用MSP430實(shí)現(xiàn)微波成像的掃描控制與數(shù)據(jù)采集

　　----在無源微波遙感中,微波輻射計(jì)是一種獲取場景微波特征的重要手段。微波輻射計(jì)通常是一部超外差接收機(jī),通過接收被測場景在一定頻帶內(nèi)的電磁輻射,轉(zhuǎn)換為輸出的低頻信號(hào),來表征被測場景的地物信息。利用微波輻射計(jì)來探測、接收被測目標(biāo)、背景在微波波段的電磁輻射,并把接收到的輻射信號(hào)按比例用偽彩色圖像直觀地顯現(xiàn)出來的系統(tǒng)稱為微波輻射成像系統(tǒng)。

　　----微波輻射成像系統(tǒng)要求在惡劣的環(huán)境和天氣下長期穩(wěn)定地進(jìn)行天線掃描成像,所以要求系統(tǒng)設(shè)備用于天線掃描控制及數(shù)據(jù)采集的電路盡量簡單、穩(wěn)定?；谝陨系囊?采用了TI公司所生產(chǎn)的MSP430F149型超低功耗FLASH單片機(jī)作為這套系統(tǒng)的從機(jī)部分,該單片機(jī)有60KB的FLASH存儲(chǔ)器和2KB的RAM存儲(chǔ)器,可以在一臺(tái)PC及JTAG控制器的幫助下實(shí)現(xiàn)程序的下載,完成程序調(diào)試。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)

　　● 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

　　----微波輻射成像系統(tǒng)的原理如圖1所示。

　　----系統(tǒng)采用主從式計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作,其中主機(jī)采用PC機(jī)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話以及實(shí)時(shí)成像,從機(jī)采用MSP430F149單片機(jī)進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的智能控制以及高速數(shù)據(jù)采集,主從機(jī)之間采用RS232串行通信端口進(jìn)行通信。成像時(shí),先由PC機(jī)送出命令參數(shù),再由單片機(jī)根據(jù)命令發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)放大電路進(jìn)入電機(jī),分別或者同時(shí)控制兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速,使得輻射計(jì)天線進(jìn)行自動(dòng)掃描,同時(shí)輻射計(jì)將接收到的信號(hào)進(jìn)行積分后輸入到MSP430單片機(jī)集成的12位ADC的模擬信號(hào)輸入通道,進(jìn)行12位的A/D轉(zhuǎn)換,然后由單片機(jī)通過串口發(fā)送程序送入主機(jī)存儲(chǔ)并顯示相應(yīng)的偽彩色圖像。

　　----為了方便以后的軟件升級(jí),在電路中預(yù)留了JTAG調(diào)試口可以隨時(shí)進(jìn)行軟件調(diào)試,并且將數(shù)據(jù)采集信號(hào)線,電機(jī)控制信號(hào)線和定位信號(hào)線統(tǒng)一用一個(gè)并行接口口輸出,方便系統(tǒng)安裝調(diào)試,從機(jī)部分硬件電路原理如圖2。

　　● 天線控制電路

　　----使用MSP430F149的P1端口來控制兩個(gè)電機(jī),每次輸出的是一個(gè)字節(jié),它的高三位控制水平電機(jī),中間三位控制縱向電機(jī)。由于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)柜要求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)電平和信號(hào)電流比單片機(jī)I/O口輸出的信號(hào)電平和電流都高,同時(shí)為了使單片機(jī)的輸出電平不受驅(qū)動(dòng)放大電路的影響,使用了兩片光電耦合器TLP521為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

　　● 數(shù)據(jù)采集電路

　　----MSP430F149具有12位ADC,輻射計(jì)輸出信號(hào)可直接送入該單片機(jī)進(jìn)行12位A/D轉(zhuǎn)換而無需外圍擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換芯片,多種不同的采樣模式可以有效降低軟件的復(fù)雜度。由于需要定時(shí)利用單個(gè)通道接收信號(hào),因此采用單通道單次采樣的模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

　　● 通信電路

　　----MSP430F149與PC機(jī)的通信采用RS232串行通信總線,采用HARRIS公司生產(chǎn)的ICL232作為RS232電平轉(zhuǎn)換芯片。

　　● 定位電路

　　----在微波成像系統(tǒng)中,為了防止電機(jī)的失步,保證天線掃描場景與PC機(jī)所成圖像場景一致必須在單片機(jī)上外加定位電路,使得天線掃描一周后能夠確定天線的零位,在天線的轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝一個(gè)撞針,并接單片機(jī)的P2.0端口,平時(shí)保持開路狀態(tài),P2.0端口保持高電平,當(dāng)天線旋轉(zhuǎn)至零位時(shí),撞針與地線接觸,發(fā)生短路,P2.0端口電平變?yōu)?V,單片機(jī)檢測到電平發(fā)生跳變,使單片機(jī)產(chǎn)生中斷信號(hào),由此判定天線是否到零位。等效電路如圖3所示。

　　● 電源電路

　　----除MSP430F149外,其他芯片均需要電源提供+5V的電壓才能工作。系統(tǒng)統(tǒng)一外接5V電源,用電壓轉(zhuǎn)換芯片EZ1085C-3.3將5V的電壓轉(zhuǎn)換為3.3V為單片機(jī)供電。