用MSP430實現(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,微波輻射計是一種獲取場景微波特征的重要手段。微波輻射計通常是一部超外差接收機,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,來表征被測場景的地物信息。利用微波輻射計來探測、接收被測目標、背景在微波波段的電磁輻射,并把接收到的輻射信號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)定地進行天線掃描成像,所以要求系統(tǒng)設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單片機作為這套系統(tǒng)的從機部分,該單片機有60KB的FLASH存儲器和2KB的RAM存儲器,可以在一臺PC及JTAG控制器的幫助下實現(xiàn)程序的下載,完成程序調(diào)試。

系統(tǒng)總體結構及硬件設計

　　● 系統(tǒng)整體結構

　　----微波輻射成像系統(tǒng)的原理如圖1所示。

　　----系統(tǒng)采用主從式計算機進行工作,其中主機采用PC機進行人機對話以及實時成像,從機采用MSP430F149單片機進行步進電機的智能控制以及高速數(shù)據(jù)采集,主從機之間采用RS232串行通信端口進行通信。成像時,先由PC機送出命令參數(shù),再由單片機根據(jù)命令發(fā)出相應的控制信號通過驅(qū)動放大電路進入電機,分別或者同時控制兩臺電機的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速,使得輻射計天線進行自動掃描,同時輻射計將接收到的信號進行積分后輸入到MSP430單片機集成的12位ADC的模擬信號輸入通道,進行12位的A/D轉(zhuǎn)換,然后由單片機通過串口發(fā)送程序送入主機存儲并顯示相應的偽彩色圖像。

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

　　● 天線控制電路

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

　　● 數(shù)據(jù)采集電路

　　----MSP430F149具有12位ADC,輻射計輸出信號可直接送入該單片機進行12位A/D轉(zhuǎn)換而無需外圍擴展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雜度。由于需要定時利用單個通道接收信號,因此采用單通道單次采樣的模式進行數(shù)據(jù)采集。

　　● 通信電路

　　----MSP430F149與PC機的通信采用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,為了防止電機的失步,保證天線掃描場景與PC機所成圖像場景一致必須在單片機上外加定位電路,使得天線掃描一周后能夠確定天線的零位,在天線的轉(zhuǎn)臺上安裝一個撞針,并接單片機的P2.0端口,平時保持開路狀態(tài),P2.0端口保持高電平,當天線旋轉(zhuǎn)至零位時,撞針與地線接觸,發(fā)生短路,P2.0端口電平變?yōu)?V,單片機檢測到電平發(fā)生跳變,使單片機產(chǎn)生中斷信號,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為單片機供電。