智能硬件電子電路設(shè)計(jì)圖集錦TOP7 —電路圖天天讀（158）

　　TOP1 智能電動(dòng)平衡車電路設(shè)計(jì)圖

　　近年來(lái)，兩輪自平衡電動(dòng)車以其行走靈活、便利、節(jié)能等特點(diǎn)得到了很大的發(fā)展。國(guó)內(nèi)外有很多這方面的研究，也有相應(yīng)的產(chǎn)品。兩輪平衡電動(dòng)車的運(yùn)作原理主要是建立在一種被稱為“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”（Dynamic StabilizaTIon）的基本原理上，也就是車輛本身的自動(dòng)平衡能力。以內(nèi)置的精密固態(tài)陀螺儀（Solid-State Gyroscopes）來(lái)判斷車身所處的姿勢(shì)狀態(tài)，透過(guò)精密且高速的中央微處理器計(jì)算出適當(dāng)?shù)闹噶詈螅?qū)動(dòng)馬達(dá)來(lái)做到平衡的效果。

　　電源接口電路圖

　　測(cè)速模塊接口

　　單片機(jī)最小系統(tǒng)

　　車主控模塊主要由穩(wěn)壓模塊、isp下載口、無(wú)線模塊、加速度傳感器、陀螺儀、74ls04s施密特觸發(fā)器、電源指示燈組成。其中主控芯片的主要功能是采集加速度傳感器、陀螺儀、光電編碼器、以及無(wú)線模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，然后進(jìn)行反饋。不僅是主要的數(shù)據(jù)運(yùn)算中心又是控制中心。

　　更多智能硬件資料集錦，詳情請(qǐng)進(jìn)入》》》

　　TOP2 采用MSP430的機(jī)器人定位系統(tǒng)電路

　　對(duì)于在室外環(huán)境工作的移動(dòng)機(jī)器人通常使用慣導(dǎo)/衛(wèi)星組合導(dǎo)航方式。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有完全自主、抗干擾強(qiáng)、隱蔽能力好和輸出參數(shù)全面等優(yōu)點(diǎn)，但它的魯棒性極低，誤差會(huì)不斷隨時(shí)間累積發(fā)散。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有精度高、定位范圍廣和誤差不隨時(shí)間累積等優(yōu)點(diǎn)，但其自主性差、易受外界遮擋和干擾、接收機(jī)數(shù)據(jù)更新頻率低等缺點(diǎn)。因此工程上常常將兩者互補(bǔ)結(jié)合使用，組成衛(wèi)星/慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　本文以低功耗MSP430F149為核心，設(shè)計(jì)了能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航（GNSS）接收機(jī)、慣性測(cè)量單元（IMU）、氣壓高度等導(dǎo)航信息的高速采集與高速合路傳輸，并進(jìn)行初步導(dǎo)航定位信息融合的導(dǎo)航系統(tǒng)，即可為室外移動(dòng)機(jī)器人提供直接的導(dǎo)航服務(wù)，也可作為高精度組合導(dǎo)航系統(tǒng)的原始測(cè)量信息高速采集系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是利用單片機(jī)有限的接口資源實(shí)現(xiàn)了多傳感器信息并行采集，設(shè)計(jì)了有效的數(shù)據(jù)同步方法，解決了氣壓傳感器數(shù)據(jù)手冊(cè)疏漏導(dǎo)致的無(wú)法接入問(wèn)題，給出了機(jī)器人組合定位的基本方法。系統(tǒng)充分利用了MSP430F149單片機(jī)的能力，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗、對(duì)傳感器具有普適性等優(yōu)點(diǎn)。

　　本系統(tǒng)由電源、氣壓計(jì)接口、IMU接口、 GNSS接收機(jī)接口、SPI轉(zhuǎn)UART模塊及MSP430F149構(gòu)成。系統(tǒng)組成如圖1所示。組合導(dǎo)航系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)分為IMU數(shù)據(jù)接收與解析、GNSS 數(shù)據(jù)接收與解析、氣壓計(jì)數(shù)據(jù)接收與解析、組合導(dǎo)航解算以及數(shù)據(jù)輸出五個(gè)部分。IMU數(shù)據(jù)接收與解析功能用來(lái)獲取導(dǎo)航解算中需要的加速度和角速度信息;GNSS數(shù)據(jù)接收與解析功能用來(lái)獲取導(dǎo)航解算中需要的位置和速度信息（松耦合組合）或者 GNSS偽距和偽距率（緊耦合組合）;氣壓計(jì)數(shù)據(jù)接收與解析功能用來(lái)獲取高度信息;組合導(dǎo)航解算功能為系統(tǒng)核心，用來(lái)進(jìn)行組合導(dǎo)航解算;數(shù)據(jù)的輸出包括原始數(shù)據(jù)包的整合輸出和解算結(jié)果的輸出。

　　圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

　　本文所使用的慣性器件和GNSS接收機(jī)都是RS-232電平的UART接口，具有通用性，用戶可根據(jù)成本考慮不同精度的設(shè)備。氣壓計(jì)選用美國(guó)MEAS公司生產(chǎn)的MS5803-02BA，已經(jīng)固化在電路中。

　　微控制器接口

　　整個(gè)組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)需要三個(gè)UART接口和兩個(gè)SPI接口。其中兩個(gè)UART接口由430單片機(jī)自帶的UART資源提供，另外一個(gè)UART接口由 GPIO模擬SPI通過(guò)MAX3111E芯片轉(zhuǎn)化得到;兩個(gè)SPI接口由GPIO模擬得到。另外需要一個(gè)外部中斷引腳捕獲秒脈沖信號(hào)（PPS）、一個(gè)外部中斷引腳捕獲MAX3111E中斷信號(hào)。MSP430F149管腳資源分配如表1所示。

　　電源電路

　　本系統(tǒng)供電需求為3.3V供電，因此采用AMS1117穩(wěn)壓芯片，接入5V電源即可輸出3.3V穩(wěn)定電壓，可提供1A電流，滿足系統(tǒng)供電需求。電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

　　圖2 電源電路

　　IMU器件及GNSS接收機(jī)接口電路

　　IMU器件及GNSS接收機(jī)都采用UART接口方式接入，采用RS232協(xié)議。因此可使用430單片機(jī)上自帶的兩個(gè)UART接口，但是需要進(jìn)行TTL電平與RS232電平轉(zhuǎn)換。這里采用常見(jiàn)的MAX3232芯片，電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

　　圖3 IMU及GNSS接口電路

　　氣壓計(jì)MS5803-02BA接口電路

　　MS5803-02BA［3］是由MEAS公司生產(chǎn)的數(shù)字壓力傳感器，分辨率達(dá)10cm。芯片內(nèi)部包含一個(gè)高線性的壓力傳感器和一個(gè)內(nèi)部工廠標(biāo)定系數(shù)的超低功耗24位ΔΣ型ADC。該款芯片有SPI和I2C兩種接口方式，通過(guò)芯片的PS引腳配置了選擇不同的接口方式（PS置低時(shí)，采用SPI工作模式;PS置高時(shí)，采用I2C工作模式）。本文所闡述的定位系統(tǒng)將氣壓計(jì)配置為SPI工作模式。MS5803-02BA與微控制器間的接口電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

　　圖4 MS5803-02BA接口電路

　　MS5803-02BA的控制命令包括復(fù)位命令、溫度ADC命令、氣壓ADC命令、ADC讀取命令、PROM讀取命令。控制命令如表2所示?？刂泼钔ㄟ^(guò)SDI口移位輸入，響應(yīng)結(jié)果從SDO移位輸出。輸入的電平判定在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿，輸出的電平判定在時(shí)鐘信號(hào)的下降沿。輸出的氣壓值可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償，需要利用芯片內(nèi)部PROM中的系數(shù)來(lái)補(bǔ)償。ADC讀取命令輸入之后，輸出24位ADC結(jié)果;PROM讀取命令輸入之后，輸出16位補(bǔ)償系數(shù)。

　　本文基于MSP430F149單片機(jī)設(shè)計(jì)的室外移動(dòng)機(jī)器人組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，通過(guò)接口的擴(kuò)展使得該款定位系統(tǒng)能夠接入IMU、GNSS接收機(jī)、氣壓計(jì)三路信息，完成初步導(dǎo)航定位服務(wù)功能，同時(shí)可作為多路數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將多路數(shù)據(jù)整合到一路高速輸出接口，用于進(jìn)一步的高精度導(dǎo)航解算。該系統(tǒng)根據(jù)使用者的需求不同，可接入不同成本和精度的設(shè)備，只要滿足RS-232協(xié)議即可。筆者將其實(shí)際運(yùn)用，整個(gè)系統(tǒng)充分利用該款單片機(jī)的資源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、適用范圍廣，不僅可作為初步導(dǎo)航定位服務(wù)的設(shè)備，還可作為多路數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

　　TOP3 AT89C2051多路舵機(jī)控制電路詳解

　　舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器。它接收一定的控制信號(hào)，輸出一定的角度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中，它是一個(gè)基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)。以FUTABA-S3003型舵機(jī)為例，圖1是FUFABA-S3003型舵機(jī)的內(nèi)部電路。

　　舵機(jī)的工作原理是：PWM信號(hào)由接收通道進(jìn)入信號(hào)解調(diào)電路BA66881。的12腳進(jìn)行解調(diào)，獲得一個(gè)直流偏置電壓。該直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差由BA6688的3腳輸出。該輸出送人電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路BA6686，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器 R。，旋轉(zhuǎn)，直到電壓差為O，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的控制信號(hào)是PWM信號(hào)，利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。

　　舵機(jī)的控制方法

　　電源線和地線用于提供舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)和控制線路所需的能源．電壓通常介于4～6V，一般取5V。注意，給舵機(jī)供電電源應(yīng)能提供足夠的功率?？刂凭€的輸入是一個(gè)寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號(hào)，方波脈沖信號(hào)的周期為20 ms（即頻率為50 Hz）。當(dāng)方波的脈沖寬度改變時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。某型舵機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入信號(hào)的脈沖寬度之間的關(guān)系可用圍 3來(lái)表示。

　　舵機(jī)控制器硬件電路設(shè)計(jì)

　　從上述舵機(jī)轉(zhuǎn)角的控制方法可看出，舵機(jī)的控制信號(hào)實(shí)質(zhì)是一個(gè)可嗣寬度的方波信號(hào)（PWM）。該方波信號(hào)可由FPGA、模擬電路或單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生。采用 FPGA成本較高，用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)則電路較復(fù)雜，不適合作多路輸出。一般采用單片機(jī)作舵機(jī)的控制器。目前采用單片機(jī)做舵機(jī)控制器的方案比較多，可以利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)PWM。該方案將20ms的周期信號(hào)分為兩次定時(shí)中斷來(lái)完成：一次定時(shí)實(shí)現(xiàn)高電平定時(shí)Th；一次定時(shí)實(shí)現(xiàn)低電平定時(shí)T1。Th、 T1的時(shí)間值隨脈沖寬度的變換而變化，但，Th+T1=20ms。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，PWM信號(hào)完全由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要添加外圍硬件。缺點(diǎn)是一個(gè)周期中的PWM信號(hào)要分兩次中斷來(lái)完成，兩次中斷的定時(shí)值計(jì)算較麻煩；為了滿足20ms的周期，單片機(jī)晶振的頻率要降低；不能實(shí)現(xiàn)多路輸出。也可以采用單片機(jī)+8253計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)方案。該方案由單片機(jī)產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖（或外部電路產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖）提供給8253進(jìn)行計(jì)數(shù)，由單片機(jī)給出8253的計(jì)數(shù)比較值來(lái)改變輸出脈寬。該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)多路輸出，軟件設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是要添加l片8253計(jì)數(shù)器，增加了硬件成本。本文在綜合上述兩個(gè)單片機(jī)舵機(jī)控制方案基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)新的設(shè)計(jì)方案，如圖4所示。

　　該方案的舵機(jī)控制器以AT89C2051單片機(jī)為核心，555構(gòu)成的振蕩器作為定時(shí)基準(zhǔn)，單片機(jī)通過(guò)對(duì)555振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)產(chǎn)生PWM 信號(hào)。該控制器中單片機(jī)可以產(chǎn)生8個(gè)通道的PWM信號(hào)，分別由AT89C2051的P1．0～Pl.7（12～19引腳）端口輸出。輸出的8 路PWM信號(hào)通過(guò)光耦隔離傳送到下一級(jí)電路中。因?yàn)樾盘?hào)通過(guò)光耦傳送過(guò)程中進(jìn)行了反相，因此從光耦出來(lái)的信號(hào)必須再經(jīng)過(guò)反相器進(jìn)行反相。方波信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦傳輸后，前沿和后沿會(huì)發(fā)生畸變，因此反相器采用CD40106施密特反相器對(duì)光耦傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行整形，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的PWM方波信號(hào)。筆者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，舵機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中要從電源吸納較大的電流，若舵機(jī)與單片機(jī)控制器共用一個(gè)電源，則舵機(jī)會(huì)對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生較大的干擾。因此，舵機(jī)與單片機(jī)控制器采用兩個(gè)電源供電，兩者不共地，通過(guò)光耦來(lái)隔離，并且給舵機(jī)供電的電源最好采用輸出功率較大的開(kāi)關(guān)電源。該舵機(jī)控制器占用單片機(jī)的個(gè)SCI串口。串口用于接收上位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的控制命令，以調(diào)節(jié)每一個(gè)通道輸出信號(hào)的脈沖寬度。MAX232為電平轉(zhuǎn)換器，將上位機(jī)的RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平。

　　實(shí)現(xiàn)多路PWM信號(hào)的原理

　　在模擬電路中，PWM脈沖信號(hào)可以通過(guò)直流電平與鋸齒波信號(hào)比較來(lái)得到。在單片機(jī)中，鋸齒波可以通過(guò)對(duì)整型變量加1操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。假定單片機(jī)程序中設(shè)置一整型變量SawVal，其值變化范圍為O～N。555振蕩電路產(chǎn)生的外部計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)輸入到AT89C2051的INTO腳。每當(dāng)在外部計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖的下降沿，單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷，執(zhí)行外部中斷INT0的中斷服務(wù)程序。每產(chǎn)生一次外部中斷，對(duì)SawVal執(zhí)行一次加1操作，若SawVal已達(dá)到最大值N，則對(duì)SawVal清O。SawVal值的變化規(guī)律相當(dāng)于鋸齒波，如圖5所示。若在單片機(jī)程序中設(shè)置另一整型變量DutyVal，其值的變化范圍為 O～N。每當(dāng)在SawVal清0時(shí)，DulyVal從上位機(jī)發(fā)送的控制命令中讀入脈沖寬度系數(shù)值，例如為H（0≤H≤N）。若 DutyVal≥SawVal，則對(duì)應(yīng)端口輸出高電平；若DutyVal《Sawval，則對(duì)應(yīng)端口輸出低電平。從圖5中可看出，若改變 DutyVal的值，則對(duì)應(yīng)端口輸出脈沖的寬度發(fā)生變化，但輸出脈沖的頻率不變，此即為PWM波形。

　　TOP4 無(wú)人機(jī)溫度巡檢信號(hào)調(diào)理電路

　　目前無(wú)人飛行器主要飛行于大氣對(duì)流層和平流層低層區(qū)間。該區(qū)間大氣溫度變化復(fù)雜，大氣環(huán)境的溫度過(guò)低或過(guò)高都將直接影響無(wú)人飛行器控制系統(tǒng)的正常工作。由于無(wú)人飛行器機(jī)身需要檢測(cè)溫度的部位較多，監(jiān)測(cè)目標(biāo)比較分散，使用單一結(jié)構(gòu)的溫度傳感器或結(jié)冰探測(cè)儀表難以實(shí)時(shí)、全面地掌握整個(gè)機(jī)身表而溫度狀況，因此，本設(shè)計(jì)結(jié)合已有的民用多路測(cè)溫技術(shù)，提出一種基于FPGA的適用于無(wú)人飛行器機(jī)身各部位溫度檢測(cè)和功能事務(wù)管理的多路溫度巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在無(wú)人飛行器飛行過(guò)程中，根據(jù)需要循環(huán)監(jiān)測(cè)各部位的溫度狀況，以便能夠及早測(cè)出機(jī)身可能出現(xiàn)的結(jié)冰低溫并向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)使飛機(jī)及時(shí)飛離結(jié)冰區(qū)域或開(kāi)啟除冰設(shè)計(jì)，從而達(dá)到保障飛行安全的目的。

　　設(shè)計(jì)方案的總體結(jié)構(gòu)

　　無(wú)人飛行器溫度巡檢裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　本設(shè)計(jì)采用FPGA作為核心芯片，電源電路供電后，信號(hào)調(diào)理電路通過(guò)鉑電阻傳感器PT100將采集的電壓信號(hào)通過(guò)放大器放大后送給A/D采樣電路，A /D采樣電路通過(guò)采樣把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送給FPGA進(jìn)行處理，處理數(shù)據(jù)后FPGA自動(dòng)把處理結(jié)果送出，通過(guò)液晶顯示并且與鍵盤電路設(shè)定的值進(jìn)行比對(duì)，如果超出設(shè)定值范圍，F(xiàn)PGA送出信號(hào)，使得蜂鳴器電路報(bào)警，繼電器電路響應(yīng)，啟動(dòng)加熱裝置，圖1給出了系統(tǒng)的整體框圖。按照系統(tǒng)的功能要求，裝置的硬件電路依據(jù)其功能劃分為信號(hào)調(diào)理模塊、A/D采樣模塊、FPGA最小系統(tǒng)模塊等部分。

　　信號(hào)調(diào)理模塊

　　系統(tǒng)采用惠斯通電橋接入鉑電阻傳感器PT100信號(hào)，如圖2所示。

　　圖2中INA、INB之差與PT100阻值變化呈線性關(guān)系，通過(guò)將INA、INB變化值采樣再對(duì)應(yīng)鉑電阻傳感器P100刻度表即可換算得到實(shí)測(cè)溫度?？紤]到鉑電阻傳感器PT100探頭產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，很容易受到噪聲干擾，所以放大電路選擇單運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器。儀表放大器擁有差分式結(jié)構(gòu)，對(duì)共模噪聲有很強(qiáng)的抑制作用，同時(shí)擁有較高的輸入阻抗和較小的輸出阻抗，非常適合對(duì)微弱信號(hào)的放大。圖2中R3，R4，R5，R6，R7，R8均采用低溫漂的精密電阻，R2為多圈精密可調(diào)電阻。通過(guò)電路可以計(jì)算出：

　　A/D采樣模塊

　　系統(tǒng)選用 AD7476作為采樣芯片。該芯片是12位低功耗逐次逼近型ADC，采用單電源工作，電源電壓為2.35V至5.25V，最高吞吐速率可達(dá) 1MSPS，完全滿足本系統(tǒng)的采樣精度和速度的要求。該芯片內(nèi)置一個(gè)低噪聲、寬帶寬采樣保持放大器，可處理6MHz以上的輸入頻率。AD轉(zhuǎn)換過(guò)程和數(shù)據(jù)采集過(guò)程通過(guò)CS和串行時(shí)鐘SCLK進(jìn)行控制，從而為器件與FPGA接口創(chuàng)造了條件。輸入信號(hào)在CS的下降沿進(jìn)行采樣，而轉(zhuǎn)換同時(shí)在此處啟動(dòng)，轉(zhuǎn)換速率取決于SCLK的時(shí)鐘頻率。圖3為AD7476的典型接線電路。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　溫度巡檢裝置的軟件以VHDL語(yǔ)言為基礎(chǔ)，采樣模塊化的設(shè)計(jì)思路編程，分為液晶顯示模塊、AD采樣模塊、鍵盤輸入模塊、報(bào)警模塊和PWM控制模塊模塊。圖4給出了各模塊之間的關(guān)系圖。

　　系統(tǒng)首先通過(guò)AD采樣模塊對(duì)溫度進(jìn)行采樣，將采樣的數(shù)據(jù)送入溫度檢測(cè)模塊進(jìn)行處理。溫度檢測(cè)模塊的任務(wù)是計(jì)算將采樣來(lái)的溫度值與系統(tǒng)的預(yù)設(shè)值之間的差值，利用差值的大小來(lái)控制PWM模塊輸出脈沖寬度不同的脈沖波，通過(guò)脈沖波開(kāi)控制繼電器的通斷，從而達(dá)到溫度的恒定控制。

　　系統(tǒng)的定標(biāo)

　　首先用高精度電阻箱代替鉑電阻傳感器Pt100對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)。根據(jù)式1所示的鉑電阻傳感器Pt100電阻和輸出電壓之間的關(guān)系，通過(guò)改變電阻箱的取值來(lái)設(shè)定相對(duì)應(yīng)的測(cè)試溫度點(diǎn)標(biāo)稱值，經(jīng)過(guò)測(cè)量系統(tǒng)、A/D采樣的計(jì)算，得到測(cè)量溫度顯示值。根據(jù)初測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)量電路、補(bǔ)償電壓進(jìn)行校準(zhǔn)后，完成對(duì)系統(tǒng)的定標(biāo)工作。

　　系統(tǒng)實(shí)測(cè)

　　將鉑電阻傳感器Pt100接入測(cè)量系統(tǒng)，并置入高精度恒溫箱中（溫控精度0.01℃）進(jìn)行整個(gè)溫度測(cè)量系統(tǒng)定標(biāo)測(cè)量。測(cè)量時(shí)要注意恒溫箱的密封，以提高環(huán)境溫度穩(wěn)定性;恒溫箱溫度穩(wěn)定后，每隔1min對(duì)同一溫度點(diǎn)進(jìn)行20次測(cè)量。由表1中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，測(cè)量系統(tǒng)的最大誤差為0.009℃，說(shuō)明Pt100 鉑電阻傳感器的定標(biāo)誤差較小，精度也較高，能滿足高精度溫度測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量要求，但溫度高端誤差較大，可能與恒溫箱溫度控制精度有關(guān)，有待于進(jìn)一步定標(biāo)。

　　本文提出了基于FPGA的無(wú)人飛行器溫度巡檢裝置的設(shè)計(jì)方案，該方案中所設(shè)計(jì)的無(wú)人飛行器溫度巡檢裝置利用FPGA快速性、可并行性、延時(shí)固定性等特點(diǎn)，能夠快速，準(zhǔn)確的檢測(cè)無(wú)人機(jī)的各部件溫度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)的最大誤差不超過(guò)0.01度，完全滿足無(wú)人飛行器對(duì)溫度采集的要求。

　　TOP5 四軸飛行器三相六臂全橋驅(qū)動(dòng)電路

　　四軸飛行器是近來(lái)在專業(yè)與非專業(yè)領(lǐng)域都非?；鸨募夹g(shù)產(chǎn)品。下面這篇文章針對(duì)四軸飛行器無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了三相六臂全橋驅(qū)動(dòng)電路及控制程序。設(shè)計(jì)采用ATMEGA16單片機(jī)作為控制核心，利用反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)輪流導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電路的6個(gè)MOSFET實(shí)現(xiàn)換向;直流無(wú)刷電機(jī)控制程序完成MOSFET上電自檢、電機(jī)啟動(dòng)軟件控制，PWM電機(jī)轉(zhuǎn)速控制以及電路保護(hù)功能。該設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。近年來(lái)，四軸飛行器的研究和應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，它采用四個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)作為其動(dòng)力來(lái)源。無(wú)刷直流電機(jī)為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)。

　　無(wú)刷主流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方式主要分為有位置傳感器和無(wú)位置傳感器的控制方式兩種。由于在四軸飛行器中的要求無(wú)刷直流電機(jī)控制器要求體積小、重量輕、高效可靠，因而采用無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)。本文采用的是朗宇X2212 kv980無(wú)刷直流電機(jī)。無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電路和系統(tǒng)程序控制兩部分。采用功率管的開(kāi)關(guān)特性構(gòu)成三相全橋驅(qū)動(dòng)電路，之后使用DSP作為主控芯片，借助其強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)與控制，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，缺乏經(jīng)濟(jì)性。直流無(wú)刷電機(jī)的換向采用反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法，一旦檢測(cè)到第三相的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)就為換向做準(zhǔn)備。反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)采用虛擬中性點(diǎn)的方法，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)各相的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)來(lái)判斷轉(zhuǎn)子位置。而基于電機(jī)三相繞組端電壓變化規(guī)律的電機(jī)電流換向理論，可以大大提高系統(tǒng)控制精度。

　　本文無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路采用三相六臂全橋電路，控制電路的管理控制芯片采用 ATmega 16單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，以充分發(fā)揮其高性能、資源豐富的特點(diǎn)，因而外圍電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。無(wú)刷直流電機(jī)采用軟件啟動(dòng)和PWM速度控制的方式，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行，大大提高四軸飛行器無(wú)刷直流電機(jī)的調(diào)速和控制性能。

　　三相六臂全橋驅(qū)動(dòng)電路

　　無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路如圖1 所示。該電路采用三相六臂全橋驅(qū)動(dòng)方式，采用此方式可以減少電流波動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使得電機(jī)輸出較大的轉(zhuǎn)矩。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分使用6個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管控制輸出電壓，四軸飛行器中的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電源電壓為12 V.驅(qū)動(dòng)電路中，Q1~Q3采用IR公司的IRFR5305（P溝道），Q4~Q6為IRFR1205（N 溝道）。該場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)藏續(xù)流二極管，為場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷時(shí)提供電流通路，以避免管子的反向擊穿，其典型特性參數(shù)見(jiàn)表1.T1~T3 采用PDTC143ET 為場(chǎng)效應(yīng)管提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

　　表1 MOSFET管參數(shù)

　　由圖1 可知，A1~A3 提供三相全橋上橋臂柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并與ATMEGA16單片機(jī)的硬件PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)相接，通過(guò)改變PWM信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制;B1~B3提供下橋臂柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由單片機(jī)的I/O口直接提供，具有導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)。

　　圖1 無(wú)刷直流電機(jī)三相六臂全橋驅(qū)動(dòng)電路

　　無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制采用三相六狀態(tài)控制策略，功率管具有六種觸發(fā)狀態(tài)，每次只有兩個(gè)管子導(dǎo)通，每60°電角度換向一次，若某一時(shí)刻AB 相導(dǎo)通時(shí)，C 相截至，無(wú)電流輸出。單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，利用MOSFET的開(kāi)關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的通電控制，例如，當(dāng)Q1、Q5 打開(kāi)時(shí)，AB 相導(dǎo)通，此時(shí)電流流向?yàn)殡娫凑龢O→Q1→繞組A→繞組B→Q5→電源負(fù)極。類似的，當(dāng)MOSFET 打開(kāi)順序分別為Q1Q5，Q1Q6，Q2Q6，Q2Q4，Q3Q4，Q3Q5時(shí)，只要在合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確換向，就可實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)

　　無(wú)刷直流電機(jī)能夠正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就要對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確換向。電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方式主要有光電編碼盤、霍爾傳感器、無(wú)感測(cè)量三種方式。由于四軸飛行器無(wú)刷直流電機(jī)要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，因而采用無(wú)位置傳感器的方式，利用第三相產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻延遲30°換向。雖然該方法在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)比較麻煩，可控性差，但由于電路簡(jiǎn)單、成本低，因而適合于在正常飛行過(guò)程中不需要頻繁啟動(dòng)的四軸飛行器電機(jī)。

　　由于無(wú)刷直流電機(jī)的兩相導(dǎo)通模式，因而可以利用不導(dǎo)通的第三相檢測(cè)反電勢(shì)的大小。如圖2反電勢(shì)檢測(cè)電路，中性點(diǎn)N 與單片機(jī)的AIN0 相接，Ain，Bin，Cin分別接單片機(jī)的ADC0，ADC1，ADC2.不停地比較中性點(diǎn)N電壓與A，B，C三相三個(gè)端點(diǎn)電壓的大小，以檢測(cè)出每相感生電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)。ATMEGA16單片機(jī)模擬比較器的正向輸入端為AIN0，負(fù)向輸入端根據(jù)ADMUX寄存器的配置而選擇 ADC0，ADC1，ADC2，從而利用了單片機(jī)自帶的模擬比較器的復(fù)用功能。當(dāng)A，B相通電期間，C相反電勢(shì)與中性點(diǎn)N進(jìn)行比較，類似的，就可以成功檢測(cè)出各相的過(guò)零事件。

　　圖2 反電勢(shì)檢測(cè)電路

　　電機(jī)的反電勢(shì)檢測(cè)出來(lái)后，就可以找到反電勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)，在反電勢(shì)過(guò)零后延遲30°電角度進(jìn)行換向操作。

　　驅(qū)動(dòng)電路采用三相六臂全橋電路，MOSFET 作為開(kāi)關(guān)元件，利用ATmega 16 單片機(jī)作為控制芯片，反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)以及軟件啟動(dòng)的控制方式，并延遲30°進(jìn)行換向。正常啟動(dòng)后，單片機(jī)輸出PWM 實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。同時(shí)設(shè)計(jì)了電壓、電流監(jiān)測(cè)電路，保證系統(tǒng)安全，因而，該系統(tǒng)能夠正常驅(qū)動(dòng)無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)，并且能夠應(yīng)用于四軸飛行器。

　　TOP6 揭秘智能照明系統(tǒng)硬件電路

　　對(duì)一些照明時(shí)間較長(zhǎng)、照明設(shè)備較多的場(chǎng)所，其照明系統(tǒng)的使用浪費(fèi)現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。由于缺乏科學(xué)管理和管理人員的責(zé)任心不強(qiáng)，有時(shí)在借助外界環(huán)境能正常工作和夜晚室內(nèi)空無(wú)一人時(shí)，整個(gè)房間內(nèi)也是燈火通明。這樣下來(lái)，無(wú)形中所浪費(fèi)的電能是非常驚人的。據(jù)測(cè)算，這種現(xiàn)象的耗電占其單位所有耗電的40％左右。因此，有必要在保證照明質(zhì)量的前提下，實(shí)施照明節(jié)能措施。這不僅可以節(jié)約能源，而且會(huì)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

　　本系統(tǒng)主要由光照檢測(cè)電路、熱釋電紅外線傳感器及處理電路、單片機(jī)系統(tǒng)及控制電路組成。工作時(shí)，光照檢測(cè)電路和熱釋電紅外線傳感器采集光照強(qiáng)弱、室人是否有人等信息送到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)這些信息通過(guò)控制電路對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，從而實(shí)現(xiàn)照明控制，以達(dá)到節(jié)能的目的。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　按圖1構(gòu)成的系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。為了使系統(tǒng)功能更加完善，在該系統(tǒng)中可以增加時(shí)間顯示電路，用于顯示當(dāng)前的時(shí)間。由于該部分硬件與軟件均已成熟，在此不做詳細(xì)介紹。

　　中心控制模塊

　　目前較為流行的單片機(jī)有AVR和51單片機(jī)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能需求及成本考慮，51單片機(jī)性價(jià)比更高。AT89C52是擁有2個(gè)外部中斷、2個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)可編程串行UART的單片機(jī)。中心控制模塊采用AT89C52單片機(jī)已完全滿足設(shè)計(jì)需要，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)控制。

　　光照檢測(cè)電路

　　如圖2所示，當(dāng)外界環(huán)境光照強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R13阻值較小，則A點(diǎn)電平較低；當(dāng)外界環(huán)境光照弱時(shí)，光敏電阻R13阻值較大，則A點(diǎn)電平較高，將此電平送到單片機(jī)，由程序控制是否實(shí)現(xiàn)照明。

　　熱釋電傳感器及處理電路

　　熱釋電紅外線傳感器

　　熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí)，在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡，這樣可大大提高接收靈敏度，增加檢測(cè)距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測(cè)距離僅為2 m左右；而配上菲涅爾透鏡后，其檢測(cè)距離可增加到10 m以上。由于熱釋電傳感器輸出的信號(hào)變化緩慢、幅值小（小于1 mV），不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號(hào)，因此傳感器的輸出信號(hào)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)專門的信號(hào)處理電路，使得傳感器輸出信號(hào)的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。根據(jù)以上要求，人體熱釋電檢測(cè)電路組成框圖如圖3所示。

　　信號(hào)處理電路

　　本設(shè)計(jì)采用BIS0001來(lái)完成對(duì)熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。BIS0001是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號(hào)處理集成電路，它主要由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成。由BIS0001構(gòu)成的信號(hào)處理電路如圖4所示。

　　圖 4中，熱釋電傳感器S極輸出信號(hào)送入BIS0001的14腳，經(jīng)內(nèi)部第一級(jí)運(yùn)算放大器放大后，由C3耦合從12腳輸入至內(nèi)部第二級(jí)運(yùn)算放大器放大，再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，最后從12腳輸出信號(hào)（Vo）送入單片機(jī)進(jìn)行照明控制。BIS0001的1腳接高電平，使芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出Vo（高電平）的延遲時(shí)間Tx由外部R8和C7的大小調(diào)整；觸發(fā)封鎖時(shí)間TI由外部R9和C6的大小調(diào)整。

　　延時(shí)時(shí)間選擇電路

　　系統(tǒng)在AT89C52的P1中設(shè)置了延時(shí)時(shí)間選擇電路，其目的是在環(huán)境光照較弱時(shí)，照明設(shè)備延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅。電路通過(guò) P1.0～P1.3設(shè)置4個(gè)延時(shí)時(shí)間，當(dāng)P1.0～P3.0無(wú)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，系統(tǒng)按初始值進(jìn)行延時(shí)；當(dāng)P1.0～P1.3有開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，程序從 P1.3～P1.0進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)到某一端口為低電平時(shí)，則系統(tǒng)按當(dāng)前端口設(shè)置的值進(jìn)行延時(shí)。設(shè)置時(shí)間關(guān)系值如表1所示。

　　輸出控制電路

　　單片機(jī)對(duì)光照檢測(cè)電路和傳感器處理電路輸出的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，輸出控制信號(hào)由單片機(jī)的P2.0輸出。在室內(nèi)環(huán)境光照較強(qiáng)或光較弱但室內(nèi)又無(wú)人時(shí)，P2.0 輸出高電平，此時(shí)三極管V1截止，繼電器J1不工作，則接在220 V上的照明設(shè)備不亮。在室內(nèi)光照較弱且傳感器檢測(cè)室內(nèi)有人時(shí)，則P2.0輸出低電平，此時(shí)三極管V1導(dǎo)通，繼電器J1工作，則220 V交流電通過(guò)繼電器加到照明設(shè)備上，照明設(shè)備正常點(diǎn)亮。

　　本次設(shè)計(jì)的智能照明控制系統(tǒng)，適用于學(xué)校、商場(chǎng)等大面積室內(nèi)場(chǎng)所的照明控制，可以有效地對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，達(dá)到科學(xué)管理與節(jié)能的目的。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、工作穩(wěn)定、可靠性高。若在該系統(tǒng)中增加報(bào)警裝置，也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能。

　　TOP7 智能移動(dòng)終端系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)詳解

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，各種移動(dòng)定位終端已經(jīng)深入我們的生活，而同時(shí)人們需要更多基于位置的安全保障，于是也向GPS提出了新的要求，能否提供一種嵌入式GPS，提供安防聯(lián)防諸如巡查過(guò)程中保安移動(dòng)信息服務(wù)，位置監(jiān)控調(diào)配服務(wù)等。不言而喻，GPS、微型嵌入式終端等新技術(shù)，必然成為GIS中一個(gè)新興的重要研究領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)電子巡查系統(tǒng)（圖1）智能終端兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：GPS信息獲取以及空間位置信息、總臺(tái)命令的無(wú)線交互傳輸。

　　以往的保安巡查沒(méi)有太多設(shè)備，人均一個(gè)對(duì)講機(jī)，一條警棍。隨著GPS的出現(xiàn)，基站即總臺(tái)對(duì)每個(gè)保安的地理位置信息的掌握成為可能。即每個(gè)保安配備一套 GPS定位設(shè)備，以及一套將自身位置信息發(fā)送給總臺(tái)的無(wú)線收發(fā)設(shè)備。由于給每個(gè)保安重新配備一套設(shè)備成本高昂，而且淘汰已有的對(duì)講機(jī)不夠現(xiàn)實(shí)，于是，將對(duì)講機(jī)作為已有的信道載體，便一舉兩得，只須對(duì)舊的對(duì)講機(jī)作局部電路的調(diào)整修改，就能既方便又實(shí)際地構(gòu)筑前所未有的安全體系。

　　圖1 電子巡查系統(tǒng)應(yīng)用

　　利用主板與各個(gè)功能模塊的結(jié)合組成移動(dòng)智能終端。它包括MCU即單片機(jī)AT89S52、GPS接收模塊、模擬調(diào)制解調(diào)芯片MSM6882、液晶顯示模塊 LCD1602、語(yǔ)音合成芯片XF1M01，見(jiàn)圖2。移動(dòng)智能終端完成正向GPS數(shù)據(jù)采集、處理和發(fā)送，以及反向?qū)偱_(tái)命令進(jìn)行接收、識(shí)別、執(zhí)行。其中 GPS模塊一秒鐘輸出一次GPS信息，MCU將其收錄，并在顯示模塊上顯示自身經(jīng)緯度和時(shí)間日期。然后通過(guò)調(diào)制解調(diào)芯片將數(shù)據(jù)加載到對(duì)講機(jī)然后無(wú)線傳輸給總臺(tái)，完成正向任務(wù)。

　　圖2 智能終端結(jié)構(gòu)

　　接著會(huì)有大約半秒種時(shí)間段等待總臺(tái)命令，若收到總臺(tái)的命令，即根據(jù)數(shù)據(jù)幀判斷命令類型，提取相應(yīng)數(shù)據(jù)，經(jīng)MCU處理后執(zhí)行相應(yīng)的顯示操作和語(yǔ)音提示操作，完成反向任務(wù)。當(dāng)終端接收到目標(biāo)命令信息并處理執(zhí)行后，重新發(fā)送回總臺(tái)時(shí)前導(dǎo)碼改變以表示命令接收成功，使總臺(tái)作出相應(yīng)處理。例如前導(dǎo)碼可以從 “start”變成“start1”。

　　和以往功能單一，界面欠缺人性化的便攜式設(shè)備相比，這個(gè)GPS數(shù)據(jù)采集處理傳輸一體化智能終端有了功能的擴(kuò)展。首先，每個(gè)保安可以在LCD顯示屏上看到自己的所在經(jīng)緯度、時(shí)間日期等信息，給保安一個(gè)直觀，清晰的地理位置感。另外，可以實(shí)時(shí)接收來(lái)自總臺(tái)的命令信息，經(jīng)MCU處理后，將總臺(tái)派遣前往的地點(diǎn)經(jīng)緯度現(xiàn)實(shí)在LCD屏幕與自身位置加以對(duì)比，實(shí)現(xiàn)信息的透明化。另一個(gè)改進(jìn)是語(yǔ)音提示智能化以及角度偏置的計(jì)算，通過(guò)接收總臺(tái)發(fā)出的目標(biāo)派遣地點(diǎn)經(jīng)緯度，與自身位置比較后，明確清晰地提示保安該往什么方向走多遠(yuǎn)。系統(tǒng)終端采用51系列的單片機(jī)作MCU。用調(diào)制解調(diào)芯片把信號(hào)加載到對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸代替獨(dú)立的無(wú)線通信模塊。液晶屏選取簡(jiǎn)單易用的LCD1602。方案大大降低成本，而且穩(wěn)定可靠。

　　如圖所示，在1秒時(shí)隙內(nèi)，先接收GPS信號(hào)（圖中GPS表示），經(jīng)采集后再發(fā)送給調(diào)制芯片（圖中Send_data），然后控制LCD顯示（圖中 LCD），顯示完畢后開(kāi)始等待接收總臺(tái)命令信號(hào)，等待直至下一秒的到來(lái)，相隔大約0.6秒。若下一秒到來(lái)前沒(méi)有命令信號(hào)則轉(zhuǎn)入下一個(gè)循環(huán)；若下一秒到來(lái)前有接收到命令信號(hào)則進(jìn)入接收程序（圖中Receive_data），經(jīng)過(guò)短暫的數(shù)據(jù)處理時(shí)間段（圖中process）后再啟動(dòng)顯示（圖中 LCD2），然后驅(qū)動(dòng)語(yǔ)言芯片發(fā)音（圖中Speak）。成功收到命令信息后，下一周期的“Send_data”將改變前導(dǎo)碼以反饋給總臺(tái)。

　　硬件電路設(shè)計(jì)

　　圖5 智能終端整體硬件電路

　　MCU

　　本設(shè)計(jì)采用AT89S52作為MCU，其中P0口與P1口的2，3，4控制LCD1602；P1口的5，6，7作為同步串口控制調(diào)制解調(diào)芯片MSM6882；串口的RX接收GPS數(shù)據(jù)，TX發(fā)送語(yǔ)音數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖5）。

　　GPS模塊

　　設(shè)計(jì)采用u-blox公司的GPS接收模塊nr-86，該模塊體積小重量輕，集成高靈敏度、低功耗的NemeriX芯片方案于設(shè)計(jì)中。本模塊能快速定位， 1Hz導(dǎo)航更新頻率，并可以對(duì)16顆衛(wèi)星進(jìn)行同時(shí)跟蹤。支持WGS-84的數(shù)據(jù)協(xié)議。它接口簡(jiǎn)單，TTL電平串口輸出NMEA-0183格式的數(shù)據(jù)，只須連接模塊的TX端與51單片機(jī)的RX端，另外單片機(jī)P1.0與模塊的RESET端相連，以控制模塊復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用NMEA默認(rèn)格式中的$GPRMC協(xié)議，是由于該協(xié)議精簡(jiǎn)，信息覆蓋面廣，數(shù)據(jù)容易被單片機(jī)采集處理。

　　調(diào)制解調(diào)芯片MSM6882

　　在設(shè)計(jì)時(shí)，89S52單片機(jī)通過(guò)同步串口與該芯片相連，然后由芯片把信號(hào)調(diào)制到模擬信道，再將信號(hào)加載到對(duì)講機(jī)（PTT）上，由對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸。單片機(jī)CLK引腳的輸入時(shí)鐘周期應(yīng)在0.42μs到1.35μs范圍內(nèi)，通過(guò)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)輸入到電臺(tái)的幅值。信號(hào)一路經(jīng)信號(hào)限幅后送入 MSM6882的AI引腳，另外一路經(jīng)放大、檢波、幅值比較后送入單片機(jī)，以作為載波檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到該信號(hào)時(shí)，可以采取延時(shí)發(fā)送的方式來(lái)避免同頻干擾和信道阻塞。

　　語(yǔ)音合成芯片XF1M01

　　語(yǔ)音合成芯片 XF1M01通過(guò)異步串口接收待合成的文本，它內(nèi)含GB-2312漢字字庫(kù)，外接單支三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，即可實(shí)現(xiàn)文本到聲音（TTS）的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)中音頻輸出通過(guò)功放再送給揚(yáng)聲器，以獲得較大音量，適應(yīng)戶外環(huán)境。只須送給它漢字的內(nèi)碼（即16位二進(jìn)制字符），即可讀出一字，多送多讀，因此對(duì)存放空間的要求要低，適合電子巡查系統(tǒng)的應(yīng)用。芯片空閑時(shí)Ready端輸出低電平，因此將其連至單片機(jī)P3.2，單片機(jī)即可掃描該引腳，當(dāng)芯片空閑時(shí)就通過(guò)異步串口給它發(fā)送數(shù)據(jù)。傳輸波特率由Baud_0、Baud_1兩個(gè)引腳決定，設(shè)計(jì)中采用的是9600bps。單片機(jī)的P1.1與芯片RESET端相連以控制芯片復(fù)位。

　　設(shè)計(jì)了一個(gè)嵌入式智能移動(dòng)定位終端，經(jīng)過(guò)實(shí)物調(diào)試成功。巧妙利用低成本硬件實(shí)現(xiàn)了GPS的信號(hào)采集、處理、傳輸?shù)鹊墓δ?。設(shè)計(jì)通過(guò)低成本的設(shè)備改良制作出了智能移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)總臺(tái)對(duì)保安位置等信息的掌握，監(jiān)控。本設(shè)計(jì)巧妙地運(yùn)用原有對(duì)講機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字通信媒介，使得成本更低應(yīng)用更方便。另外語(yǔ)音合成文本芯片的運(yùn)用簡(jiǎn)化了硬件的開(kāi)發(fā)。