基于USRP的調(diào)頻收音機(jī)和遙控車鑰匙
采用NI的軟件無線電(USRP)平臺,結(jié)合LabVIEW調(diào)制工具包,實(shí)現(xiàn)調(diào)頻收音機(jī)、遙控車鑰匙的有趣應(yīng)用。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201602/287348.htm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。
遙控車鑰匙功能:按下配套的無線車鑰匙某個(gè)按鈕,USRP接收到脈沖信號,程序中對其進(jìn)行解調(diào)并且判斷,可以自動識別你按下的是哪個(gè)鍵并顯示出來。
軟件安裝:
1、LabVIEW 2011
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,請點(diǎn)擊Find Devices來尋找設(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NI USRP FM Demo - ArcTan Method_LV2011.VI,會看到如下圖所示的“基于軟件無線電的調(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?!安蓸訑?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,能夠聽到調(diào)頻收音機(jī)接收到的信號聲音(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USRP接收通道,參數(shù)配置,開始采集,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,然后展開相位,對相位求導(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)向聲卡緩存寫入聲音數(shù)據(jù),最后對聲音輸出清零。
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FM Radio - Modulation Toolkit.vi,可以看到如下圖所示的“基于軟件無線電的調(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,能夠聽到FM收音機(jī)接收到的信號聲音。
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,參數(shù)配置,開始接收,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)向聲卡緩存寫入解調(diào)后的聲音數(shù)據(jù),最后對聲音輸出清零。
三、基于軟件無線電的遙控車鑰匙(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、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acquire_315mhz_keyfob.vi,會看到如下圖所示的前面板。
3、USRP參數(shù)配置:“設(shè)備名稱”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,參數(shù)配置,開始采集,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)采用的無線發(fā)射器為Digi-Key 提供的315 MHz 無線車鑰匙(Digi-Key P/N: CMD-KEY5-315-ND),該無線發(fā)射器產(chǎn)生一個(gè)帶有同步信號、使用PWM調(diào)制的OOK信號,一長一短代表0,兩短代表1。)
總結(jié)
利用NI提供的軟件無線電USRP平臺及調(diào)制工具包,結(jié)合LabVIEW強(qiáng)大的圖形化編程和信號運(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。
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