CN106788808A - 一种无线信号质量检测仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线信号质量检测仪，包括射频模块、主控模块、接口模块和供电模块，所述射频模块用于收发无线信号，将无线信号进行差分放大处理并发送给主控模块；所述主控模块接收无线信号并分处理得到无线信号频率强度；接口模块用于传输无线信号检测结果，所述供电模块分别对射频模块、主控模块和接口模块供电。通过射频模块接收无线信号并经过差分放大处理传输到主控模块，主控模块将对无线信号进行处理，存储当前频率无线信号的强度，并将当前无线信号强度通过接口模块发送给上位机。实时检测无线信号强度，检测信号灵敏度高，准确性高。

Description

一种无线信号质量检测仪及方法

技术领域

本发明涉及一种无线信号检测设备技术领域，特别涉及一种无线信号质量检测仪及方法。

背景技术

无线网络采用无线通信技术实现的网络，主要是以空气作为传输介质，依靠电磁波和红外线等作为载体来传输所需要的数据的。网络刚发展起来阶段由于技术和费用的原因主要以有线网络为主，通过电缆、双绞线、光纤连接。数据信息通过一对一连接的线来互相传输，一旦彼此连接的线路出现问题，就无法使用网络，使用不方便。随着有线网络的逐渐使用，有线网络的缺点日益显现出来，其中最突出的缺点是不便利，使用起来不方便，不灵活。只要你需要使用网络就必须得有线连接才能连接上网络，给网络的使用带来了困扰。为了解决有线网络的这个缺点，随着科技的发展，无线网络日益进入了人们的视线，并且正在逐步取代有线网络从而进入人们的生活、学习、工作中。无线网络采用无线通信技术，人们可以在无线网络覆盖的任何地方任意的使用网络，不需要一对一线的连接才能使用，极大的方便了现实生活。比如手机无线上网，平板电脑连接无线上网，包括最新热门产品智能穿戴设备，谷歌眼镜，苹果手表，小米手环等都可以随心所欲的加入到无线网络中，来实现数据的方便快速的传输，省去了线的繁琐的连接，更加便利化。可以看出，无线网络越来越贴近人们的生活，满足人们便利的需求，丰富了人们的生活，因此，社会生活越来越离不开无线网络。但是，无线网络存在信号不稳定、信号质量不好等问题影响人们正常使用网络。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题之一在于提供一种无线信号质量检测仪，能实时检测无线信号的强弱，灵敏度高，准确性高。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明提供了一种无线信号质量检测仪，包括射频模块、主控模块、接口模块和供电模块，所述射频模块用于收发无线信号，将无线信号进行差分放大处理并发送给主控模块；所述主控模块接收无线信号并分处理得到无线信号频率强度；接口模块用于传输无线信号检测结果，所述供电模块分别对射频模块、主控模块和接口模块供电。

进一步，射频模块包括无线信号收发端、巴伦电路、射频芯片和射频芯片的外围电路，所述无线信号收发端、巴伦电路和射频芯片顺次连接，所述射频芯片的外围电路与射频芯片连接。

进一步，主控模块包括主控芯片、晶振电路和主控芯片的外围电路，所述晶振电路和主控芯片的外围电路分别与主控芯片连接。

进一步，所述主控模块的具体的工作步骤包括：S1：初始化主控模块的外围电路和射频模块；

S2：检查初始化是否成功，如果是，则执行S3，如果否，则返回执行S1；

S3：所述射频模块开始接收待检测无线信号并将所述待检测无线信号发送到主控模块；

S4：所述主控模块分析处理无线信号得到所述无线信号强度并存储所述无线信号强度；

S5：主控模块将所述信号强度发送到上位机。

进一步，还包括S6：主控模块设置下一个信道号，检测所述下一个信道号是否等于最大信道号数，如果是，则执行信道号置0，如果否，则返回S4。

进一步，所述供电模块包括电压转换芯片、第一瞬态电压抑制二极管、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容，所述电压转换芯片的电压输入端分别与USB电压输入端、第一瞬态电压抑制二极管的一端、第四电容和第五电容的一端连接，所述电压转换芯片的电压输出端分别与第六电容一端、第七电容一端和电源连接，所述第一瞬态电压抑制二极管、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容的另一端分别与电压转换芯片的接地引脚连接并接地。

进一步，所述巴伦电路包括第一电容、第二电容、第一电感、第二电感和第三电容，所述第一电容的一端与无线信号收发端连接，另一端分别与第二电容的一端和第一电感的一端连接，所述第二电容的另一端分别与第二电感的一端和射频芯片的RXN引脚连接，所述第一电感的另一端分别与第三电容的一端、第二电感的另一端和射频芯片的RXP引脚连接，所述第三电容的另一端与防干扰电路连接。

进一步，所述防干扰电路包括并联的第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第七电感，其中，所述第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第七电感的共同连接的一端接地，所述第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第七电感共同连接的另一端分别与第三电容连接。

进一步，所述接口电路采用TUSB3410串口转换芯片，TUSB3410串口转换芯片分别与供电模块和主控模块连接。

本发明还包括无线信号质量检测方法，具体包括以下步骤：S1：初始化射频模块和主控模块的外围电路；

S2：检查初始化是否成功，初始化成功则继续执行S3，初始化不成功则返回S1；

S3：射频模块开始接收待检测无线信号并将待检测信号发送到主控模块；

S4：主控模块分析处理得到所述无线信号的强度并存储所述无线信号强度；

S5：设置下一个信道号，检测所述信道号的信号强度；

S6：检测所述S5的信道号是否等于最大信道数，如果是，执行S7，如果否，执行S4；

S7：信道号赋值0，返回S4。

本发明的有益效果：

本发明的无线信号质量检测仪，通过射频模块接收无线信号并经过差分放大处理传输到主控模块，主控模块将对无线信号进行处理，存储当前频率无线信号的强度，并将当前无线信号强度通过接口模块发送给上位机。实时检测无线信号强度，检测信号灵敏度高，准确性高。

本发明的无线信号质量检测方法，能实时检测无线信号强度，检测信号灵敏度高，准确性高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明一实施例的原理图。

图2为本发明一实施例的射频模块原理图。

图3为本发明一实施例的射频模块电路图。

图4本发明一实施例的主控模块原理图。

图5为本发明一实施例的主控模块电路图。

图6本发明一实施例的供电模块电路图。

图7本发明一实施例的接口模块电路图。

图8本发明主控模块工作流程图。

图9为本发明另一实施例的工作流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示：本发明的无线信号质量检测仪，包括射频模块、主控模块、接口模块和供电模块，所述射频模块用于收发无线信号，将无线信号进行差分放大处理并发送给主控模块；所述主控模块接收无线信号并分处理得到无线信号频率强度；接口模块用于传输无线信号检测结果，所述供电模块分别对射频模块、主控模块和接口模块供电。通过射频模块接收无线信号并经过差分放大处理传输到主控模块，主控模块将对无线信号进行处理，存储当前频率无线信号的强度，并将当前无线信号强度通过接口模块发送给上位机。

如图2，3所示，射频模块包括无线信号收发端、巴伦电路、射频芯片和射频芯片的外围电路，所述无线信号收发端、巴伦电路和射频芯片顺次连接，所述射频芯片的外围电路与射频芯片连接。无线信号收发端为天线，采用天线收发无线信号，信号经过巴伦电路实现单端信号到差分信号的转换，再传送到射频芯片的低噪声放大器进行放大处理。巴伦电路将天线接收的单端信号转换为差分信号，实现信号相位图的幅度完全相等并且相位完全相反，从而优化了低噪声放大器转换增益和接收灵敏度，提高了射频模块接收无线信号的灵敏度和准确性。

射频芯片采用Si4463，Si4463是高性能，低电流收发器，可以覆盖从119至1050MHZ频段，包括最优的相位噪声、阻塞以及窄带选择性应用，与12.5Khz信道间隔60分贝的相邻的选择性信道，确保了在恶劣的电磁干扰的环境在接收无误。Si4463内部集成了射频收发电路，内部包括低噪声放大器和功率放大器，引脚RXN和RXP与巴伦电路的输出端连接，实现射频差分信号的接收，功率放大器的引脚连接射频网络的发射路径。时钟电路采用30MHz晶体振荡器作为时钟源。Si4463对于晶体振荡器的误差要求在20ppm以下，否则射频信号输出时会产生严重的频率偏移，影响无线模块的通信质量。采用30MHz的晶体振荡器产生的频率稳定度高，确保射频模块输出信号的稳定性。

巴伦电路包括第一电容、第二电容、第一电感、第二电感和第三电容，所述第一电容的一端与无线信号收发端连接，另一端分别与第二电容的一端和第一电感的一端连接，所述第二电容的另一端分别与第二电感的一端和射频芯片的RXN引脚连接，所述第一电感的另一端分别与第三电容的一端、第二电感的另一端和射频芯片的RXP引脚连接，所述第三电容的另一端与防干扰电路连接。

为了防止高频电磁干扰信号，射频模块的每部分均与防干扰电路连接。防干扰电路包括并联的第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第七电感，其中，所述第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第七电感的共同连接的一端接地，所述第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第七电感共同连接的另一端分别与第三电容和时钟电路连接。

如图4,5所示，主控模块包括主控芯片、晶振电路和主控芯片的外围电路，所述晶振电路和主控芯片的外围电路分别与主控芯片连接。主控芯片采用STM32F203RBT6，主控模块是检测仪的核心部件，主控模块是决定检测仪是否能正常工作。晶振电路采用的是两个外部晶振为系统提供稳定的时钟源，一个为32.768KHz的外部低速时钟源，另一个为8MHz的高速外部时钟源。高速时钟源可为系统提供准确的主时钟(外接22PF的负载电容，其作用是为了稳定振荡频率)，低速外部时钟源的作用是在低功耗的模式下提供精准的时钟源(同样外接10PF负载电容)。外围电路：PA9和PA10引脚外接串口，实现外部电路与主控模块之间的串口通信。主控模块和射频模块通过SPI进行通信，具体通过PA4、PA5、PA6、PA7这4个引脚实现STM32F103RBT6与Si4463之间的通信。

如图6所示，供电模块采用USBmini供电，供电模块包括电压转换芯片、第一瞬态电压抑制二极管、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容，所述电压转换芯片的电压输入端分别与USB电压输入端、第一瞬态电压抑制二极管的一端、第四电容和第五电容的一端连接，所述电压转换芯片的电压输出端分别与第六电容一端、第七电容一端和电源连接，所述第一瞬态电压抑制二极管、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容的另一端分别与电压转换芯片的接地引脚连接并接地。电压转换芯片型号为AMS1117-3.3。将5V供电电压转换成3.3V电压，该芯片内部集成了过热保护和限流电路，该供电模块中还包含瞬变电压抑制二极管TVS来保护电路和稳定电压，为检测仪提供稳定安全的电压。

接口模块采用串口转换电路，如图7所示，串口转换电路采用TUSB3410串口转换芯片，将供电处USB转换成串口与上位机进行通信，不需要额外的串口硬件和串口设计。TUSB3410在一个USB端口和一个增强型UART串行端口之间提供了一个桥梁。TUSB3410包含所有使用USB总线的上位机进行通信的必要的逻辑。它包含一个8052微控制器单元，该微控制单元带有一个含有16字节的ARM，可从上位机或从外部板上的存储器由I2C总线加载。TUSB3410还包含10K字节的ROM，该ROM允许微控制单元在启动时配置USB端口，ROM代码中还包含一个I2C引导加载程序。所有的设备功能，如USB解码指令，UART设置和错误报告，是在PC上位机的控制下，被内置的MCU固件管理的。TUSB3410可以被用来在一个普通的串行外围设备和带有USB端口的电脑之间建立一个接口。一旦配置成功，数据将从上位机通过USB输出命令流向TUSB3410，然后再从TUSB3410SOUT引脚流出。相反的，数据进入TUSB3410的SIN引脚，然后数据通过USB输入命令进入到上位机中。

如图8所示，主控模块具体工作步骤包括：S1：初始化主控模块的外围电路和射频模块；

S2：检查初始化是否成功，如果是，则执行S3，如果否，则返回执行S1；

S3：射频模块开始接收待检测无线信号并将所述待检测无线信号发送到主控模块；

S4：主控模块分析处理无线信号得到无线信号的强度并存储该信号强度；

S5：主控模块将该信号强度将发送到上位机；

S6：主控模块设置下一信道号，检测该信道的信号强度；检测该信道号是否等于最大信道号数，如果是，则执行信道号置0，如果否，则返回S4。

初始化主控模块的外围电路的具体步骤包括：(1)关闭所有中断功能，配置系统时钟为72M，首先重置RCC设置，接下来使能外部高速晶振，等待高速晶振稳定，高速晶振稳定后设置高速总线AHB的时钟为系统时钟，接下来设置APB2时钟为高速总线时钟，这个值最大为72MHz，再设置APB1的时钟为高速时钟的二分频，这个值最大为36MHz，设置ADC外设时钟等于低速总线2时钟的六分频，这个值最大为14MHz，在利用锁相环将外部晶振8MHz晶振9倍频到72MHz，启动PLL，等待锁相环输出稳定，最后将锁相环输出设置为系统时钟，此时真正产生系统时钟，等待校验成功；(2)延时函数初始化；(3)设置NVIC中断且分组2：2位抢占优先级，2位响应优先级；(4)串口初始化为115200；(5)LED端口初始化；(6)系统Tick初始化；(7)SPI GPIO初始化；(8)SPI初始化；(9)RF GPIO初始化；(10)外部中断初始化。

主控模块外围电路初始化完成后，进行射频模块初始化，射频模块初始化具体为以下几步：(1)射频上电；(2)载入射频的配置；(3)获取射频中断状态/请求标志，并且如果需要就消除标志。射频初始化中，通过Silicon Labs公司提供的WDS3配置工具对射频芯片寄存器进行配置。按照需求可以设置需要操作的频段、调制方式、RF参数、数据包格式、中断、GPIO引脚、快速响应寄存器等等。配置完成后生成一个名为radio_config_Si4463.h的头文件，将此头文件加载到工程中编译通过后烧录到主控芯片中，主控模块通过SPI对射频芯片相关的寄存器进行写入就可以完成操作频段、额定功率以及数据传输率等相关参数的配置，进而可控制射频模块无线信号的收发。

本发明的无线信号质量检测仪，通过射频模块实时接收待检测无线信号，检测灵敏度高，检测数据准确。

如图9所示，本发明还提供一种无线信号质量检测方法，具体包括以下步骤：S1：初始化射频模块和主控模块中的外围电路；

S2：检查初始化是否成功，初始化成功则继续执行S3，初始化不成功则返回S1，

S3：射频模块开始接收待检测无线信号并将待检测无线信号发送到主控模块；

S4：主控模块接收到待检测无线信号并对该信号进行分析处理，得到无线信号强度，存储该信号强度；

S5：设置下一个信道，检测该信道的信号强度；

S6：检测该信道号是否等于最大信道数；如果是，执行S7，如果否，执行S4；

S7：信道号赋值0，返回S4。

初始化主控模块的外围设备的具体步骤包括：(1)关闭所有中断功能，配置系统时钟为72M，首先重置RCC设置，接下来使能外部高速晶振，等待高速晶振稳定，高速晶振稳定后设置高速总线AHB的时钟为系统时钟，接下来设置APB2时钟为高速总线时钟，这个值最大为72MHz，再设置APB1的时钟为高速时钟的二分频，这个值最大为36MHz，设置ADC外设时钟等于低速总线2时钟的六分频，这个值最大为14MHz，在利用锁相环将外部晶振8MHz晶振9倍频到72MHz，启动PLL，等待锁相环输出稳定，最后将锁相环输出设置为系统时钟，此时真正产生系统时钟，等待校验成功；(2)延时函数初始化；(3)设置NVIC中断且分组2：2位抢占优先级，2位响应优先级；(4)串口初始化为115200；(5)LED端口初始化；(6)系统Tick初始化；(7)SPI GPIO初始化；(8)SPI初始化；(9)RFGPIO初始化；(10)外部中断初始化。

主控模块外围电路初始化完成后，进行射频模块初始化，射频模块初始化具体为以下几步：(1)射频上电；(2)载入射频的配置；(3)获取射频中断状态/请求标志，并且如果需要就消除标志。射频初始化中，通过Silicon Labs公司提供的WDS3配置工具对射频芯片寄存器进行配置。按照需求可以设置需要操作的频段、调制方式、RF参数、数据包格式、中断、GPIO引脚、快速响应寄存器等等。配置完成后生成一个名为radio_config_Si4463.h的头文件，将此头文件加载到工程中编译通过后烧录到主控芯片中，主控模块通过SPI对射频芯片相关的寄存器进行写入就可以完成操作频段、额定功率以及数据传输率等相关参数的配置，进而可控制射频模块无线信号的收发。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种无线信号质量检测仪，其特征在于：包括射频模块、主控模块、接口模块和供电模块，所述射频模块用于收发无线信号，将无线信号进行差分放大处理并发送给主控模块；所述主控模块接收无线信号并分处理得到无线信号频率强度；接口模块用于传输无线信号检测结果，所述供电模块分别对射频模块、主控模块和接口模块供电。

2.如权利要求1所述的无线信号质量检测仪，其特征在于：所述射频模块包括无线信号收发端、巴伦电路、射频芯片和射频芯片的外围电路，所述无线信号收发端、巴伦电路和射频芯片顺次连接，所述射频芯片的外围电路与射频芯片连接。

3.如权利要求1所述的无线信号质量检测仪，其特征在于：所述主控模块包括主控芯片、晶振电路和主控芯片的外围电路，所述晶振电路和主控芯片的外围电路分别与主控芯片连接。

4.如权利要求1所述的无线信号质量检测仪，其特征在于：所述主控模块的具体的工作步骤包括：

S1：初始化主控模块的外围电路和射频模块；

S2：检查初始化是否成功，如果是，则执行S3，如果否，则返回执行S1；

S3：所述射频模块开始接收待检测无线信号并将所述待检测无线信号发送到主控模块；

S4：所述主控模块分析处理无线信号得到所述无线信号强度并存储所述无线信号强度；

S5：主控模块将所述信号强度发送到上位机。

5.如权利要求4所述的无线信号质量检测仪，其特征在于：还包括S6：主控模块设置下一个信道号，检测所述信道信号强度，检测所述信道号是否等于最大信道号数，如果是，则执行信道号置0，如果否，则返回S4。

6.如权利要求1所述的无线信号质量检测仪，其特征在于：所述供电模块包括电压转换芯片、第一瞬态电压抑制二极管、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容，所述电压转换芯片的电压输入端分别与USB电压输入端、第一瞬态电压抑制二极管的一端、第四电容和第五电容的一端连接，所述电压转换芯片的电压输出端分别与第六电容一端、第七电容一端和电源连接，所述第一瞬态电压抑制二极管、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容的另一端分别与电压转换芯片的接地引脚连接并接地。

7.如权利要求2所述的无线信号质量检测仪，其特征在于：所述巴伦电路包括第一电容、第二电容、第一电感、第二电感和第三电容，所述第一电容的一端与无线信号收发端连接，另一端分别与第二电容的一端和第一电感的一端连接，所述第二电容的另一端分别与第二电感的一端和射频芯片的RXN引脚连接，所述第一电感的另一端分别与第三电容的一端、第二电感的另一端和射频芯片的RXP引脚连接，所述第三电容的另一端与防干扰电路连接。

8.如权利要求7所述的无线信号质量检测仪，其特征在于：所述防干扰电路包括并联的第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第七电感，其中，所述电感的共同连接的一端接地，所述电感共同连接的另一端分别与第三电容连接。

9.如权利要求1所述的无线信号质量检测仪，其特征在于：所述接口电路采用TUSB3410串口转换芯片，TUSB3410串口转换芯片分别与供电模块和主控模块连接。

10.无线信号质量检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1：初始化射频模块和主控模块的外围电路；

S2：检查初始化是否成功，初始化成功则继续执行S3，初始化不成功则返回S1；

S3：射频模块开始接收待检测无线信号并将待检测信号发送到主控模块；

S4：主控模块分析处理得到所述无线信号的强度并存储所述无线信号强度；

S5：设置下一个信道号，检测所述信道号的信号强度；

S6：检测所述S5的信道号是否等于最大信道数，如果是，执行S7，如果否，执行S4；

S7：信道号赋值0，返回S4。