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

系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　● 功能需求及流程

　　----微波輻射成像系統(tǒng)的軟件部分要完成的功能主要如下。

　　----(1)實時進(jìn)行微波掃描成像,要同時完成控制步進(jìn)電機以一定的速度旋轉(zhuǎn);按一定的采樣速率采集輻射計輸出的電壓值;實時在顯示器上顯示輻射成像系統(tǒng)掃描的場景的偽彩色圖像;存儲輻射圖像到硬盤;打印輻射圖像;

　　----(2)對已有的輻射圖像重現(xiàn)、觀察和分析;

　　----(3)對輻射計進(jìn)行定標(biāo)計算;

　　----(4)單獨驅(qū)動步進(jìn)電機以不同的方式運動。

　　----其中MSP430單片機要完成的工作有：接收主機發(fā)送的命令參數(shù),利用機內(nèi)的定時器定時中斷,中斷處理程序決定是否驅(qū)動電機走一步或采樣一點;要采樣一點,從數(shù)據(jù)端口讀入輻射計接收機的輸出信號并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,要驅(qū)動步進(jìn)電機走一步,對片上I/O端口發(fā)出一個驅(qū)動脈沖。以上的操作周期為毫秒級。單片機與PC機通過串行通信端口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　----程序流程圖如圖4所示。

　　● 天線掃描方式選擇及實現(xiàn)

　　----在微波輻射測量中,采用天線主波束掃描可以對所感興趣的場景實現(xiàn)輻射測量成像。由于輻射計相對場景是固定的,故須采用二維機械掃描。

　　---- 在二維機械掃描過程中,根據(jù)采樣方式的不同,通?？梢圆捎脙煞N方式。

　　----在鐘擺掃描方式中,天線如鐘擺一樣在一維往返掃描,每條掃描線均進(jìn)行采樣,一行掃描完后,天線的另一維抬高一個角度繼續(xù)掃描下一行,直到掃完全部區(qū)域。根據(jù)選用哪一維擺動以及回程是否采樣,這種方式又以分為4種情況,如圖5所示。其中方式a、c均為正程掃描采樣,逆程不采樣方式,其優(yōu)點是各行(或列)之間沒有機械齒距誤差,但成像時間差不多是方式b、d的兩倍,而方式b、d則有成像速度快,有齒距誤差的特點,不過這種誤差比較均勻,可以通過機械校正來彌補。

　　----在圓周掃描方式中,通常是天線的水平一維以勻速進(jìn)行旋轉(zhuǎn),在一定的角度范圍內(nèi)采樣,每旋轉(zhuǎn)一周后,縱向一維抬高一個角度。它的機械實現(xiàn)簡便,有足夠的時間和空間定標(biāo),由于掃描過程中不需要來回的加減速與換向過程,故掃描速度會有很大的提高。

　　----由于兩電機的轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)動時機都不相同,因而保證它們的連續(xù)變相就十分重要,否則,電機的轉(zhuǎn)動就不會平穩(wěn),容易損壞,因此要有精確的時鐘定時裝置對系統(tǒng)的電機控制和數(shù)據(jù)采集部分進(jìn)行中斷操作,才能使兩臺電機分別或者同時平穩(wěn)的運行,采樣位置準(zhǔn)確。在程序中采用了MSP430單片機片內(nèi)的16位定時器Timer_A進(jìn)行定時中斷,當(dāng)程序運行時,首先根據(jù)主機發(fā)送的命令參數(shù)計算出掃描和采樣所需要的定時時間,然后預(yù)置相應(yīng)的定時器最大計數(shù)值(最大不超過65536),定時器從0計數(shù)至最大值時發(fā)生中斷,進(jìn)入中斷子程序,根據(jù)程序設(shè)定的標(biāo)志位mxy判斷是水平還是垂直電機轉(zhuǎn)動,如果要控制水平電機,則調(diào)用go_stepx(cw,direction_x)函數(shù),該函數(shù)讀出P1端口前三位,根據(jù)其值確定下一相的控制字cw,同時,該函數(shù)返回改變后的cw值,可供下一次調(diào)用。如果要控制縱向電機,則調(diào)用go_stepy(cw,direction_y)函數(shù)讀出P1端口中間三位,它也返回改變后的cw值,然后驅(qū)動電機走一步,執(zhí)行完畢后返回主程序。當(dāng)電機走過相應(yīng)的采樣步數(shù)后,程序發(fā)生中斷,進(jìn)入采樣處理程序。

數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

　　----采樣處理程序開始運行時,首先將ADC12控制寄存器中的ADC12SC和ENC置位,將輸入信號送入采樣保持電路,然后將ADC12SC復(fù)位,停止采樣,啟動A/D轉(zhuǎn)換,將模擬信號轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號并存入選擇的轉(zhuǎn)換存儲寄存器,單片機通過片內(nèi)的異步通用串行模塊將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入主機內(nèi)進(jìn)行實時成像處理。

結(jié)語

　　----本系統(tǒng)將天線控制及數(shù)據(jù)采集部分和實時成像部分分離,并且采用了高度集成的MSP430F149芯片,減少了線路損耗,簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),從而降低了成本并且提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠性。

參考文獻(xiàn)

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　　----3 張祖蔭,林世杰. 微波輻射測量技術(shù)及應(yīng)用. 電子工業(yè)出版社.1995

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