基于USRP的調頻收音機和遙控車(chē)鑰匙

　　采用NI的軟件無(wú)線(xiàn)電(USRP)平臺，結合LabVIEW調制工具包，實(shí)現調頻收音機、遙控車(chē)鑰匙的有趣應用。

　　調頻收音機的實(shí)現有兩種方法，一種為反正切方法，一種為FM解調方法。兩種方法都可以接收到指定頻段的廣播。

　　遙控車(chē)鑰匙功能：按下配套的無(wú)線(xiàn)車(chē)鑰匙某個(gè)按鈕，USRP接收到脈沖信號，程序中對其進(jìn)行解調并且判斷，可以自動(dòng)識別你按下的是哪個(gè)鍵并顯示出來(lái)。

　　軟件安裝：

　　1、LabVIEW 2011

　　2、NI-USRP

　　3、Modulation Toolkit 4.3.2 (更低的版本不可用)

　　硬件連接：

　　1、用網(wǎng)線(xiàn)將USRP設備與PC機連接。由于調頻收音機有音頻輸出，所以要求計算機有聲卡，并且有聲音播放器。

　　2、在控制面板中將PC機的IP設定為192.168.10.1，網(wǎng)關(guān)為255.255.255.0

　　3、連接USRP的電源、天線(xiàn)。

　　4、在windows的開(kāi)始菜單中All Programs\National Instruments\NI-USRP目錄下面找到NI-USRP Configuration Utility，在Change IP Address 選項卡中應該能夠看到設備(包括Device ID, IP Address, Type/revision)。如果看不到設備，請點(diǎn)擊Find Devices來(lái)尋找設備。如果需要，可以選定一個(gè)設備并且在右邊New IP Address欄中輸入新IP地址，點(diǎn)擊Change IP Address來(lái)修改USRP設備的IP地址。

　　操作流程

　　一、基于反正切(Arctangent)方法的調頻收音機

　　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(kāi)NI USRP FM Demo - ArcTan Method_LV2011.VI，會(huì )看到如下圖所示的“基于軟件無(wú)線(xiàn)電的調頻收音機”前面板。

　　3、USRP參數配置：USRP IP地址設為當前設備的IP，“正交采樣率” 設定為某適合的值(例如200k，具體參閱該頻段廣播的說(shuō)明)，“載波頻率”設定為某個(gè)調頻收音機的頻段(例如94.7M，或者101.7M，103.7M)，“有效天線(xiàn)”設定為RX1，“增益”設定為25左右?！安蓸訑翟O為20000。

　　4、聲卡參數配置：“聲卡采樣率”必須設為44100

　　5、運行VI，能夠聽(tīng)到調頻收音機接收到的信號聲音(PC機要求帶有聲卡)，可以根據個(gè)人喜好調節音量(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(kāi)USRP接收通道，參數配置，開(kāi)始采集，連續獲取下變頻后的基帶波形數據，將讀出的波形數據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，首先將基帶復數波形向極坐標轉化，然后展開(kāi)相位，對相位求導。求導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，包括聲卡參數配置，音量調節，連續向聲卡緩存寫(xiě)入聲音數據，最后對聲音輸出清零。

　　二、基于Modulation Toolkit的調頻收音機

　　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(kāi)FM Radio - Modulation Toolkit.vi，可以看到如下圖所示的“基于軟件無(wú)線(xiàn)電的調頻收音機”的前面板。

　　3、聲卡參數配置：“聲卡ID”為0，“采樣率”必須為44100S/s,“通道數”為2，“每采樣比特數”為16。

　　4、USRP參數配置：“設備IP地址”為當前USRP 2920(或者USRP N210)的IP地址，“正交采樣率” 設定為200kS/s，“載波頻率” 設定為某個(gè)FM收音機的頻段(例如94.7M，或者101.7M，103.7M)，“有效天線(xiàn)” 設定為RX1，“增益”設定為25dB左右, “采樣數”為200000。

　　5、FM解調配置：布爾控件可以選擇是否進(jìn)行載波修正，“FM偏頻”設為30KHz，“載波偏頻”顯示接收到的載波頻率和估計的載波頻率之間的偏差。

　　6、運行VI，能夠聽(tīng)到FM收音機接收到的信號聲音。

　　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接收機打開(kāi)，參數配置，開(kāi)始接收，連續讀取下變頻后的基帶波形數據，將讀出的波形數據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、重采樣和快速FFT變換。解調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，包括聲卡參數配置，初始化，連續向聲卡緩存寫(xiě)入解調后的聲音數據，最后對聲音輸出清零。

　　三、基于軟件無(wú)線(xiàn)電的遙控車(chē)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執行OOK的解調算法，acquire_315mhz_keyfob.vi使用USRP采集315M信號、顯示波形，并調用keyfob_decoder.vi進(jìn)行解調和判斷，將結果進(jìn)行顯示。打開(kāi)acquire_315mhz_keyfob.vi，會(huì )看到如下圖所示的前面板。

　　3、USRP參數配置：“設備名稱(chēng)”中輸入USRP設備的IP地址，“正交采樣率”為200kHz，“載波頻率”設為315M(與所使用的無(wú)線(xiàn)發(fā)射器相匹配)，“有效天線(xiàn)”為RX1或者RX2，”增益”設為合適的數值(1或者10)，”刷新時(shí)間間隔”推薦為0.25s。

　　4、運行程序，按下無(wú)線(xiàn)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編程和基帶解調判斷兩部分。

　　USRP編程部分在下圖中紅線(xiàn)大框中，包括USRP接收機打開(kāi)，參數配置，開(kāi)始采集，連續讀取下變頻后的基帶波形數據，將讀出的波形數據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執行OOK的解調算法，并判斷當前按鍵的位置。

　　注: 本實(shí)驗采用的無(wú)線(xiàn)發(fā)射器為Digi-Key 提供的315 MHz 無(wú)線(xiàn)車(chē)鑰匙(Digi-Key P/N: CMD-KEY5-315-ND)，該無(wú)線(xiàn)發(fā)射器產(chǎn)生一個(gè)帶有同步信號、使用PWM調制的OOK信號，一長(cháng)一短代表0，兩短代表1。)

　　總結

　　利用NI提供的軟件無(wú)線(xiàn)電USRP平臺及調制工具包，結合LabVIEW強大的圖形化編程和信號運算處理能力，我們可以輕松快捷的實(shí)現基于各種通信協(xié)議的應用。