关于嵌入式调幅度监测系统

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关于嵌入式调幅度监测系统

　　调幅度作为调幅广播发射系统的一个重要技术指标，我们采用功率测定法、示波器法以及专业的调幅度测量仪来对它进行测量。但是以上的方法要么不能得出准确的读数，要么就是需要用到复杂、昂贵的设备系统，而且缺乏计算机接口，难以对测量数据进行保存和处理，或者有接口的，也存在操作语言障碍、软件功能有局限等等问题。鉴于这些情况，我们便利用虚拟仪器设计该嵌入式调幅度监测系统。

　　一、系统分析

　　系统包括硬件和软件两个部分。硬件部分实现数据采集和I/O接口功能;软件部分完成数据的处理并提供友好的GUI供用户使用。

　　二、硬件设计

　　要得出比较准确的实时调幅度值，并且实现起来较为简便，我选择用检波法。调幅度，用检波电路检出音频信号和载波直流电平，两者之比就是调幅度值，不仅简单直接，而且得出的是瞬时值。考虑到应用实际，系统采用十分简单的包络检波电路。

　　设计二极管包络检波器的关键在于：正确选用晶体二极管，合理选取RL、C等数值，保证检波器提供尽可能大的输入电阻，同时满足不失真的要求。以我台200kW PSM发射机为例，单音调制95%调幅度时，分离出的音频电压为1.4V，直流电压1.5V，计算调幅度为93.3%，误差1.76%，在允许范围内。

　　目前A/D转换器的型号非常多，性能差别主要体现在转换速度、分辨率，输入通道上，不同的性能使其价格差异很大，转换器的选择就决定了整个系统的性能和造价。对于调幅度监测的应用，当使用8位分辨率的转换器时，可对模拟音频实现256级的采样，也就是实现最小的调幅度显示等级为0.39%，完全能满足实际应用，所以我采用了ADC0809。我们要求的调幅度是音频信号与载波直流电压的比值，如果控制检波电路中载波直流电压低于5V，将它作为ADC0809的基准电压，再把音频信号输入模拟通道，这样得出的转换结果就是音频信号与载波直流电压的比值，只不过是基于5V电压的结果。这样，用一片ADC0809便直接测出了调幅度值，大大简化了电路。

　　为配合8位的ADC0809进行A/D转换，我使用ATMEL公司的8位Flash单片机AT89C51。单片机外接11.0592MHz晶振，采用9600比特的波特率，其LAE脚以1843.2kHz频率输出方波信号，经三分频后作为ADC0809的时钟频率。AT89C51以查询方式控制ADC0809进行A/D转换，然后通过串口发送数据给计算机。

　　三、软件设计

　　通过虚拟仪器技术，工程师可以利用计算机和相应的接口设备来对各种技术数据进行测量和处理，只需一台计算机就可实现多种传统仪器的功能，用户在控制桌上就能实现原本复杂的工作。编写虚拟仪器应用软件时，若使用通用编程软件则对编程者要求较高，需要编程者熟悉掌握复杂的语句和程式，而采用专业的图形化编程软件显然是非常明智的，工程师采用预制的图形化控件就能完成程序的编写，使其从繁重的编程工作中解放出来，而且简单明了的图形化程序也方便了其他用户对系统进行更改和扩展。相比其它图形化编程软件，LabVIEW以其编程速度快、控件丰富、提供硬件驱动广泛而更胜一筹，最为重要的是，开发LabVIEW的美国NI公司生产各种类型的专业虚拟仪器硬件设备，采用LabVIEW编程，方便了今后的系统硬件升级和扩展。

　　利用LabVIEW设计的系统GUI如图3所示，程序应用于两个频率，576Hz和1242kHz的调幅度监测。

　　由图2可见，程序主要有四个组成部分，即串口信号的读取和处理、调幅度实时显示、数据监测、网络发布数据。

　　串口信号的读取和处理主要是用“VISA配置串口”和“VISA读取”函数来实现，用户可以在“设置”选项卡中通过下拉菜单来选择串口;然后再用一系列的转换函数把从串口读取的字符串转换为数字。

　　调幅度实时显示通过“柱状数值显示” 和“波形图表”控件来实现，用户可以通过旋钮来设置合适的刷新率。

　　数据监测功能首先用“幅值测量”函数测量实时数据值，然后与用户设定的低限值进行比较，如果小于此值，便使用“已用时间”函数来计时，计时时间大于用户设定的报警延时后，系统便开始报警;如果时间小于报警延时，程序返回。

　　中短波发射台和监控中心彼此相距较远且较为分散，而监控中心又必须收集所有监测主机的调幅度数据，在这种情况下，我们可以利用LabVIEW提供的Web发布工具，实现客户端远程访问本机程序，即使客户端没有安装LabVIEW，或是没有硬件资源，也可以运行本机上的程序。本机上的程序对于客户端来说，就像是Web页上嵌入的图像。

　　另外，用户设置的串口号、数据刷新率、低限值和报警延时在程序关闭前要自动为用户保存，而在下一次启动时要自动载。

　　为避免用户要费时、费力安装LabVIEW以及VISA、LabSQL等组件后才能运行该监测系统，我将VI程序、LabVIEW引擎、相应组件等制作成一个安装文件，既方便了使用，也更适合软件的推广应用。

　　四、总结及展望

　　该系统自2009年完成以来运行至今，一直稳定有效。它应用虚拟仪器技术，以简单的设计和低廉的造价，实现了调幅度的实时监测和报警功能，同时支持数据远程发布，具有较强的实用性和扩展性。鉴于LabVIEW强大的功能，如果采用高速的A/D转换器，我们不但能监测调幅度数据，还能对解调音频进行分析。通过调整软件，可进行信噪比监测、频谱分析、频率响应分析等，系统即可升级为高性价比的综合调幅广播测试仪。同样，如果应用数字鉴频和解调技术实现调频广播的调制度测量，就能更加丰富和完善系统的应用功能。

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