单片调频接收机

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单片调频接收机

【导读】无线广播曾经是上个世纪的人们快速获得资讯和实时娱乐节目的手段。商用广播包括有中波调幅（AM），短波调幅和调频（FM）广播等。调频广播由于使用更高的无线频段，可以提供更加优质声音，容纳更多的电台，现在仍然流行于都市人们生活中。

下面是1935年人们可以获得的商用调频广播接收机，配有优质大型音箱。那个时候它经常被放置到舞台上，令听众们辨别现场钢琴演奏的声音与它播放出从调频电台发出的音乐之间的区别。

1935年电子管调频收音机

由于工作频段高（通常在50Mhz~115Mhz），信号调制解调复杂，早期的调频收音机比较昂贵和稀少。作为业余无线电爱好者通常也不会制作调频接收机，而是选择调幅接收机制作。

现在的调频接收机已经从电子管，发展到全数字化了。下图显示的是单片调频广播接收模块RDA5807M。外部只需配有少量的器件，就可以完成调频广播所有接收功能，它的价格只有几块钱人民币。

安装传统的调幅、调频收音机，需要对接收电路上的调谐放大电路参数进行繁琐的调试过程，这使得制作过程变得困难和琢磨不定。

RDA5807M调频收音机接收模块

而使用RDA5807则不需要任何电路调整，制作调频接收机的过程方便和快捷。现在它成为青少年无线电爱好者接触学习无线电技术的新宠。

RDA5807M采用I2C总线完成选台和音量控制，制作者通过配有外部单片机（业余爱好者选择Arduino）完成控制。

RDA5807灵敏度很高，外部只需要给RDA5807M引入1.8~3.3V的工作电源，接上耳机或者喇叭就可以收听当地调频广播了。在它的天线引脚随便加入一段引线，便可以提高接收广播的数量和音质。

RDA5807内部功能框图

RDA5807内部除了射频放大和正交信号降频电路还是用模拟电路，其余部分都采用的数字信号处理的方式完成音频立体声音的解调和放大输出。

通过I2C总线还可以读取内部对接收信号强度数值（RSSI），反映了接收机从天线获得无线信号的大小，它采用对数方式表示信号的幅值。

下面通过单片机设置RDA5807接收频率范围从80Mhz，扫描到110Mhz，每隔25kHz采集一个RSSI数值，便可以反映出当地调频广播频道的无线频谱分布情况。

通过RDA5807采集FM无线信号接收强度

将采集到的RSSI按照频率绘制出来，可以看到周五下午北京海淀地区可以接收到的调频广播电台的总数大约是22个。

这些调频广播电台信号很强，RDA5807模块基本上不需要外置天线便可以接收到清晰的立体声调频广播节目。

通过RDA5807获得当地调频广播信号的RSSI

RDA5807接收到无线信号的强度（RSSI）反过来也可以获得接收模块与发射机之间的距离信息。

手边有一台DS345 数字信号发生器，它的最高输出频率为30MHz。

将其设置输出频率在29Mhz附近，输出波形为方波信号。方波信号是奇谐信号，它只包含有基波以及奇次谐波（3，5，7等）。它的三次谐波频率为87Mhz。在87Mhz附近，本地没有调频广播电台。

DS345信号发生器

将DS345输出的方波信号，引到一根30厘米长的天线上。其中的三次谐波无线电能量就辐射到周围的空间。

设置RDA5807模块接收频率为87Mhz，它可以接收到信号发生器的信号。RSSI的强度超过了50，远远大于附近调频广播的信号强度。

由于信号发生器频率是固定的，所以RDA5807音频并没有输出。从它接收到的RSSI可以反映出它天线上的无线射频信号强度。
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采集RDA5807距离信号源天线不同距离下的RSSI强度

将RDA5807放置在可以移动的导轨上，采集它距离信号发源天线不同的距离下所对应的RSSI信号的强度。

在靠近天线附近，RSSI大约是60左右。随着距离增加到140厘米，RSSI逐步降低到45。

为了能够准确反映接收模块距离信号天线之间的距离，需要将发射天线的长度减少到10厘米左右，RDA5807的RSSI信号变化范围就会很大。

RDA5807的RSSI信号与距离信号源天线距离之间的关系

这个实验结果说明，通过使用简单的RDA5807模块，可以方便间接测量到接收机与天线之间的距离。这给全国大学生智能车中的“信标组”中的导航信号提供了新的一种可能性。

这种方案也有一个缺点，就是RDA5807的RSSI信号变化相对比较缓慢。从实际信号强度的变化，到RSSI稳定输出之间大约需要0.3秒钟的时间。在实际运动控制中，还需要结合其它信标检测方法共同获得位置信息。

现在，收音机的制作变得越来越简单了。它的原理也发生了巨大的变化。从最初的模拟信号的放大、解调的过程，都变成了数字信号处理，这适合了数字时代原住民中青少年制作的需要，原来的无线电爱好者的乐趣将会逐渐成为一种回忆。