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基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

发布日期:2014-09-26 浏览次数:0 我要评论(0) 字号:

采用NI的软件无线电(USRP)平台,结合LabVIEW调制工具包,实现调频收音机、遥控车钥匙的有趣应用。

调频收音机的实现有两种方法,一种为反正切方法,一种为FM解调方法。两种方法都可以接收到指定频段的广播。

遥控车钥匙功能:按下配套的无线车钥匙某个按钮,USRP接收到脉冲信号,程序中对其进行解调并且判断,可以自动识别你按下的是哪个键并显示出来。

软件安装:

1、LabVIEW 2011

2、NI-USRP

3、Modulation Toolkit 4.3.2 (更低的版本不可用)

硬件连接:

1、用网线将USRP设备与PC机连接。由于调频收音机有音频输出,所以要求计算机有声卡,并且有声音播放器。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

2、在控制面板中将PC机的IP设定为192.168.10.1,网关为255.255.255.0

3、连接USRP的电源、天线。

4、在windows的开始菜单中All Programs\\National Instruments\\NI-USRP目录下面找到NI-USRP Configuration Utility,在Change IP Address 选项卡中应该能够看到设备(包括Device ID, IP Address, Type/revision)。如果看不到设备,请点击Find Devices来寻找设备。如果需要,可以选定一个设备并且在右边New IP Address栏中输入新IP地址,点击Change IP Address来修改USRP设备的IP地址。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

操作流程

一、基于反正切(Arctangent)方法的调频收音机

1、该Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。

2、找到Demos中的FM Radio - Arctangent Method文件夹,打开NI USRP FM Demo - ArcTan Method_LV2011.VI,会看到如下图所示的“基于软件无线电的调频收音机”前面板。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

3、USRP参数配置:USRP IP地址设为当前设备的IP,“正交采样率” 设定为某适合的值(例如200k,具体参阅该频段广播的说明),“载波频率”设定为某个调频收音机的频段(例如94.7M,或者101.7M,103.7M),“有效天线”设定为RX1,“增益”设定为25左右。“采样数设为20000。

4、声卡参数配置:“声卡采样率”必须设为44100

5、运行VI,能够听到调频收音机接收到的信号声音(PC机要求带有声卡),可以根据个人喜好调节音量(右下角)。

6、程序框图解释。整体程序框图如下图所示。包含USRP编程,反正切处理,以及声卡编程三部分。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

USRP编程部分在下图红色框出,包括打开USRP接收通道,参数配置,开始采集,连续获取下变频后的基带波形数据,将读出的波形数据存入右边框出的基带IQ移位寄存器中,While循环左边对移位寄存器初始化。最后停止并关闭USRP,释放资源。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

基带波形的反正切处理在下图中间红色框出,首先将基带复数波形向极坐标转化,然后展开相位,对相位求导。求导后的波形存入右边的移位寄存器,左边小框中对移位寄存器初始化。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

声卡的编程在下图红色框出,包括声卡参数配置,音量调节,连续向声卡缓存写入声音数据,最后对声音输出清零。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

二、基于Modulation Toolkit的调频收音机

1、该Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。

2、找到Demos中的FM Radio - Modulation Toolkit文件夹,打开FM Radio - Modulation Toolkit.vi,可以看到如下图所示的“基于软件无线电的调频收音机”的前面板。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

3、声卡参数配置:“声卡ID”为0,“采样率”必须为44100S/s,“通道数”为2,“每采样比特数”为16。

4、USRP参数配置:“设备IP地址”为当前USRP 2920(或者USRP N210)的IP地址,“正交采样率” 设定为200kS/s,“载波频率” 设定为某个FM收音机的频段(例如94.7M,或者101.7M,103.7M),“有效天线” 设定为RX1,“增益”设定为25dB左右, “采样数”为200000。

5、FM解调配置:布尔控件可以选择是否进行载波修正,“FM偏频”设为30KHz,“载波偏频”显示接收到的载波频率和估计的载波频率之间的偏差。

6、运行VI,能够听到FM收音机接收到的信号声音。

7、程序框图解释。整体程序框图如下图所示。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

USRP编程部分在下图顶部红色框出,包括USRP接收机打开,参数配置,开始接收,连续读取下变频后的基带波形数据,将读出的波形数据存入右边红框中的基带IQ移位寄存器中,左边的小红框是对移位寄存器的初始化。最后停止并关闭USRP,释放资源。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

下图中间的大红框中是对基带波形的FM解调、重采样和快速FFT变换。解调后的波形存入右边小红框的移位寄存器,左边小红框中对移位寄存器初始化。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

下图底部大红框中是声卡的编程,包括声卡参数配置,初始化,连续向声卡缓存写入解调后的声音数据,最后对声音输出清零。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

三、基于软件无线电的遥控车钥匙(Key Fob Decoder – OOK

1、该Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。

2、找到Demos中的Key Fob Decoder - OOK文件夹。这里有两个VI,其中keyfob_decoder.vi执行OOK的解调算法,acquire_315mhz_keyfob.vi使用USRP采集315M信号、显示波形,并调用keyfob_decoder.vi进行解调和判断,将结果进行显示。打开acquire_315mhz_keyfob.vi,会看到如下图所示的前面板。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

3、USRP参数配置:“设备名称”中输入USRP设备的IP地址,“正交采样率”为200kHz,“载波频率”设为315M(与所使用的无线发射器相匹配),“有效天线”为RX1或者RX2,”增益”设为合适的数值(1或者10),”刷新时间间隔”推荐为0.25s。

4、运行程序,按下无线发射器的按钮,在前面板”按下的按钮”中将显示所按下的是哪个按钮。

5、程序框图解释。整体程序框图如下图所示,包括USRP编程和基带解调判断两部分。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

USRP编程部分在下图中红线大框中,包括USRP接收机打开,参数配置,开始采集,连续读取下变频后的基带波形数据,将读出的波形数据存入右边红框中的基带IQ移位寄存器中,左边的小红框是对移位寄存器的初始化。最后停止并关闭USRP,释放资源。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

基带解调和判断编程在keyfob_decoder.vi的子VI中完成,位于下图红色框中。该子VI执行OOK的解调算法,并判断当前按键的位置。

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

注: 本实验采用的无线发射器为Digi-Key 提供的315 MHz 无线车钥匙(Digi-Key P/N: CMD-KEY5-315-ND),该无线发射器产生一个带有同步信号、使用PWM调制的OOK信号,一长一短代表0,两短代表1。)

总结

基于USRP的调频收音机和遥控车钥匙

利用NI提供的软件无线电USRP平台及调制工具包,结合LabVIEW强大的图形化编程和信号运算处理能力,我们可以轻松快捷的实现基于各种通信协议的应用。

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