调制两个传感器采集的数据，将数据传输到主系统，主系统接收到数据后利用包络检波15和相位检波17分别解调出数据信号，再利用ASK信号处理16和PSK信号处理18分别对两个信道解调出的数据进行处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于射频供电的双信道无源无线传感器系统，其特征在于：包括主系统和无源无线微系统；所述主系统与无源无线微系统是通过一对电感(3，4)实现数据和能量的无线传输；其中，所述主系统包括载波产生电路(1)、射频功率放大器(2)，所述载波产生电路(1)产生载波作为数据传输的载体，所述射频功率放大器(2)为无源无线微系统提供能量，还包括包络检波(15)、ASK信号处理电路(16)、相位检波(17)和PSK信号处理电路(18)分别恢复处理ASK数据和PSK数据；无源无线微系统包括RF-DC转换器(5)、传感器(6，10)、接口电路(7，11)和ADC(8，12)和无线发射电路(14)，所述无线发射电路(14)包括ASK调制电路(9)和PSK调制电路(13)，所述RF-DC转换器(5)为整个无源无线微系统供电，无源无线微系统通过传感器(6)，(10)采集数据，通过接口电路(7，11)和ADC(8，12)将数据转换为数字信号，分别通过无线发射电路(14)中的ASK调制电路(9)和PSK调制电路(13)将数据调制到载波上传输到主系统。
2.根据权利要求1所述的基于射频供电的双信道无源无线传感器系统，其特征在于所述两个信道的数据都利用曼彻斯特编码。
3.根据权利要求1所述的基于射频供电的双信道无源无线传感器系统，其特征在于ASK调制电路(9)主要由电阻和MOS管构成，PSK调制电路(13)主要由一个NMOS、一个PMOS、电容一(23)和电容二(24)构成，该系统还包括全波整流路，MOS管的漏极与电阻连接，ASK调制数据输入到MOS管的栅极，NMOS和PMOS的栅极连接，PSK调制数据输入到PMOS管的栅极以及NMOS管的栅极，NMOS管的源极和PMOS漏极连接，NMOS管的漏极连接一个电容(23)，电容(23)的另一端连接电感(4)的首端，同时也连接全波整流电路a端和电阻的另一端，PMOS管的源极连接一个电容(24)，电容(24)的另一端连接电感(4)的尾端，同时也连接全波整流电路c端；NMOS管的源极和PMOS漏极与全波整流电路d端连接，并与MOS管的源极连接，全波整流电路b端与电容四(22)的一端连接，电容四(22)的另一端连接全波整流电路d端，电容三(19)与电感(4)并联，传感器、ADC和接口电路也与电感(4)并联。
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