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采用NI的軟件無(wú)線電(USRP)平臺(tái)，結(jié)合LabVIEW調(diào)制工具包，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻收音機(jī)、遙控車(chē)鑰匙的有趣應(yīng)用。 調(diào)頻收音機(jī)的實(shí)現(xiàn)有兩種方法，一種為反正切方法，一種為FM解調(diào)方法。兩種方法都可以接收到指定頻段的廣播。 遙控車(chē)鑰匙功能：按下配套的無(wú)線車(chē)鑰匙某個(gè)按鈕，USRP接收到脈沖信號(hào)，程序中對(duì)其進(jìn)行解調(diào)并且判斷，可以自動(dòng)識(shí)別你按下的是哪個(gè)鍵并顯示出來(lái)。 軟件安裝： 1、LabVIEW 2011 2、NI-USRP 3、Modulation Toolkit 4.3.2 (更低的版本不可用) 硬件連接： 1、用網(wǎng)線將USRP設(shè)備與PC機(jī)連接。由于調(diào)頻收音機(jī)有音頻輸出，所以要求計(jì)算機(jī)有聲卡，并且有聲音播放器。 2、在控制面板中將PC機(jī)的IP設(shè)定為192.168.10.1，網(wǎng)關(guān)為255.255.255.0 3、連接USRP的電源、天線。 4、在windows的開(kāi)始菜單中All Programs\\National Instruments\\NI-USRP目錄下面找到NI-USRP Configuration Utility，在Change IP Address 選項(xiàng)卡中應(yīng)該能夠看到設(shè)備(包括Device ID, IP Address, Type/revision)。如果看不到設(shè)備，請(qǐng)點(diǎn)擊Find Devices來(lái)尋找設(shè)備。如果需要，可以選定一個(gè)設(shè)備并且在右邊New IP Address欄中輸入新IP地址，點(diǎn)擊Change IP Address來(lái)修改USRP設(shè)備的IP地址。 操作流程 一、基于反正切(Arctangent)方法的調(diào)頻收音機(jī) 1、該Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。 2、找到Demos中的FM Radio - Arctangent Method文件夾，打開(kāi)NI USRP FM Demo - ArcTan Method_LV2011.VI，會(huì)看到如下圖所示的“基于軟件無(wú)線電的調(diào)頻收音機(jī)”前面板。 3、USRP參數(shù)配置：USRP IP地址設(shè)為當(dāng)前設(shè)備的IP，“正交采樣率” 設(shè)定為某適合的值(例如200k，具體參閱該頻段廣播的說(shuō)明)，“載波頻率”設(shè)定為某個(gè)調(diào)頻收音機(jī)的頻段(例如94.7M，或者101.7M，103.7M)，“有效天線”設(shè)定為RX1，“增益”設(shè)定為25左右。“采樣數(shù)設(shè)為20000。 4、聲卡參數(shù)配置：“聲卡采樣率”必須設(shè)為44100 5、運(yùn)行VI，能夠聽(tīng)到調(diào)頻收音機(jī)接收到的信號(hào)聲音(PC機(jī)要求帶有聲卡)，可以根據(jù)個(gè)人喜好調(diào)節(jié)音量(右下角)。 6、程序框圖解釋。整體程序框圖如下圖所示。包含USRP編程，反正切處理，以及聲卡編程三部分。 USRP編程部分在下圖紅色框出，包括打開(kāi)USRP接收通道，參數(shù)配置，開(kāi)始采集，連續(xù)獲取下變頻后的基帶波形數(shù)據(jù)，將讀出的波形數(shù)據(jù)存入右邊框出的基帶IQ移位寄存器中，While循環(huán)左邊對(duì)移位寄存器初始化。最后停止并關(guān)閉USRP，釋放資源。 基帶波形的反正切處理在下圖中間紅色框出，首先將基帶復(fù)數(shù)波形向極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，然后展開(kāi)相位，對(duì)相位求導(dǎo)。求導(dǎo)后的波形存入右邊的移位寄存器，左邊小框中對(duì)移位寄存器初始化。 聲卡的編程在下圖紅色框出，包括聲卡參數(shù)配置，音量調(diào)節(jié)，連續(xù)向聲卡緩存寫(xiě)入聲音數(shù)據(jù)，最后對(duì)聲音輸出清零。 二、基于Modulation Toolkit的調(diào)頻收音機(jī) 1、該Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。 2、找到Demos中的FM Radio - Modulation Toolkit文件夾，打開(kāi)FM Radio - Modulation Toolkit.vi，可以看到如下圖所示的“基于軟件無(wú)線電的調(diào)頻收音機(jī)”的前面板。 3、聲卡參數(shù)配置：“聲卡ID”為0，“采樣率”必須為44100S/s,“通道數(shù)”為2，“每采樣比特?cái)?shù)”為16。 4、USRP參數(shù)配置：“設(shè)備IP地址”為當(dāng)前USRP 2920(或者USRP N210)的IP地址，“正交采樣率” 設(shè)定為200kS/s，“載波頻率” 設(shè)定為某個(gè)FM收音機(jī)的頻段(例如94.7M，或者101.7M，103.7M)，“有效天線” 設(shè)定為RX1，“增益”設(shè)定為25dB左右, “采樣數(shù)”為200000。 5、FM解調(diào)配置：布爾控件可以選擇是否進(jìn)行載波修正，“FM偏頻”設(shè)為30KHz，“載波偏頻”顯示接收到的載波頻率和估計(jì)的載波頻率之間的偏差。 6、運(yùn)行VI，能夠聽(tīng)到FM收音機(jī)接收到的信號(hào)聲音。 7、程序框圖解釋。整體程序框圖如下圖所示。 USRP編程部分在下圖頂部紅色框出，包括USRP接收機(jī)打開(kāi)，參數(shù)配置，開(kāi)始接收，連續(xù)讀取下變頻后的基帶波形數(shù)據(jù)，將讀出的波形數(shù)據(jù)存入右邊紅框中的基帶IQ移位寄存器中，左邊的小紅框是對(duì)移位寄存器的初始化。最后停止并關(guān)閉USRP，釋放資源。 下圖中間的大紅框中是對(duì)基帶波形的FM解調(diào)、重采樣和快速FFT變換。解調(diào)后的波形存入右邊小紅框的移位寄存器，左邊小紅框中對(duì)移位寄存器初始化。 下圖底部大紅框中是聲卡的編程，包括聲卡參數(shù)配置，初始化，連續(xù)向聲卡緩存寫(xiě)入解調(diào)后的聲音數(shù)據(jù)，最后對(duì)聲音輸出清零。 三、基于軟件無(wú)線電的遙控車(chē)鑰匙(Key Fob Decoder – OOK) 1、該Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。 2、找到Demos中的Key Fob Decoder - OOK文件夾。這里有兩個(gè)VI，其中keyfob_decoder.vi執(zhí)行OOK的解調(diào)算法，acquire_315mhz_keyfob.vi使用USRP采集315M信號(hào)、顯示波形，并調(diào)用keyfob_decoder.vi進(jìn)行解調(diào)和判斷，將結(jié)果進(jìn)行顯示。打開(kāi)acquire_315mhz_keyfob.vi，會(huì)看到如下圖所示的前面板。 3、USRP參數(shù)配置：“設(shè)備名稱(chēng)”中輸入U(xiǎn)SRP設(shè)備的IP地址，“正交采樣率”為200kHz，“載波頻率”設(shè)為315M(與所使用的無(wú)線發(fā)射器相匹配)，“有效天線”為RX1或者RX2，”增益”設(shè)為合適的數(shù)值(1或者10)，”刷新時(shí)間間隔”推薦為0.25s。 4、運(yùn)行程序，按下無(wú)線發(fā)射器的按鈕，在前面板”按下的按鈕”中將顯示所按下的是哪個(gè)按鈕。 5、程序框圖解釋。整體程序框圖如下圖所示，包括USRP編程和基帶解調(diào)判斷兩部分。 USRP編程部分在下圖中紅線大框中，包括USRP接收機(jī)打開(kāi)，參數(shù)配置，開(kāi)始采集，連續(xù)讀取下變頻后的基帶波形數(shù)據(jù)，將讀出的波形數(shù)據(jù)存入右邊紅框中的基帶IQ移位寄存器中，左邊的小紅框是對(duì)移位寄存器的初始化。最后停止并關(guān)閉USRP，釋放資源。 基帶解調(diào)和判斷編程在keyfob_decoder.vi的子VI中完成，位于下圖紅色框中。該子VI執(zhí)行OOK的解調(diào)算法，并判斷當(dāng)前按鍵的位置。 注: 本實(shí)驗(yàn)采用的無(wú)線發(fā)射器為Digi-Key 提供的315 MHz 無(wú)線車(chē)鑰匙(Digi-Key P/N: CMD-KEY5-315-ND)，該無(wú)線發(fā)射器產(chǎn)生一個(gè)帶有同步信號(hào)、使用PWM調(diào)制的OOK信號(hào)，一長(zhǎng)一短代表0，兩短代表1。) 總結(jié) 利用NI提供的軟件無(wú)線電USRP平臺(tái)及調(diào)制工具包，結(jié)合LabVIEW強(qiáng)大的圖形化編程和信號(hào)運(yùn)算處理能力，我們可以輕松快捷的實(shí)現(xiàn)基于各種通信協(xié)議的應(yīng)用。 |
