CN101136709A - 一种无线信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于信号检测技术领域，具体为一种用于检测ISM频段的无线信号的装置。该装置由具有USB接口的无线信号检测硬件和运行在PC机上的应用软件两部分构成。其中，无线信号检测硬件由USB接口电路、微控制器、三个ISM频段的无线信号检测电路以及选择电路构成，PC机上运行的应用软件由USB接口数据/指令读写模块、数据处理模块和图形用户接口模块等功能模块构成；该无线信号强度检测硬件通过USB接口将采集到的无线信号强度数据传递给PC机上运行的数据处理软件进行处理和显示。本发明一方面可使无线检测硬件设备体积减少到普通U盘大小，增强其便携性；另一方面可充分利用PC的数据处理和人机交互能力，增强其易用性。

Description

一种无线信号检测装置

技术领域

本发明属信号检测技术领域，具体涉及一种用于检测ISM频段无线信号强度的装置。本发明所表述的无线信号检测装置主要为ISM频段无线通信产品研发和生产测试、环境无线电信号强度检测以及工程技术教育等领域提供支持。

背景技术

因ISM(工业/科学/医疗)频段(902MHz～928MHz、2.4GHz～2.4835GHz和5.725GHz～5.850GHz)无需政府授权，大量的无线通信产品工作在ISM频段，现有的产品如Wi-Fi(无线局域网)、Bluetooth(蓝牙)、ZigBee、Wireless USB(无线USB)等。研究开发这些无线通信产品，需要有无线信号检测装置。目前的ISM频段无线信号检测设备主要为频谱分析仪，频谱分析仪虽然功能强大，但价格昂贵。工作在ISM频段的无线通信产品的研究开发和生产测试等需要廉价而又功能强大的无线信号检测设备。

另一方面，由于当今人们在社会生产生活中使用了大量的无线产品，电磁辐射强度是人们所关心的问题。准确检测出环境无线电信号强度有助于人们避开可能的强电磁辐射环境或采取必要的防护措施。频谱分析仪由于价格昂贵和专业性，并非能为普通人群所接触和使用。人们需要一种廉价的且使用方便的无线信号强度检测装置。

目前，国内外开发了一些无线信号检测装置：珠海奥仕兰电子有限公司的无线网络探测器，其特征是用数个LED指示灯来指示当前环境的无线信号状态；深圳锦龙电子有限公司的Wi-Fi无线上网探测器，其特征过滤除Wi-Fi以外其他无线信号，并用数个LED指示灯来检测当前环境Wi-Fi无线信号的强弱；Agilent(安捷伦)公司的频谱分析仪，其特征是集检测与显示于一体，虽然功能强大，但价格昂贵，体积较大，携带不便。

公开号为CN1103953的《便携式无线信号检测系统》，涉及一种紧凑的无线信号检测系统，一个天线可旋转地装在手表型外壳上，这一天线由手动旋转以在天线每转过一预定转角时接收被测距目标的反射信号。该反射信号被转换为数字的场强数据或距离数据。这些场强数据或距离数据被顺序地根据相应的天线转角存入存储器并显示于液晶显示器上。由此可见，该无线信号检测系统主要应用于距离与方向识别，而对无线信号检测后所作的数据分析也是为这一用途服务的，因而该装置功能单一，缺乏通用性。

发明内容

本发明的目的是针对当前国内外ISM频段无线信号检测装置在易携易用性等方面的不足，提供一种新的基于USB接口的便携式易用型ISM频段无线信号检测装置，为无线通信研发和生产测试、环境无线电信号监测以及工程技术教育领域提供支持。

本发明为一种ISM频段无线信号检测装置，该无线信号检测装置由具有USB接口的无线信号检测硬件和运行在PC机上的应用软件两部分构成。其中，无线信号检测硬件模块由USB接口电路、微控制器、三个ISM频段(902MHz～928MHz、2.4GHz～2.4835GHz和5.725GHz～5.850GHz)的无线信号检测电路以及选择电路构成，其结构如图1所示。微控制器是无线信号检测硬件模块的控制核心；微控制器通过串行外设接口SPI总线连接无线信号检测电路，用三个不同的输入输出端口分别连接三个无线信号检测电路的片选使能端口，微控制器根据指令要求选择使能正确的无线信号检测电路；微控制器的USB通信端口连接USB接口电路。PC机上运行的应用软件由USB接口数据/指令读写模块、数据处理模块和图形用户接口模块等功能模块构成；其中，图形用户接口模块提供用户指令的接收和无线信号强度采样数据的图形化显示功能，是运行在PC机上的应用软件的核心，数据处理模块主要负责将下层传上来的采样到的无线信号强度数据进行整理和处理，以方便无线信号强度采样数据的图形化显示和向用户提供更丰富的信息；USB接口数据/指令读写模块主要负责和无线信号检测硬件的数据指令通信。

本发明为一种ISM频段无线信号检测装置，其各构成模块间的信息流动过程为：PC机上的应用软件中的图形用户接口模块接收用户指令输入，根据用户指令输入，图形用户接口将有关指令通过USB接口数据/指令读写模块传递给微控制器；微控制器根据有关指令要求进入相应的工作模式，选择正确的无线信号检测电路，采样获取指定频率的无线信号强度数据，然后将获得的无线信号强度数据通过USB接口传递给PC机上运行的应用软件，由其数据处理模块进行各种数据处理工作，并将数据处理结果或原始采样数据通过图形用户接口模块直观展示出来；应用软件也可以根据用户要求记录保存无线信号强度数据，供用户做各种分析比较。

本发明针对现有无线信号检测装置在功能、便携性、检测范围等方面的不足，设计了一种基于USB接口的便携式ISM频段无线信号强度检测装置。该无线信号强度检测硬件通过USB接口将采集到的无线信号强度数据传递给PC机上运行的数据处理软件进行处理和显示。本发明一方面可使无线检测硬件设备体积减少到普通U盘大小，增强其便携性；另一方面可充分利用PC的数据处理和人机交互能力，增强其易用性。

附图说明

图1为ISM频段无线信号检测装置的系统模块构成图。

图2为ISM频段无线信号检测装置的工作模块信号流图。

图3为ISM频段无线信号检测装置的硬件构成的一种布局图。

图4为无线信号检测硬件模块的工作控制流程图。(a)为主控程序流程框图，(b)为一个定时采样例程框图。

图5为图形用户接口之指定频率点的无线信号强度时变图。

图6为图形用户接口之无线信号分布图。

图7为图形用户接口之无线信号强度统计图。

图8为图形用户接口之各时间段的无线信号强度分布图。

图中标号：1为微控制器，2为USB通信接口，3为ISM频段1无线信号检测电路，4为ISM频段2无线信号检测电路，5为ISM频段3无线信号检测电路，6为USB接口数据/指令读写模块，7为数据处理模块，8为图形用户接口模块，9为天线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

具体实施方式一

本发明的无线信号检测装置由两部分构成，一为无线信号检测硬件模块，二为运行在PC机上的应用软件，如图1所示。无线信号检测硬件通过USB接口连接到PC机，由PC机供电工作。无线信号检测硬件主要包括微控制器MCU1、USB接口2、3个ISM频段无线信号检测电路3，4，5。运行在PC机上的应用软件主要由图形用户接口8、数据处理模块7和USB接口数据/指令读写6等功能模块构成。运行在PC机上的应用软件负责接收无线信号检测硬件模块获得无线信号强度数据，经过一定的处理之后将无线信号强度采样数据进行图形化显示，向使用者提供一个直观的监测界面。

本发明的无线信号检测装置的各主要模块之间的信号流动如图2所示。应用软件中的图形用户接口8负责接收用户的指令要求，并将用户指令要求通过USB接口数据/指令读写模块6下达给无线信号检测硬件中的微控制器MCU1，还根据实际需要向数据处理模块下达启动、停止某项数据处理功能的指令要求。无线信号检测硬件中的微控制器MCU1在接收到某指令要求后，根据该指令要求，或者将有关状态参数通过USB接口2传递给运行在PC机上的应用软件；或者选择合适的无线信号检测电路3，4，5，设置无线信号检测电路的侦听频率和工作模式等参数，采样获取无线信号强度数据，并将采集到的无线信号强度数据通过USB接口2传递给运行在PC机上的应用软件。应用软件中的USB接口数据/指令读写模块6在收到无线信号检测硬件送上来的无线信号强度数据或状态参数数据等之后，根据工作状态，将这些数据或直接传给图形用户接口8，或传给数据处理模块7进行有关处理工作。数据处理模块7在完成无线信号强度数据处理工作之后将处理结果传给图形用户接口或存入文件进行保存。图形用户接口8在收到无线信号强度数据或状态参数数据之后将有关信息显示给用户。

本发明的无线信号检测装置中的无线信号检测硬件模块包括以微控制器MCU为核心的最小单片机系统和三个无线信号检测电路，分别负责902MHz～928MHz、2.4GHz～2.484GHz和5.725GHz～5.850GHz频段的信号检测。图3示意了无线信号检测硬件的一种模块构成布局。以微控制器MCU为核心的最小单片机系统负责根据来自PC机上应用软件的指令要求进入正确的工作模式，选择合适的无线信号强度检测电路，设置要监测的无线信号频率，采样获取无线信号检测电路获得的无线信号强度数据，并将采集到的无线信号强度数据通过USB接口传递给PC机上的应用软件。

本发明的无线信号检测装置中的无线信号检测硬件模块的基本工作控制流程如图4所示。在以微控制器MCU为核心的最小单片机系统中，运行的无线信号检测控制程序包括一个主控程序(a)和一个定时采样例程(b)。主控程序负责接收和响应来自PC机上应用软件的指令，设置无线信号检测硬件模块的工作模式，并负责将采集到的无线信号强度数据传递给PC机上的应用软件；定时采样例程负责定时采样获取无线信号强度数据。

本发明的无线信号检测装置中的PC机上应用软件主要提供用户一个图形化人机接口和数据处理功能。PC机上应用软件主要包括图形用户接口、数据处理模块及USB接口数据读写模块。

本发明的无线信号检测装置中的PC机上应用软件提供了指定频点的无线信号强度时变信息、某频段上无线信号强度分布即时信息和历史信息等，以及提供了无线信号检测结果的录制和回放功能。

指定频点上的无线信号强度时变信息通过如图5所示的图形用户接口之指定频点的无线信号强度时变图显示。在图5所示的时变图中，横坐标是时间，其坐标值表示的是相应无线信号强度数据采样时刻距当前时刻有多长时间；纵坐标标示的是无线信号强度。用户可以指定要监测的无线信号频点。图5中的无线信号强度时变波形线通过拟合相邻时刻采样获得的无线信号强度生成。

本发明的无线信号检测装置中，某频段上的无线信号强度分布即时信息和历史信息主要通过无线信号分布图(如图6所示)、无线信号强度统计图(如图7所示)和在各时间段的无线信号强度分布图(如图8所示)实现直观的形象化展示。

本发明的无线信号检测装置中，如图6所示的无线信号分布图的横坐标为频率，纵坐标为无线信号强度。无线信号分布图用于显示各频点的当前无线信号强度、历史最大无线信号强度、无线信号强度均值和最近一段时间内的无线信号强度均值等，这四种类型的信息分别用不同颜色的曲线表示。此外，还提供了标签圆环，用户可以通过设置或拖动标签圆环来更好地观测某个频点上的无线信号强度变化。

本发明的无线信号检测装置中，如图7所示的无线信号强度统计图的横坐标为频率，纵坐标为无线信号强度。无线信号强度统计图显示了各个频点上各种强度的无线信号的出现频度。各种强度的无线信号的出现频度用不同颜色的色块标示。

本发明的无线信号检测装置中，如图8所示的各时间段的无线信号强度分布图的横坐标为频率；纵坐标为时间，0表示当前时间，数字越大，表示离当前时刻越长。该图用于显示最近一个时段内各个频点的无线信号强度变化信息。无线信号强度信息用不同颜色的色块标示。通过不停更新不同时段的无线信号强度信息，展示出无线信号强度变化。

本发明的无线信号检测装置中，提供了无线信号强度数据的记录和回放功能，方便用户进行信号分析和监测。

Claims (1)

1.一种无线信号检测装置，其特征在于由具有USB接口的无线信号检测硬件和运行在PC机上的应用软件两部分构成；其中，无线信号检测硬件由USB接口电路、微控制器、三个ISM频段的无线信号检测电路以及选择电路构成；微控制器通过串行外设接口SPI总线连接无线信号检测电路，用三个不同的输入输出端口分别连接三个无线信号检测电路的片选使能端口，微控制器根据指令要求选择使能正确的无线信号检测电路；微控制器的USB通信端口连接USB接口电路；PC机上运行的应用软件由USB接口数据/指令读写模块、数据处理模块和图形用户接口模块构成；其中，图形用户接口模块提供用户指令的接收和无线信号强度采样数据的图形化显示功能，数据处理模块主要负责将下层传上来的采样到的无线信号强度数据进行整理和处理，以方便无线信号强度采样数据的图形化显示和向用户提供更丰富的信息；USB接口数据/指令读写模块主要负责和无线信号检测硬件的数据指令通信。

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