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關于嵌入式調幅度監(jiān)測系統(tǒng)
調幅度作為調幅廣播發(fā)射系統(tǒng)的一個重要技術指標，我們采用功率測定法、示波器法以及專業(yè)的調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，要么就是需要用到復雜、昂貴的設備系統(tǒng)，而且缺乏計算機接口，難以對測量數據進行保存和處理，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計該嵌入式調幅度監(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供用戶使用。
二、硬件設計
要得出比較準確的實時調幅度值，并且實現起來較為簡便，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，不僅簡單直接，而且得出的是瞬時值。考慮到應用實際，系統(tǒng)采用十分簡單的包絡檢波電路。
設計二極管包絡檢波器的關鍵在于：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，同時滿足不失真的要求。以我臺200kW PSM發(fā)射機為例，單音調制95%調幅度時，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，不同的性能使其價格差異很大，轉換器的選擇就決定了整個系統(tǒng)的性能和造價。對于調幅度監(jiān)測的應用，當使用8位分辨率的轉換器時，可對模擬音頻實現256級的采樣，也就是實現最小的調幅度顯示等級為0.39%，完全能滿足實際應用，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，大大簡化了電路。
為配合8位的ADC0809進行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轉換，然后通過串口發(fā)送數據給計算機。
三、軟件設計
通過虛擬儀器技術，工程師可以利用計算機和相應的接口設備來對各種技術數據進行測量和處理，只需一臺計算機就可實現多種傳統(tǒng)儀器的功能，用戶在控制桌上就能實現原本復雜的工作。編寫虛擬儀器應用軟件時，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公司生產各種類型的專業(yè)虛擬儀器硬件設備，采用LabVIEW編程，方便了今后的系統(tǒng)硬件升級和擴展。
利用LabVIEW設計的系統(tǒng)GUI如圖3所示，程序應用于兩個頻率，576Hz和1242kHz的調幅度監(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、調幅度實時顯示、數據監(jiān)測、網絡發(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”函數來實現，用戶可以在“設置”選項卡中通過下拉菜單來選擇串口;然后再用一系列的轉換函數把從串口讀取的字符串轉換為數字。
調幅度實時顯示通過“柱狀數值顯示” 和“波形圖表”控件來實現，用戶可以通過旋鈕來設置合適的刷新率。
數據監(jiān)測功能首先用“幅值測量”函數測量實時數據值，然后與用戶設定的低限值進行比較，如果小于此值，便使用“已用時間”函數來計時，計時時間大于用戶設定的報警延時后，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，實現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。本機上的程序對于客戶端來說，就像是Web頁上嵌入的圖像。
另外，用戶設置的串口號、數據刷新率、低限值和報警延時在程序關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用。
四、總結及展望
該系統(tǒng)自2009年完成以來運行至今，一直穩(wěn)定有效。它應用虛擬儀器技術，以簡單的設計和低廉的造價，實現了調幅度的實時監(jiān)測和報警功能，同時支持數據遠程發(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轉換器，我們不但能監(jiān)測調幅度數據，還能對解調音頻進行分析。通過調整軟件，可進行信噪比監(jiān)測、頻譜分析、頻率響應分析等，系統(tǒng)即可升級為高性價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實現調頻廣播的調制度測量，就能更加豐富和完善系統(tǒng)的應用功能。
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