基于GD32F350的频率分析仪

donatello1996

基于GD32F350的频率分析仪 [复制链接]

 

1.项目背景：
    无线频谱分析仪是检测周围频率信号的一个非常好用的工具，可以检测周围是否存在无线通信信号，如2G/3G/4G/WIFI通信信号或者135MHz/433MHz对讲机通信信号，人们可以使用频谱分析仪测试对讲机各项参数或者监测未知WIFI信号确保通信安全，在民用和军用无线通信领域发挥关键作用。传统的频谱分析仪的体积非常大，跟一个箱子那么大，且非常重，工作的时候要插上220V电源，便携性基本没有，基本只能放在桌子上检测。而近年来随着嵌入式软硬件的发展，无线频谱分析仪开始走小型路线，现在很多的便携式无线频谱分析仪可以做到跟手机一样小，使用便携5V直流电源供电，可以很方便地拿起来检测，以seeed（深圳矽递科技有限公司）出品的频谱分析仪为例子，体积只有巴掌大，使用单色黑白LCD做界面显示，兼具频谱发射器和频谱分析两个功能。不过seeed出品的这种频谱分析仪是针对业余爱好者的，他们所使用的单片机的ADC频率和精度都远远达不到专业的水准。目前我在公司担任嵌入式软件工程师一职，这次我使用GD32F350开发板，结合我所学的信号处理知识和实战经验，充分利用开发板的性能优势，打造一款彩屏界面、电脑上位机控制功能的专业频谱分析仪。


2.项目细节变更与所遇到的问题：
    初期的计划是使用8266模块作为开发板的WIFI网络控制模块的，不过在实际应用过程中，GD32F350小红板的供电不是很稳定，将8266的供电引脚插上之后，使用GPIO高电平或者3.3V输出引脚连接8266模块的EN引脚，会导致开发板的重启现象，因此放弃使用8266模块作为控制，转而使用传统的电脑端串口上位机程序控制。并且由于小红板供电不稳， 不能同时驱动两个5V供电的器件，需要在CN3排针处额外添加5V供电输入，比如开关电源，串口转USB模块等。

3.系统框图


4.流程图
5.实物连接图：


由于ADF4351频率分析模块属我司商业机密，不能透露外观和原理图，因此使用泡沫纸遮盖，望兆易贵司见谅。若贵司对此模块的原理感兴趣，可在QQ上单独与我沟通。使用的液晶屏为SPI总线的液晶彩屏。由于小红板本身供电电路设计有问题，无法供给较大功率给5V供电的外设模块，因此需接入5V电压输入，如USB转TTL串口模块或开关电源。


6.频率折线界面演示图：

当有频率信号输入时，比如我此时按下了U段对讲机的PTT发射按钮，发射了435.55MHz的无线频率，折线会出现明显的变化，出现了一个尖峰：


AMP功能的用意是让单片机根据算法自适应信号的放大倍数（amp_value），即信号太弱时，不断增强放大倍数直到出现峰值临近最大值界线为止（amp_value值增大）；若出现比当前峰值更强的信号，则反过来缩小频率的放大倍数（amp_value值减小），以适应新信号作为峰值信号的放大倍数。


然后是WIFI频率分析界面：

手机或者8266模块的2.4G WIFI频率大致在2400MHz~2500MHz之间，分为14个信道，每个信道的带宽是12MHz，相邻两个信道之间有5MHz的重叠区域，比如2.421~2.433GHz为信道5，2.426~2.448GHz为信道6等等，每个WIFI热点都会根据自己厂商的协议规定以不同的时间差分时复用这14个信道，不同的信道频率交叉使用，使得不同的WIFI热点同时开着也不会有任何干扰。这里我用14个频谱柱状图表示每个信道的信号强度，当柱子出现跳动的时候，即代表附近有WIFI，比如旁边的8266模块：






7.上位机程序界面：


原定使用8266WIFI模块作为系统的控制端，但是遇到种种问题，最后无奈只能用有线串口的方式实现电脑对系统的控制了，控制功能有1.设置起止频率；2.设置AMP功能的开关；3.切换WIF频谱和折线界面4.显示峰值频率和峰值频率强度。

8.程序代码：
评估板代码和上位机程序代码：
GD32F350RBT6.zip (4.73 MB, 下载次数: 35)

2018-10-22 00:17 上传

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QTWidget6.zip (6.4 KB, 下载次数: 7)

2018-10-22 00:17 上传

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bqgup

需要使用什么样的传感器去检测检测周围频率信号？？？？？这个核心问题怎么解决，请问是不是用耦合线圈啊

lehuijie

大佬，这频谱仪带宽多少，采样率是多少？我一直有个疑问，以GD305的性能测2.4g的频谱，会不会数据太大，导致处理不及时，你还带个彩频刷新

donatello1996

lehuijie 发表于 2018-10-21 12:07
大佬，这频谱仪带宽多少，采样率是多少？我一直有个疑问，以GD305的性能测2.4g的频谱，会不会数据太大，导 ...

蛋骗鸡的频谱仪，采样速率肯定都是比不上专业的台式频率分析仪的，都是几次检测汇总后求和得出大致数据，精度能满足日常使用即可。

donatello1996

lehuijie 发表于 2018-10-21 12:07
大佬，这频谱仪带宽多少，采样率是多少？我一直有个疑问，以GD305的性能测2.4g的频谱，会不会数据太大，导 ...

这个工作原理属于我司商业机密，不能透露，你们可以参考一下网上一些频率分析仪的设计。

飞扬自我

GD单片机其实就是充当一个数据接收转发的功能，所有的上下变频，采样分析等核心功能都是他公司的模块完成，处理完后输出一个结果出来，单片机只是进行一些数据的透传而已，，，，

donatello1996

补充一张硬件连接图，由于频率分析模块是公司机密，因此遮盖，红色的是GD32F350小红板。

donatello1996

以GIF形式代替视频文件，频谱折线模式。

donatello1996

WIFI频谱模式。

donatello1996

飞扬自我 发表于 2018-10-22 14:12
GD单片机其实就是充当一个数据接收转发的功能，所有的上下变频，采样分析等核心功能都是他公司的模块完成， ...

那单片机能做的功能也就只是控制和采集啊，一个输出一个输入，你还想要单片机实现多牛逼的功能呢？播放视频好不好？

英尚微电子