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關(guān)于嵌入式調幅度監測系統
調幅度作為調幅廣播發(fā)射系統的一個(gè)重要技術(shù)指標，我們采用功率測定法、示波器法以及專(zhuān)業(yè)的調幅度測量?jì)x來(lái)對它進(jìn)行測量。但是以上的方法要么不能得出準確的讀數，要么就是需要用到復雜、昂貴的設備系統，而且缺乏計算機接口，難以對測量數據進(jìn)行保存和處理，或者有接口的，也存在操作語(yǔ)言障礙、軟件功能有局限等等問(wèn)題。鑒于這些情況，我們便利用虛擬儀器設計該嵌入式調幅度監測系統。
一、系統分析
系統包括硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件部分實(shí)現數據采集和I/O接口功能;軟件部分完成數據的處理并提供友好的GUI供用戶(hù)使用。
二、硬件設計
要得出比較準確的實(shí)時(shí)調幅度值，并且實(shí)現起來(lái)較為簡(jiǎn)便，我選擇用檢波法。調幅度 ，用檢波電路檢出音頻信號和載波直流電平，兩者之比就是調幅度值，不僅簡(jiǎn)單直接，而且得出的是瞬時(shí)值�？紤]到應用實(shí)際，系統采用十分簡(jiǎn)單的包絡(luò )檢波電路。
設計二極管包絡(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等數值，保證檢波器提供盡可能大的輸入電阻，同時(shí)滿(mǎn)足不失真的要求。以我臺200kW PSM發(fā)射機為例，單音調制95%調幅度時(shí)，分離出的音頻電壓為1.4V，直流電壓1.5V，計算調幅度為93.3%，誤差1.76%，在允許范圍內。
目前A/D轉換器的型號非常多，性能差別主要體現在轉換速度、分辨率，輸入通道上，不同的性能使其價(jià)格差異很大，轉換器的選擇就決定了整個(gè)系統的性能和造價(jià)。對于調幅度監測的應用，當使用8位分辨率的轉換器時(shí)，可對模擬音頻實(shí)現256級的采樣，也就是實(shí)現最小的調幅度顯示等級為0.39%，完全能滿(mǎn)足實(shí)際應用，所以我采用了ADC0809。我們要求的調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，這樣得出的轉換結果就是音頻信號與載波直流電壓的比值，只不過(guò)是基于5V電壓的結果。這樣，用一片ADC0809便直接測出了調幅度值，大大簡(jiǎn)化了電路。
為配合8位的ADC0809進(jìn)行A/D轉換，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(shí)鐘頻率。AT89C51以查詢(xún)方式控制ADC0809進(jìn)行A/D轉換，然后通過(guò)串口發(fā)送數據給計算機。
三、軟件設計
通過(guò)虛擬儀器技術(shù)，工程師可以利用計算機和相應的接口設備來(lái)對各種技術(shù)數據進(jìn)行測量和處理，只需一臺計算機就可實(shí)現多種傳統儀器的功能，用戶(hù)在控制桌上就能實(shí)現原本復雜的工作。編寫(xiě)虛擬儀器應用軟件時(shí)，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雜的語(yǔ)句和程式，而采用專(zhuān)業(yè)的圖形化編程軟件顯然是非常明智的，工程師采用預制的圖形化控件就能完成程序的編寫(xiě)，使其從繁重的編程工作中解放出來(lái)，而且簡(jiǎn)單明了的圖形化程序也方便了其他用戶(hù)對系統進(jìn)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、提供硬件驅動(dòng)廣泛而更勝一籌，最為重要的是，開(kāi)發(fā)LabVIEW的美國NI公司生產(chǎn)各種類(lèi)型的專(zhuān)業(yè)虛擬儀器硬件設備，采用LabVIEW編程，方便了今后的系統硬件升級和擴展。
利用LabVIEW設計的系統GUI如圖3所示，程序應用于兩個(gè)頻率，576Hz和1242kHz的調幅度監測。
由圖2可見(jiàn)，程序主要有四個(gè)組成部分，即串口信號的讀取和處理、調幅度實(shí)時(shí)顯示、數據監測、網(wǎng)絡(luò )發(fā)布數據。
串口信號的讀取和處理主要是用“VISA配置串口”和“VISA讀取”函數來(lái)實(shí)現，用戶(hù)可以在“設置”選項卡中通過(guò)下拉菜單來(lái)選擇串口;然后再用一系列的轉換函數把從串口讀取的字符串轉換為數字。
調幅度實(shí)時(shí)顯示通過(guò)“柱狀數值顯示” 和“波形圖表”控件來(lái)實(shí)現，用戶(hù)可以通過(guò)旋鈕來(lái)設置合適的刷新率。
數據監測功能首先用“幅值測量”函數測量實(shí)時(shí)數據值，然后與用戶(hù)設定的低限值進(jìn)行比較，如果小于此值，便使用“已用時(shí)間”函數來(lái)計時(shí)，計時(shí)時(shí)間大于用戶(hù)設定的報警延時(shí)后，系統便開(kāi)始報警;如果時(shí)間小于報警延時(shí)，程序返回。
中短波發(fā)射臺和監控中心彼此相距較遠且較為分散，而監控中心又必須收集所有監測主機的調幅度數據，在這種情況下，我們可以利用LabVIEW提供的Web發(fā)布工具，實(shí)現客戶(hù)端遠程訪(fǎng)問(wèn)本機程序，即使客戶(hù)端沒(méi)有安裝LabVIEW，或是沒(méi)有硬件資源，也可以運行本機上的程序。本機上的程序對于客戶(hù)端來(lái)說(shuō)，就像是Web頁(yè)上嵌入的圖像。
另外，用戶(hù)設置的串口號、數據刷新率、低限值和報警延時(shí)在程序關(guān)閉前要自動(dòng)為用戶(hù)保存，而在下一次啟動(dòng)時(shí)要自動(dòng)載。
為避免用戶(hù)要費時(shí)、費力安裝LabVIEW以及VISA、LabSQL等組件后才能運行該監測系統，我將VI程序、LabVIEW引擎、相應組件等制作成一個(gè)安裝文件，既方便了使用，也更適合軟件的推廣應用。
四、總結及展望
該系統自2009年完成以來(lái)運行至今，一直穩定有效。它應用虛擬儀器技術(shù)，以簡(jiǎn)單的設計和低廉的造價(jià)，實(shí)現了調幅度的實(shí)時(shí)監測和報警功能，同時(shí)支持數據遠程發(fā)布，具有較強的實(shí)用性和擴展性。鑒于LabVIEW強大的功能，如果采用高速的A/D轉換器，我們不但能監測調幅度數據，還能對解調音頻進(jìn)行分析。通過(guò)調整軟件，可進(jìn)行信噪比監測、頻譜分析、頻率響應分析等，系統即可升級為高性?xún)r(jià)比的綜合調幅廣播測試儀。同樣，如果應用數字鑒頻和解調技術(shù)實(shí)現調頻廣播的調制度測量，就能更加豐富和完善系統的應用功能。
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