本文提出了一种基于无线收发芯片CC1010的步态加速度信号无线采集的有效实现方法。该方法采用三轴加速度传感器MMA7260测量步态的加速度信号，并用Chipcon公司的内嵌8051的无线收发芯片CC1010作为核心控制器，控制其内置的模数转换器对加速度信号进行采样、A/D转换，然后在无线发射模块和接收模块间借助于路由实现了步态加速度信号可靠的无线传输。该采集系统由450 mAh的锂电池为其供电，可脱机使用。
1 系统设计原理
首先使用三轴加速度传感器来感测人行走时产生的三维加速度信号，然后由A/D转换器对模拟信号进行采样并转换为数字信号，送至微处理器作预处理。处理后的步态加速度数据通过无线发射电路送至路由，再由路由转发给无线接收装置。最后步态加速度数据通过串口被送入计算机，可以供不同领域的步态研究者使用。图1为步态加速度信号无线采集系统的结构框图。步态加速度信号无线采集系统由发射装置、路由装置、接收装置和PC机4部分组成。发射装置由三轴加速度传感器电路、A/D转换电路、单片机和无线发射电路组成。路由装置由无线收发电路组成。接收装置由无线接收电路、单片机及串口电路组成。PC机部分主要由PC机及串口通信软件组成。
图1 步态加速度信号无线采集系统结构框图
2 硬件电路设计
硬件电路主要包括CC1010与天线之间的RF收发电路、CC1010与加速度传感器的接口电路、按键控制电路、LED指示电路及报警电路。
硬件电路的核心部分是无线加速度传输模块。此模块既要满足发射与接收装置的功能要求，体积还要尽可能的小，以便于携带。这使得硬件电路的设计工作有很大的难度。如何做出高质量的PCB板成为整个设计的重点。PCB板设计主要包含原理图设计、布局设计和布线设计。
2.1 系统原理图设计
原理图的好坏直接影响布局、布线的难度，以及最后板子的性能。为了布局布线时能清晰地进行分区设计，设计原理图时应该把数字电路、模拟电路和 RF电路分开；同时分清关键电路与非关键电路以及哪些元器件对位置有要求。在无线传输模块设计中，CC1010的RF_IN(4脚)、RF_OUT(5 脚)、L1(10脚)、L2(11脚)等为RF电路，也为关键电路。其ADC相关的加速度传感器电路为模拟电路。对于模拟器件的电源端，如 AVDD_ADC(1脚)、AGND_ADC(64脚)、AVDD_MIX_IF(2脚)、AGND_MIX_IF(3脚)、AVDD_LNA_PA(6 脚)、AGND_LNA_PA(7脚)、AGND_PA(8脚)等，应慎重考虑滤波性能，尽量避开数字电路部分的噪声干扰。此外晶振电路也为关键电路，而 LED指示和按键等电路则属非关键电路。
设计原理图时，除了要考虑功能的实现、原理的正确外，还要考虑器件的选择。首先，选择的器件应该在市场上容易买到；其次器件的封装既要满足PCB板尺寸的要求，又要考虑焊接的难易程度。对带RF的PCB板来说，器件最好能选择贴片封装的，以降低不必要寄生参数的影响。
（1） CC1010与天线间的RF收发电路的设计
本设计采用了Chipcon公司推出的单片、多频段、低功耗、超高频射频芯片 CC1010。芯片采用0.35 μm CMOS技术制成，内嵌高性能的8051微控制器、32 KB的Flash程序存储器、2 048+128字节SRAM、3通道10位ADC、4个定时器、2个PWM、2个UART、SPI及26个通用I/O等。CC1010适用于家庭自动化、安防系统、遥控开锁、遥感勘测、遥控玩具等诸多无线应用领域。本设计采用CC1010实现步态加速度信号的无线采集。
RF收发部分的电路如图 2所示。C31为输入匹配电容，L32为输入匹配电感，同时L32还用于阻止直流偏置信号的输入；C41、C42和L41共同实现发射输出电路的匹配。通过CC1010内部的发射/接收开关电路，收发器得以通过同一个50 Ω的天线进行发射/接收操作。L1、C8和C9组成一个低通滤波器，滤除高频谐波并且增加了频率的选择性，其阻抗为50 Ω。元器件参数既可以按照CC1010datasheet[2]上所给的值，也可利用Chipcon公司的SmartRF Studio软件得到。
图2 步态采集系统无线收发部分电路原理
压控振荡器内嵌在CC1010芯片内，使用时只需要外接一个电感L101。电感最好选择线绕电感，根据所给参考值焊接上。然后用频谱仪查看其频率，根据其中心频率是否满足要求，适当调整其参数。L101应尽量靠近CC1010，并相对10和11两个引脚呈对称布置，其封装应选择0402或 0603的小型封装。
一般可选择单鞭天线、螺旋天线或在PCB上的环形天线。单鞭天线的长度为波长的1/4,可通过式L=7125/f计算。其中,L表示单鞭天线的长度,f为发射/接收频率。环形天线布在PCB上,使用非常方便;但由于其福射能力较差,所以接收/发射性能也稍差些。螺旋天线是单鞭天线和环形天线的一种折中方案,其尺寸大小和接收/发射能力介于两者之间。可根据需要选择合适的天线。一般来说螺旋天线更加实用。
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