CN217240701U - 一种用于微信号检测及解调的无线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于微信号检测及解调的无线装置，包括信号采集系统和信号调制系统；信号采集系统包括依次电连接的传感器、第一滤波器、第一放大器、调制器、第二滤波器、第二放大器和发射天线；信号调制系统包括依次电连接的接收天线、第三放大器、第三滤波器、第四放大器、解调器、第四滤波器、第二模数转换器和单片微型计算机；第一放大器和第四放大器为运算放大器，第二放大器为功率放大器，第三放大器为低噪声放大器，单片微型计算机中设置处理器、寄存器和通讯模块。本实用新型利用成熟的电子技术设计微弱信号无线传输产品，制造容易，成本低廉，采集效率高，监控方便，便于使用。

Description

一种用于微信号检测及解调的无线装置

技术领域

本实用新型涉及传输技术领域，具体涉及一种用于微信号检测及解调的无线装置。

背景技术

一般微弱信号检测：一是降低传感器与放大器的固有噪声，尽量提高其信噪比；二是研制适合微弱检测原理并能满足特殊需要的器件(如锁相放大器)；三是利用微弱信号检测技术，通过各种手段提取信号，锁相放大器由于具有中心频率稳定，通频带窄，品质因数高等优点得到广泛应用。常用的模拟锁相放大器虽然速度快，但是参数稳定性和灵活性差，而且在与微处理器通信时需要转换电路；传统数字锁相放大器一般使用高速ADC对信号进行高速采样，然后使用比较复杂的算法进行锁相运算，这对微处理器的速度要求很高。

发明内容

本实用新型是为了解决微信号检测传输问题，提供一种用于微信号检测及解调的无线装置，首先通过传感器，采集微弱信号，然后通过滤波器、第一放大器，再通过调制器作模拟调制后经过滤波器通过功放至天线，接收机天线接收传感器的调制信号，通过第三放大器、滤波器、放大器，再通过解调器、滤波器、AD转化后传输至给MCU，通过MCU计算把微弱信号通过蓝牙传输给手机APP、存储到flash或通过LCD显示。本实用新型是模拟和数字处理方法的有机结合，采样率不高，电路更加简单。

本实用新型提供一种用于微信号检测及解调的无线装置，包括信号采集系统和信号调制系统；

信号采集系统包括依次电连接的传感器、第一滤波器、第一放大器、调制器、第二滤波器、第二放大器和发射天线；

信号调制系统包括依次电连接的接收天线、第三放大器、第三滤波器、第四放大器、解调器、第四滤波器、模数转换器和单片微型计算机；

第一放大器和第四放大器均为运算放大器，调制器为数字调制器，解调器为数字解调器，第二放大器为功率放大器，第三放大器为低噪声放大器。

本实用新型所述的一种用于微信号检测及解调的无线装置，作为优选方式，信号调制系统还包括与所述模数转换器的输出端相连的单片微型计算机，单片微型计算机中设置处理器、寄存器和通讯模块。

本实用新型所述的一种用于微信号检测及解调的无线装置，作为优选方式，信号采集系统用于采集微信号并进行滤波、放大、模数转换、数字调制、再次滤波、再次放大后发射至空间。

本实用新型所述的一种用于微信号检测及解调的无线装置，作为优选方式，信号调制系统用于接收信号采集系统发射的信号并进行放大、滤波、再次放大、数字调制、再次滤波、模数转换后传输至单片微型计算机。

本实用新型所述的一种用于微信号检测及解调的无线装置，作为优选方式，单片微型计算机用于存储信号。

本实用新型的原理为：首先传感器采集微弱信号，然后通过滤波器、第一放大器，再通过调制器作模拟调制后经过滤波器通过功放至天线，接收机天线接收传感器的调制信号，通过第三放大器、滤波器、放大器，再通过解调器、滤波器、AD转化后传输至给单片微型计算机MCU。

有用的微弱信号的幅度相对于噪声更微弱，信噪比为10^(-2)或者更小，信号完全淹没在噪声之中。有用信号的绝对值很小，一般为uv、nV乃至pV量级的电压信号。

常见的微弱信号有：

①生物学中细胞发光特性、光合作用、生物电；

②天文学中的星体光谱；

③化学反映中的物质生成过程；

④物理学中表面物理特性；

⑤光学中的拉曼光谱、光声光谱、脉冲瞬态光谱；

⑥微机电系统(MEMS)的微位移、微力、微电流、电压等；

微弱信号的检测是为了提高输出信号的信噪比，检测被噪声淹没的微弱有用信号。隔离噪声源，降低传感器噪声。

微弱信号的物理量：

物理量	检测灵敏度
		电流	1×10^-7A
电压	1×10^-12V
		电阻	1×10^-10Ω
电容	1×10^-7F
		电荷	1×10^-7C
温差	1×10^-6℃

检测微弱信号的方法有：1.窄带滤波法2.同步累积法3.同步相干检测4.取样积分等方法。

1.窄带滤波法：

设计出发点：噪声功率谱密度比较宽，信号功率谱密度比较窄。

工作原理：用一个窄的带通滤波器，将有用信号的功率提取出来；由于窄带滤波器只让噪声功率的很小一部分通过，而滤掉了大部分的噪声功率，所以输出信噪比能得到很大改善。

特点：滤波器带宽B越窄，信噪比提高越好；

缺点：带宽B与f0、Q有关，B很窄的滤波器无法实现。无法检测深埋在噪声中的信号，只适用于对噪声特性要求不高的场合。

2.同步累积法：

设计出发点：信号的重复性，噪声的随机性；

原理：重复n次测量，使信号同相地累积起来，而噪声确由于其随机性相互抵消，从而达到降噪目的。

结论：n越大，信噪比的改善越明显，但测量时间也越长。

可根据输入信噪比的大小和对输出信噪比的要求，决定所需的测量次数n。(举例)

3.同步相干检测：

①自相关检测：

基本原理：利用信号周期性和噪声随机性的特点，通过自相关或互相关运算，达到去除噪声的目的,是从强噪声中提取弱信号的重要手段。

②互相关检测：

基本原理：若已知发送信号的重复周期或频率，就可在接收端发出一个与发送信号周期相同的“干净的”重复周期信号，称为本地信号，将它与混有噪声的输入信号进行互相关，即可除去噪声的影响，提高电路的抗干扰能力。

4.取样积分法：

方法：利用取样积分器(也称信号平均器)，将待测的重复信号逐点多次取样平均并进行同步累积，从而达到从噪声中恢复信号波形的仪器设备。

应用：检测某一复杂的宽带周期信号的波形

分类：

①单点信号平均器：对信号每周取样并积分一次，经过多次取样积分得到该信号的波形或特定点的幅值。采用变换取样的工作方式。又叫单点取样积分器或Boxcar积分器，

②多点信号平均器：在信号的每个周期内，对信号进行多点取样和平均，经过多次取样和平均获得整个被测信号的波形，它采用实时取样的工作方式。类似于同步累积法。

常见电子噪声

(微弱信号检测中需要处理的绝大多数是随机噪声)。

本实用新型提出的锁相检测电路是模拟和数字处理方法的有机结合，这种电路将待测信号和参考信号相乘的结果通过高精度型ADC采样。采样率不高，因此对处理器的运算能力和速度要求不高，电路更加简单。

微弱信号作为基带，对微弱信号仅进行调制，然后通过无线传输给接收机进行解调。

本实用新型的工作原理为：首先通过传感器，采集微弱信号，然后，通过滤波器，再通过运算放大器，通过调制器作调制，再经过滤波器然后通过功放至天线。

接收机天线接收传感器的调制信号，然后通过低噪声放大器，在经过滤波器、放大器，通过解调器，进行数字解调，再经过滤波器，再作AD转化后给单片微型计算机MCU。

具体过程如下：

①检测微弱信号：利用传感器将微弱信号的特征转化为电压，随时间的变化，传感器进行周期性的测量以实现周期信号的采样。

②微弱信号的滤波：滤波器同时采用同步累计法和窄带滤波法，利用快速傅里叶变换得到频谱图，通过对信号的累积消除随机的白噪声，并叠加突出周期信号，测得单个周期信号所处的位置进行滤波，得到周期信号的微弱信号。

③微弱信号的放大：第一放大器将周期性的微弱信号进行放大。该前置放大电路将微弱信号进行初级放大和阻抗匹配。

④微弱信号的调制：调制器将放大后的微弱信号在频域上通过积分器与正弦信号的频域卷积，使其在频域上获得更高的频率便于天线的发送。

⑤对调制后信号的滤波：滤波器通过带通滤波滤去放大后的杂波。

⑥对发送信号的运算放大：功放通过后级放大电路输出具有较高信噪比的待检测信号。

⑦天线对信号进行远距离传输:

⑧接收机接收远距离传输的信号：

⑨第三放大器、第三滤波器、第四放大器、解调器、第四滤波器、模数转换器和单片微型计算机对信号进行放大，滤波，解调等处理后进行模数转换器将信号转换为数字信号。

利用调频电路将所得电流信号的频率调制到高频，获得高频电流。

电路输出的信号以高频电流的形式传输至天线。将信号以无线电波的形式发射到自由空间中，接收天线接收到的自由空间波并将其转换为高频电流。

将接受天线所接收到的电流信号进行放大、滤波后，对信号解调，由于在频域上解调后，合成的信号要小于原信号，因此通过放大器将信号进行放大得到检测信号。

本实用新型具有以下优点：

(1)利用成熟的电子技术设计微弱信号无线传输产品，制造容易，成本低廉。

(2)采集效率高，监控方便，便于使用。

附图说明

图1为一种用于微信号检测及解调的无线装置信号采集系统示意图；

图2为一种用于微信号检测及解调的无线装置信号调制系统示意图。

附图标记：

1、信号采集系统；11、传感器；12、第一滤波器；13、第一放大器；14、调制器；15、第二滤波器；16、第二放大器；17、发射天线；2、信号调制系统；21、接收天线；22、第三放大器；23、第三滤波器；24、第四放大器；25、解调器；26、第四滤波器；27、模数转换器；28、单片微型计算机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1-2所示，一种用于微信号检测及解调的无线装置，包括信号采集系统1和信号调制系统2；

信号采集系统1包括依次电连接的传感器11、第一滤波器12、第一放大器13、调制器14、第二滤波器15、第二放大器16和发射天线17；

信号调制系统2包括依次电连接的接收天线21、第三放大器22、第三滤波器23、第四放大器24、解调器25、第四滤波器26模数转换器27；

第一放大器13和第四放大器24均为运算放大器，调制器为数字调制器，解调器为数字解调器，第二放大器16为功率放大器，第三放大器为低噪声放大器；

前置放大器采用高精度仪表放大器INA828，令其放大约52dB；滤波器主要采用凌力尔特公司的LTC1562型滤波器。设定参数为中心频率30kHz，通带4kHz，阻带20kHz，阻带衰减为40dB，后级放大器主要采用AD797来进行设计，增益约为36dB；采用信号分析仪35670A进行测试。

测试：

输入频率为30kHz正弦连续信号，幅度为2μVpp，得到信号理论值为-123dB，放大后信号频谱幅度值约为-33dB，得到的系统增益约为90dB。

输入为脉宽10ms、幅度16μVpp、频率30kHz的正弦信号，理论值应为0.506V(放大90dB)。

实施例2

如图1-2所示，一种用于微信号检测及解调的无线装置，包括信号采集系统1信号调制系统2；

信号采集系统1包括依次电连接的传感器11、第一滤波器12、第一放大器13、调制器14、第二滤波器15、第二放大器16和发射天线17；

信号调制系统2包括依次电连接的接收天线21、第三放大器22、第三滤波器23、第四放大器24、解调器25、第四滤波器26、模数转换器27和单片微型计算机28；

第一放大器13和第四放大器24均为运算放大器，第二放大器16为功率放大器，第三放大器为低噪声放大器；

单片微型计算机28中设置处理器、寄存器和通讯模块；

信号采集系统1用于采集微信号并进行滤波、放大、模数转换、数字调制、再次滤波、再次放大后发射至空间；

信号调制系统2用于接收信号采集系统1发射的信号并进行放大、滤波、再次放大、数字调制、再次滤波、模数转换后传输至单片微型计算机28；

单片微型计算机28用于将接收的信号通过通讯模块传输至终端；

单片微型计算机28用于存储信号。

第一放大器13放大约52dB；第一滤波器12、第三滤波器23主要采用凌力尔特公司的LTC1562型滤波器。设定参数为中心频率30kHz，通带4kHz，阻带20kHz，阻带衰减为40dB，第四放大器24主要采用AD797来进行设计，增益约为36dB；采用信号分析仪35670A进行测试。

测试：

输入频率为30kHz正弦连续信号，幅度为2μVpp，得到信号理论值为-123dB，放大后信号频谱幅度值约为-33dB，得到的系统增益约为90dB。

输入为脉宽10ms、幅度16μVpp、频率30kHz的正弦信号，理论值应为0.506V(放大90dB)。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于微信号检测及解调的无线装置，其特征在于：包括信号采集系统(1)和信号调制系统(2)；

所述信号采集系统(1)包括依次电连接的传感器(11)、第一滤波器(12)、第一放大器(13)、调制器(14)、第二滤波器(15)、第二放大器(16)和发射天线(17)；

所述信号调制系统(2)包括依次电连接的接收天线(21)、第三放大器(22)、第三滤波器(23)、第四放大器(24)、解调器(25)、第四滤波器(26)、模数转换器(27)；

所述第一放大器(13)和所述第四放大器(24)均为运算放大器，所述第二放大器(16)为功率放大器，所述第三放大器(22)为低噪声放大器。

2.根据权利要求1所述的一种用于微信号检测及解调的无线装置，其特征在于：所述信号调制系统(2)还包括与所述模数转换器(27)的输出端相连的单片微型计算机(28)，所述单片微型计算机(28)中设置处理器、寄存器和通讯模块。

3.根据权利要求1所述的一种用于微信号检测及解调的无线装置，其特征在于：所述信号采集系统(1)用于采集微信号并进行滤波、放大、模数转换、数字调制、再次滤波、再次放大后发射至空间。

4.根据权利要求2所述的一种用于微信号检测及解调的无线装置，其特征在于：所述信号调制系统(2)用于接收信号采集系统发射的信号并进行放大、滤波、再次放大、数字调制、再次滤波、模数转换后传输至单片微型计算机(28)。

5.根据权利要求4所述的一种用于微信号检测及解调的无线装置，其特征在于：所述单片微型计算机(28)用于存储信号。

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