用MSP430實(shí)現微波成像的掃描控制與數據采集

　　----在無(wú)源微波遙感中,微波輻射計是一種獲取場(chǎng)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(guò)接收被測場(chǎng)景在一定頻帶內的電磁輻射,轉換為輸出的低頻信號,來(lái)表征被測場(chǎng)景的地物信息。利用微波輻射計來(lái)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(guān)地顯現出來(lái)的系統稱(chēng)為微波輻射成像系統。

　　----微波輻射成像系統要求在惡劣的環(huán)境和天氣下長(cháng)期穩定地進(jìn)行天線(xiàn)掃描成像,所以要求系統設備用于天線(xiàn)掃描控制及數據采集的電路盡量簡(jiǎn)單、穩定?；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(shí)現程序的下載,完成程序調試。

系統總體結構及硬件設計

　　● 系統整體結構

　　----微波輻射成像系統的原理如圖1所示。

　　----系統采用主從式計算機進(jìn)行工作,其中主機采用PC機進(jìn)行人機對話(huà)以及實(shí)時(shí)成像,從機采用MSP430F149單片機進(jìn)行步進(jìn)電機的智能控制以及高速數據采集,主從機之間采用RS232串行通信端口進(jìn)行通信。成像時(shí),先由PC機送出命令參數,再由單片機根據命令發(fā)出相應的控制信號通過(guò)驅動(dòng)放大電路進(jìn)入電機,分別或者同時(shí)控制兩臺電機的轉向與轉速,使得輻射計天線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)掃描,同時(shí)輻射計將接收到的信號進(jìn)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(jìn)行12位的A/D轉換,然后由單片機通過(guò)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調試口可以隨時(shí)進(jìn)行軟件調試,并且將數據采集信號線(xiàn),電機控制信號線(xiàn)和定位信號線(xiàn)統一用一個(gè)并行接口口輸出,方便系統安裝調試,從機部分硬件電路原理如圖2。

　　● 天線(xiàn)控制電路

　　----使用MSP430F149的P1端口來(lái)控制兩個(gè)電機,每次輸出的是一個(gè)字節,它的高三位控制水平電機,中間三位控制縱向電機。由于控制電機驅動(dòng)柜要求的驅動(dòng)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(shí)為了使單片機的輸出電平不受驅動(dòng)放大電路的影響,使用了兩片光電耦合器TLP521為電機驅動(dòng)電路提供驅動(dòng)信號。

　　● 數據采集電路

　　----MSP430F149具有12位ADC,輻射計輸出信號可直接送入該單片機進(jìn)行12位A/D轉換而無(wú)需外圍擴展A/D轉換芯片,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(shí)利用單個(gè)通道接收信號,因此采用單通道單次采樣的模式進(jìn)行數據采集。

　　● 通信電路

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

　　● 定位電路

　　----在微波成像系統中,為了防止電機的失步,保證天線(xiàn)掃描場(chǎng)景與PC機所成圖像場(chǎng)景一致必須在單片機上外加定位電路,使得天線(xiàn)掃描一周后能夠確定天線(xiàn)的零位,在天線(xiàn)的轉臺上安裝一個(gè)撞針,并接單片機的P2.0端口,平時(shí)保持開(kāi)路狀態(tài),P2.0端口保持高電平,當天線(xiàn)旋轉至零位時(shí),撞針與地線(xiàn)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(xiàn)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。系統統一外接5V電源,用電壓轉換芯片EZ1085C-3.3將5V的電壓轉換為3.3V為單片機供電。