Nghiên cứu chế tạo thiết bị trạm tích hợp kênh điều khiển trên sóng phát thanh

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - CHU VĂN VIỆT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ TRẠM TÍCH HỢP KÊNH ĐIỀU KHIỂN TRÊN SÓNG PHÁT THANH Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông Mã số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.NGUYỄN ĐỨC NHÂN HÀ NỘI – 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Chu Văn Việt ii LỜI CẢM ƠN  Trƣớc tiên, xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Đức Nhân, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, bảo, giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn Tơi muốn đƣợc nói lời cảm ơn đến thầy, giáo, Ban Giám đốc Học viện Bƣu Viễn thơng, Khoa Quốc tế Sau đại học đồng nghiệp công tác Công Ty CP Phát Triển Cơng Nghệ Truyền Hình Và Viễn Thơng Việt Nam tận tình bảo, tạo điều kiện giúp đỡ động viên tơi suốt q trình học tập công tác vừa qua Cuối cùng, xin đƣợc cám ơn Cha Mẹ, gia đình, ngƣời thân bạn bè bên cạnh động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập để tơi hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày 15 tháng 01 năm 2017 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG ix CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ TRÊN SĨNG PHÁT THANH 1.1 Hệ thống truyền tín hiệu số sóng phát điều biên AM 1.2 Hệ thống truyền tín hiệu số sóng phát điều tần FM 1.3 Công nghệ mã hóa DTMF, RDS 1.4 Hệ thống RDS ( Radio Data System) 10 KẾT LUẬN CHƢƠNG 12 CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ RDS VÀ ỨNG DỤNG 13 2.1 Phƣơng thức ghép kênh tín hiệu RDS 13 2.2 Đặc tính điều chế kênh liệu (lớp vật lý) 14 2.2.1 Tần số sóng mang phụ 14 2.2.2 Pha sóng mang phụ 14 2.2.3 Mức sóng mang phụ 16 2.2.4 Phương thức điều chế 16 2.2.5 Mã hóa vi sai 16 2.2.6 Dạng phổ kênh liệu 17 2.3 Cấu trúc mã hóa băng gốc 18 2.3.1 Phát sửa lỗi 19 2.4 Giao thức thông tin mã hóa 21 2.4.1 Lý mã hóa liệu cần giao thức truyền thông 21 2.4.2 Giao thức UECP 22 2.5 Định dạng tin nhắn xác định vị trí tin nhắn 25 iv 2.6 Hệ thống đồng khối liệu 26 2.7 Xử lý liệu thiết lập khung liệu 28 2.7.1 Các giới hạn dung lượng truyền liệu 29 KẾT LUẬN CHƢƠNG 31 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ THIẾT BỊ TÍCH HỢP KÊNH ĐIỀU KHIỂN 32 3.1 Nghiên cứu chế tạo phát mã điều khiển 32 3.1.1 Nghiên cứu chế tạo mã hóa tín hiệu 33 3.1.2 Khối nguồn tạo tin nhắn liệu vô tuyến 33 3.1.3 Phương pháp đầu vào liệu cho PS 35 3.1.4 Bộ mã hóa vi sai phát ký hiệu song pha 36 3.1.5 Bộ lọc định dạng, phát tín hiệu 57kHz 38 3.1.6 Bộ chia 24, chia điều chế 40 3.1.7 Điều khiển liệu khối nguồn cho phát mã điều khiển 42 3.1.8 Cài đặt, thiết lập lắp ráp hoàn thiện 44 3.1.9 Nghiên cứu phần mềm phát mã điều khiển RDS 49 3.2 Nghiên cứu chế tạo máy thu FM có giải mã 51 3.2.1 Khối giải điều chế khối lưu trữ 52 3.2.2 Khối điều khiển hiển thị khối kết nối ngoại vi, đèn báo 54 3.2.3 Khối khuếch đại âm thanh, phím bấm khối nguồn 56 3.2.4 Khối vi điều khiển trung tâm 58 3.3 Thử nghiệm thiết bị 62 3.3.1 Kiểm thử phần mềm thiết bị 63 3.3.2 Kiểm thử phần cứng thiết bị 63 3.3.3 Kiểm thử phần cứng toàn hệ thống 66 KẾT LUẬN CHƢƠNG 69 KẾT LUẬN 70 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC 73 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết Tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ AF Alternative Frequencies Tần số thay ARI Auto-Rundfunk-Information System ARI HT tiền nhiệm RDS AMR Alternate Mark Inversion Thay lại đảo ngƣợc BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa pha vng góc Clock-Time and Date Đồng hồ thời gian ngày Cyclic redundancy check Mã kiểm tra lỗi Decoder Identification code Mã nhận dạng chức EEC Extended Country Code Mã quốc gia FM Frequency Modulation Điều chế tần số GTC Group type Code Nhóm loại mã PAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế biên độ xung PCM Pulse Code Modulation Điều chế mã xung PS Programme Service Tên dịch vụ chƣơng trình PI Programne Identification code Xác định chƣơng trình PTI Programme Type Code Mã kiểu chƣơng trình PIN Program-Item Number Mã số chƣơng trình RDS Radio Data System Hệ thống liệu radio Radio Broadcast Data System Hệ thống DL phát radio RT Radio text Văn phát TA Traffic Anouncement code Mã thông báo trạm TP Traffic Program Identification code Mã nhận dạng CT phƣơng tiện Transparent Data Channels Các kênh liệu minh bạch CT CRC DI RBDS TDC vi DANH MỤC HÌNH VẼ 1.1 Điều chế FM 1.2 Sơ đồ khối điều tần khuếch đại công suất FM 06 1.3 Sơ đồ khối máy phát FM stereo sử dụng mạch đa hợp phân tần 07 1.4 Phổ tần số FM dải gốc 08 1.5 Mã hóa đa tần DTMF 09 1.6 Mã hóa tín hiệu công nghệ RDS 09 1.7 Sơ đồ khối máy phát dùng mã hóa RDS 10 1.8 Phổ tín hiệu RDS ARI 11 2.1 Phổ tín hiệu ghép kênh stereo băng gốc stereo với RDS 14 2.2 Phổ tần FM 15 2.3 Sơ đồ khối mã hóa RDS 16 2.4 Sơ đồ khối giải mã RDS 16 2.5 Đáp tuyến biên độ lọc định dạng liệu máy phát, máy thu 06 18 2.6 Phổ tín hiệu liệu vơ tuyến đƣợc mã hóa song pha 19 2.7 Dạng sóng tín hiệu liệu radio 57kHz 19 2.8 Cấu trúc mã hóa băng gốc hệ thống 20 2.9 Định dạng giao thức liệu UECP gồm chuỗi byte 24 2.10 Định dạng tin nhắn xác định vị trí nhóm loại A 26 2.11 Định dạng tin nhắn xác định vị trí nhóm loại B 26 2.12 Hệ thống thông thƣờng 27 2.13 Mã tự đồng hóa 28 2.14 Đồng nhóm 28 2.15 Cấu trúc PI 29 3.1 Sơ đồ thiết bị tích hợp kênh điều khiển song phát 33 3.2 Sơ đồ thiết kế khối mã hóa RDS 34 3.3 Đầu vào liệu mã hóa giao diện ngƣời dùng 35 vii 3.4 Giao diện ngoại vi mã hóa RDS 36 3.5 Mã hóa vi sai 37 3.6 PIC16F628A cho việc phát tín hiệu song pha 38 3.7 Bộ khuếch đại đảo 39 3.8 Bộ lọc định dạng 39 3.9 Mạch cấp phát xung vuông 41 3.10 Bộ chia 24 41 3.11 Bộ chia 42 3.12 Bộ biến đổi dạng sóng từ vng sang hình sin 42 3.13 Bộ điều chế 42 3.14 Dạng sóng tín hiệu vào mơ AD633JN 43 3.15 Sơ đồ chân PIC16F877A 43 3.16 Cấu trúc tạo dao động PIC 44 3.17 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cung cấp phát mã điều khiển 44 3.18 Bộ mã hóa liệu sau hàn linh kiện hồn thiện 45 3.19 Bộ mã hóa liệu sau lắp ráp thực tế hoàn chỉnh 46 3.20 Sơ đồ nối dây 48 3.21 Sơ đồ nối dây 48 3.22 Sơ đồ nối dây 49 3.23 Sơ đồ nối dây 49 3.24 Sơ đồ nối dây 49 3.25 Giao diện phần thiết lập chung để điều khiển mã hóa RDS 51 3.26 Giao diện phân thiết lập liệu cho chƣơng trình phát 51 3.27 Giao diện phần thiết lập nhóm liệu 52 3.28 Sơ đồ khối thiết bị giải mã điều khiển RDS 52 3.29 Module giải mã RDS FAE-381 53 3.30 Sơ đồ chân led 55 3.31 Sơ đồ mạch logic ULN 56 3.32 Sơ đồ mạch cặp Darlington 56 viii 3.33 Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại âm 57 3.34 Sơ đồ mạch in khối khuếch đại âm 57 3.35 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 5V cấp giải mã 58 3.36 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 12V cấp giải điều chế FAE-381 59 3.37 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển trung tâm hiển thị 60 3.38 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51 61 3.39 Sơ đồ mạch in vi điều khiển ngoại vi giải mã 62 3.40 Khối giải mã điều khiển 62 3.41 Hình ảnh chụp từ phía thiết bị 63 3.42 Tín hiệu đo đầu khuếch đại 65 3.43 Hình ảnh sản phẩm chạy thử chế độ bình thƣờng 65 3.44 Hình ảnh thiết bị dùng để phát sóng RDS thử nghiệm 66 3.45 3.46 3.47 3.48 3.49 Sơ đồ kết nối hệ thống máy phát FM có mã hóa với máy đo thực tế Kết đo đƣợc 500W thực tế phát dải tần số 77 MHz Đồng hồ LCD hiển thị công suất phát thực tế máy phát FM500W Kết đo dạng sóng FM RDS dải tần số 77 MHz Oscilloscope Kết đo tần số 77 MHz không di tần 67 67 68 68 69 ix DANH MỤC BẢNG 2.1 Luật mã hóa vi sai 17 2.2 Giải mã vi sai 18 2.3 Các giá trị nhị phân từ mã offset 21 2.4 Các thành phần khung liệu UECP 24 2.5 Thành phần khung liệu UECP gồm chuỗi byte 25 2.6 Phân tích dung lƣợng truyền dẫn cần thiết 31 3.1 Đầu mức tín hiệu liệu 1187.5 38 3.2 Đầu đầu vào 2375 zeros 38 3.3 Bảng chọn giá trị tụ thạch anh theo tần số dao động 44 3.4 Bảng thông số kỹ thuật mã hóa liệu 46 3.5 Bảng bàn mã cụm thu RDS 47 3.6 Khối điều chế Tuner FAE-381 hãng Mitsumi 53 3.7 Sơ đồ chân FAE-381 54 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 B – Code khởi tạo liệu Thuật toán dƣới đƣợc thực thi cho việc chọn nút nhấn cho việc khởi tạo lại liệu: CHECK_SWITCH ;An nut de quyet dinh restore hay khong? GET_IT btfsc SWITCH_PORT,0 call D0_SET ; Restore btfsc SWITCH_PORT,1 call D1_SET ; Khong restore btfss SWITCH_PORT,2 goto GET_IT movf DECISION,W ; Kiem tra neu D2 duoc an andlw 0xff ; Neu khong an [set] de chon btfsc STATUS,Z goto GET_IT Đoạn code sau mơ tả q trình lấy ký tự PS lƣu trữ chúng vào EEPROM PIC: GET_PS8 btfsc SWITCH_PORT,0 call CHAR_UP btfsc SWITCH_PORT,1 call CHAR_DOWN btfss SWITCH_PORT,2 goto GET_PS8 return CHAR_UP call SWITCH_DELAY movf POSITION,0 ; chon vi tri hien thi (LCD) call SET_ADDR movf CHARACTER,0 ; move ky ti toi ghi f call check_max ;kiem tra xem ky tu da max chua? movf CHARACTER,0 call LCD_CHAR 87 return check_max ; kiem tra ky tu max chua? movwf CHAR_TEMP ; luu tru ky tu cuc bo movf MAX_CHAR,0 ; move MAX_CHAR toi ghi w subwf CHAR_TEMP,0 ; tru files btfsc STATUS,Z ; kq=0 thi dat max goto SET2MAX ; giu vi tri character goto INCREMENT ; neu chu max, tang mot SET2MAX movf MAX_CHAR,0 ; return INCREMENT incf CHARACTER,1 ; tang character return CHAR_DOWN call SWITCH_DELAY movf POSITION,0 ; dat vi tri hien thi (LCD) call SET_ADDR movf CHARACTER,0 ; move ky tu toi ghi f call check_min ; kiem tra dat bie^n duoi chua? movf CHARACTER,0 call LCD_CHAR return check_min ; movwf CHAR_TEMP ; luu tru chatacter cuc bo movf MIN_CHAR,0 ; move min_char toi ghi f subwf CHAR_TEMP,0 ; subtract the two files btfsc STATUS,Z ; kq=0?? Thi dat nho nhat goto SET2MIN ; giu nguyen character goto DECREMENT ; neu chua giam SET2MIN 88 movf MIN_CHAR,0 ; return DECREMENT decf CHARACTER,1 ; giam character di return Lƣu trữ vào EEPROM: movwf PS_8 ; luu tru co san bsf STATUS,RP1 ; lu vao EEPROM bsf STATUS,RP0 btfsc EECON1,WR ; dam bao khong co qt write call DELAY_5MS bcf STATUS,RP0 movwf EEDATA movlw 0x07 movwf EEADR bsf STATUS,RP0 bcf EECON1,EEPGD bsf EECON1,WREN movlw 0x55 movwf EECON2 movlw 0xaa movwf EECON2 bsf EECON1,WR bcf EECON1,WREN clrf STATUS ; chon bank ... cứu chế tạo phát mã điều khiển Sơ đồ thiết bị tích hợp kênh điều khiển đài trạm phát đƣợc kết nối với hệ thống máy phát FM mơ tả nhƣ hình 3.1 Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị tích hợp kênh điều khiển sóng. .. vào nghiên cứu ứng dụng thực tế để thực chế tạo phát mã điều khiển máy thu FM có giải mã 32 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ THIẾT BỊ TÍCH HỢP KÊNH ĐIỀU KHIỂN Chƣơng trình bày trình chế tạo thiết. .. thời gian quan sát, tìm hiểu nghiên cứu kĩ lƣỡng hƣớng phát triển đề tài, định chọn đề tài “ Nghiên Cứu Chế Tạo Thiết Bị Trạm Tích Hợp Kênh Điều Khiển Trên Sóng Phát Thanh ” trở thành đề tài luận