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關(guān)于嵌入式調(diào)幅度監(jiān)測系統(tǒng)
調(diào)幅度作為調(diào)幅廣播發(fā)射系統(tǒng)的一個重要技術(shù)指標，我們采用功率測定法、示波器法以及專業(yè)的調(diào)幅度測量儀來對它進行測量。但是以上的方法要么不能得出準確的讀數(shù)，要么就是需要用到復(fù)雜、昂貴的設(shè)備系統(tǒng)，而且缺乏計算機接口，難以對測量數(shù)據(jù)進行保存和處理，或者有接口的，也存在操作語言障礙、軟件功能有局限等等問題。鑒于這些情況，我們便利用虛擬儀器設(shè)計該嵌入式調(diào)幅度監(jiān)測系統(tǒng)。
一、系統(tǒng)分析
系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個部分。硬件部分實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和I/O接口功能;軟件部分完成數(shù)據(jù)的處理并提供友好的GUI供用戶使用。
二、硬件設(shè)計
要得出比較準確的實時調(diào)幅度值，并且實現(xiàn)起來較為簡便，我選擇用檢波法。調(diào)幅度 ，用檢波電路檢出音頻信號和載波直流電平，兩者之比就是調(diào)幅度值，不僅簡單直接，而且得出的是瞬時值�？紤]到應(yīng)用實際，系統(tǒng)采用十分簡單的包絡(luò)檢波電路。
設(shè)計二極管包絡(luò)檢波器的關(guān)鍵在于：正確選用晶體二極管，合理選取RL、C等數(shù)值，保證檢波器提供盡可能大的輸入電阻，同時滿足不失真的要求。以我臺200kW PSM發(fā)射機為例，單音調(diào)制95%調(diào)幅度時，分離出的音頻電壓為1.4V，直流電壓1.5V，計算調(diào)幅度為93.3%，誤差1.76%，在允許范圍內(nèi)。
目前A/D轉(zhuǎn)換器的型號非常多，性能差別主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)換速度、分辨率，輸入通道上，不同的性能使其價格差異很大，轉(zhuǎn)換器的選擇就決定了整個系統(tǒng)的性能和造價。對于調(diào)幅度監(jiān)測的應(yīng)用，當使用8位分辨率的轉(zhuǎn)換器時，可對模擬音頻實現(xiàn)256級的采樣，也就是實現(xiàn)最小的調(diào)幅度顯示等級為0.39%，完全能滿足實際應(yīng)用，所以我采用了ADC0809。我們要求的調(diào)幅度是音頻信號與載波直流電壓的比值，如果控制檢波電路中載波直流電壓低于5V，將它作為ADC0809的基準電壓，再把音頻信號輸入模擬通道，這樣得出的轉(zhuǎn)換結(jié)果就是音頻信號與載波直流電壓的比值，只不過是基于5V電壓的結(jié)果。這樣，用一片ADC0809便直接測出了調(diào)幅度值，大大簡化了電路。
為配合8位的ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換，我使用ATMEL公司的8位Flash單片機AT89C51。單片機外接11.0592MHz晶振，采用9600比特的波特率，其LAE腳以1843.2kHz頻率輸出方波信號，經(jīng)三分頻后作為ADC0809的時鐘頻率。AT89C51以查詢方式控制ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)給計算機。
三、軟件設(shè)計
通過虛擬儀器技術(shù)，工程師可以利用計算機和相應(yīng)的接口設(shè)備來對各種技術(shù)數(shù)據(jù)進行測量和處理，只需一臺計算機就可實現(xiàn)多種傳統(tǒng)儀器的功能，用戶在控制桌上就能實現(xiàn)原本復(fù)雜的工作。編寫虛擬儀器應(yīng)用軟件時，若使用通用編程軟件則對編程者要求較高，需要編程者熟悉掌握復(fù)雜的語句和程式，而采用專業(yè)的圖形化編程軟件顯然是非常明智的，工程師采用預(yù)制的圖形化控件就能完成程序的編寫，使其從繁重的編程工作中解放出來，而且簡單明了的圖形化程序也方便了其他用戶對系統(tǒng)進行更改和擴展。相比其它圖形化編程軟件，LabVIEW以其編程速度快、控件豐富、提供硬件驅(qū)動廣泛而更勝一籌，最為重要的是，開發(fā)LabVIEW的美國NI公司生產(chǎn)各種類型的專業(yè)虛擬儀器硬件設(shè)備，采用LabVIEW編程，方便了今后的系統(tǒng)硬件升級和擴展。
利用LabVIEW設(shè)計的系統(tǒng)GUI如圖3所示，程序應(yīng)用于兩個頻率，576Hz和1242kHz的調(diào)幅度監(jiān)測。
由圖2可見，程序主要有四個組成部分，即串口信號的讀取和處理、調(diào)幅度實時顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布數(shù)據(jù)。
串口信號的讀取和處理主要是用“VISA配置串口”和“VISA讀取”函數(shù)來實現(xiàn)，用戶可以在“設(shè)置”選項卡中通過下拉菜單來選擇串口;然后再用一系列的轉(zhuǎn)換函數(shù)把從串口讀取的字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
調(diào)幅度實時顯示通過“柱狀數(shù)值顯示” 和“波形圖表”控件來實現(xiàn)，用戶可以通過旋鈕來設(shè)置合適的刷新率。
數(shù)據(jù)監(jiān)測功能首先用“幅值測量”函數(shù)測量實時數(shù)據(jù)值，然后與用戶設(shè)定的低限值進行比較，如果小于此值，便使用“已用時間”函數(shù)來計時，計時時間大于用戶設(shè)定的報警延時后，系統(tǒng)便開始報警;如果時間小于報警延時，程序返回。
中短波發(fā)射臺和監(jiān)控中心彼此相距較遠且較為分散，而監(jiān)控中心又必須收集所有監(jiān)測主機的調(diào)幅度數(shù)據(jù)，在這種情況下，我們可以利用LabVIEW提供的Web發(fā)布工具，實現(xiàn)客戶端遠程訪問本機程序，即使客戶端沒有安裝LabVIEW，或是沒有硬件資源，也可以運行本機上的程序。本機上的程序?qū)τ诳蛻舳藖碚f，就像是Web頁上嵌入的圖像。
另外，用戶設(shè)置的串口號、數(shù)據(jù)刷新率、低限值和報警延時在程序關(guān)閉前要自動為用戶保存，而在下一次啟動時要自動載。
為避免用戶要費時、費力安裝LabVIEW以及VISA、LabSQL等組件后才能運行該監(jiān)測系統(tǒng)，我將VI程序、LabVIEW引擎、相應(yīng)組件等制作成一個安裝文件，既方便了使用，也更適合軟件的推廣應(yīng)用。
四、總結(jié)及展望
該系統(tǒng)自2009年完成以來運行至今，一直穩(wěn)定有效。它應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，以簡單的設(shè)計和低廉的造價，實現(xiàn)了調(diào)幅度的實時監(jiān)測和報警功能，同時支持數(shù)據(jù)遠程發(fā)布，具有較強的實用性和擴展性。鑒于LabVIEW強大的功能，如果采用高速的A/D轉(zhuǎn)換器，我們不但能監(jiān)測調(diào)幅度數(shù)據(jù)，還能對解調(diào)音頻進行分析。通過調(diào)整軟件，可進行信噪比監(jiān)測、頻譜分析、頻率響應(yīng)分析等，系統(tǒng)即可升級為高性價比的綜合調(diào)幅廣播測試儀。同樣，如果應(yīng)用數(shù)字鑒頻和解調(diào)技術(shù)實現(xiàn)調(diào)頻廣播的調(diào)制度測量，就能更加豐富和完善系統(tǒng)的應(yīng)用功能。
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