遠(yuǎn)程控制信號源裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中國電子科技集團(tuán)公司第三十九研究所 樊 斌

遠(yuǎn)程控制信號源裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中國電子科技集團(tuán)公司第三十九研究所 樊 斌

根據(jù)工程應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)出了一種可以遠(yuǎn)程設(shè)置信號源頻率、功率以及開關(guān)射頻輸出的裝置，并可以切換信標(biāo)喇叭輸出的極化。該裝置首先接收手機(jī)短信，然后依據(jù)短信的指令內(nèi)容，基于SCPI標(biāo)準(zhǔn)指令去控制信號源，通過I/O口去控制極化開關(guān)。

遠(yuǎn)程設(shè)置；STM32控制板；SCPI標(biāo)準(zhǔn)指令

引言

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，經(jīng)常需要通過信標(biāo)塔發(fā)射射頻信號進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。發(fā)射信號時(shí)，一般需要專人隨著需求不斷手動(dòng)改變信號源的參數(shù)等。本文由此設(shè)計(jì)出一種裝置，可通過接收手機(jī)短信，并基于SCPI指令控制信號源。該裝置的主要特點(diǎn)就是，沒有距離限制，只要手機(jī)可以收到短信,就可以遠(yuǎn)程改變信號源的頻率、功率以及信標(biāo)喇叭的極化等，而且無需專人值守。

1.SCPI簡介

SCPI(Standard Command for Program mable Instrument)是可程控儀器標(biāo)準(zhǔn)命令的縮寫，是一種建立在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)IEEE 488.1和IEEE 488.2基礎(chǔ)上，并遵循了IEEE754標(biāo)準(zhǔn)中浮點(diǎn)運(yùn)算規(guī)則、ISO646信息交換7位編碼符號等多種標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化儀器編程語言。它規(guī)定了在控制器到儀器和儀器到控制器之間信息交換層消息的內(nèi)容和構(gòu)造，從而以一種標(biāo)準(zhǔn)的方式來描述各種各樣的儀器功能，其目的在于減少自動(dòng)測試設(shè)備的程序開發(fā)時(shí)間，為自動(dòng)測量的實(shí)現(xiàn)提供了便利。[1]

SCPI的主要貢獻(xiàn)：實(shí)現(xiàn)了測量儀器橫向和縱向的兼容，所謂橫向兼容是指通過同樣的SCPI 命令可以實(shí)現(xiàn)不同廠家的測量儀器的相同的測量；而縱向兼容是指統(tǒng)一測量儀器的高低版本，在實(shí)現(xiàn)同一測量功能上使用的命令應(yīng)該是相同的。SCPI的總的目標(biāo)，是希望能夠盡量節(jié)省開發(fā)自動(dòng)測量設(shè)備相關(guān)程序的時(shí)間，提高設(shè)備制造商和使用方在軟硬件投資上的回報(bào)率。

SCPI的語句以ASCII文本的方式存在，因此可以被任何計(jì)算機(jī)測試編程語言所調(diào)用。其次，SCPI可以與IEEE488.1（包括GPIB）、VXI總線、RS-232C、LXI總線等控制器或儀器接口一起使用。而且它具有很好的功能方面的兼容性，可以使用同樣的指令和參數(shù)來控制具有相同功能的不同儀器，這樣可以保證設(shè)計(jì)出的軟件具有可重復(fù)使用性。

2.整體設(shè)計(jì)框架及各模塊設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)框架

遠(yuǎn)程控制信號源裝置由手機(jī)短信收發(fā)模塊、STM32控制板和極化開關(guān)組成。手機(jī)短信收發(fā)模塊通過短信接收控制指令，STM32控制板根據(jù)此指令去設(shè)置信號源的頻率和功率，并通過控制極化開關(guān)可切換信標(biāo)的極化方式。該裝置最多可以同時(shí)設(shè)置五臺信號源的參數(shù)。

圖1 遠(yuǎn)程控制信號源裝置整體框圖

2.2 手機(jī)短信收發(fā)模塊設(shè)計(jì)

手機(jī)短信收發(fā)模塊，采用SIM900A芯片，帶收發(fā)天線，通過串口和STM32控制板進(jìn)行通信，并具有1200kbps至115200kbps波特率自適應(yīng)功能。STM32控制板通過串口傳輸AT命令給手機(jī)短信收發(fā)模塊，從而讀取短信和發(fā)送短信，完成信號源參數(shù)設(shè)置的命令接收與狀態(tài)返回。

模塊加電后，首先STM32控制板發(fā)送AT指令，將SIM900A模塊和STM32控制板的波特率進(jìn)行同步。 發(fā)送AT這條指令，SIM900A模塊返回OK，說明此條指令執(zhí)行正確，同時(shí)說明STM32控制板和模塊通信正常。發(fā)送查詢信號強(qiáng)度指令，模塊返回值在0—31之間，越大代表信號越強(qiáng)，0代表無信號，一般此數(shù)要達(dá)到10以上。發(fā)送查詢模塊是否檢測到手機(jī)卡指令，READY說明模塊檢測到了手機(jī)卡，如果返回ERROR，說明模塊沒有檢測到手機(jī)卡。發(fā)送查詢模塊是否注冊到網(wǎng)絡(luò)指令。當(dāng)模塊執(zhí)行完以上指令并滿足要求時(shí)，我們才可以操作模塊執(zhí)行收發(fā)短信等功能。

手機(jī)短信收發(fā)模塊硬件實(shí)現(xiàn)電路板如圖2所示。

圖2 手機(jī)短信收發(fā)模塊電路板圖

2.3 S T M3 2控制板軟硬件設(shè)計(jì)

STM32控制板是遠(yuǎn)程控制信號源裝置的控制中心，它采用STM32F103ZET6芯片，此款芯片具有5個(gè)串口，這是本文選用它的主要目的，可實(shí)現(xiàn)對多臺儀器的同時(shí)控制。用C語言對STM32控制板進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)，程序識別出收到的手機(jī)短信內(nèi)容指令，并轉(zhuǎn)換為信號源可以識別的SCPI標(biāo)準(zhǔn)指令，通過STM32的UART口向信號源的RS232口發(fā)送，最終實(shí)現(xiàn)對信號源參數(shù)的控制。

圖3 S C P I通用程控儀器模型

SCPI采用通用程控儀器模型，如圖3所示，命令按通用模型的框圖去控制儀器，而不 按特定儀器的硬件框圖去控制儀器，這是SCPI的重要概念，由此得出的命令才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化。圖中每個(gè)方框相當(dāng)SCPI的一個(gè)子系統(tǒng)。本裝置設(shè)計(jì)中只用到圖3模型的信號產(chǎn)生部分。[2]

SCPI采用的是一套樹狀分層結(jié)構(gòu)的命令集，如圖4所示，通常由三部分構(gòu)成：關(guān)鍵字、參數(shù)形式和注釋，SCPI命令樹分為多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)由一個(gè)根命令和一個(gè)或數(shù)個(gè)層次命令構(gòu)成。

圖4 S C P I命令樹

圖5 S T M3 2控制電路板

在本裝置軟件程序設(shè)計(jì)中主要用到以下幾種命令：

*RST這條指令復(fù)位所有參數(shù)的出廠設(shè)置；

[∶SOURce]子系統(tǒng)命令用于控制頻率，功率電平和RF輸出信號的調(diào)制；

[∶OUTPut] 子系統(tǒng)命令用來開啟/關(guān)閉射頻輸出等。

STM32控制板硬件如圖5所示。

3.性能測試

選擇型號為AV1443矢量信號發(fā)生器作為目標(biāo)遠(yuǎn)控儀器，對遠(yuǎn)程控制信號源裝置進(jìn)行驗(yàn)證測試，可以實(shí)現(xiàn)通過手機(jī)短信遠(yuǎn)程對AV1443矢量信號發(fā)生器的頻率和功率設(shè)置、開關(guān)射頻以及復(fù)位等功能。

4.結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種裝置，通過最終驗(yàn)證測試，該裝置可以通過接收手機(jī)短信指令，并基于SCPI指令對信號源進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。該裝置可以應(yīng)用于無人值守的信標(biāo)塔等，也可擴(kuò)展到對除信號源外其它儀器的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用。

[1]李錦林．SCPI-程控儀器標(biāo)準(zhǔn)命令[J]．應(yīng)用天地,2009,28(4)：65-69．

[2]AV1443矢量信號發(fā)生器技術(shù)資料．25-28．

The design and implementation of a device to remote control signal source

FAN Bin

According to the project application requirements, a device is designed to remotely set frequency and power of the signal source. It also can turn on or turn off the RF output of the signal source, switch the output polarization of signal speaker. The device fi rst receives the SMS, and then according to the contents of the message instructions, based on SCPI standard instructions to control the signal source, through the I / O port to control the polarization switch.

Remote Settings; STM32 control board; SCPI standard instructions

樊斌（1979－），男，陜西西安人，碩士，畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)，工程師，研究方向：通信工程。