用MSP430實(shí)現微波成像的掃描控制與數據采集

系統軟件設計

　　● 功能需求及流程

　　----微波輻射成像系統的軟件部分要完成的功能主要如下。

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

　　----(2)對已有的輻射圖像重現、觀(guān)察和分析;

　　----(3)對輻射計進(jìn)行定標計算;

　　----(4)單獨驅動(dòng)步進(jìn)電機以不同的方式運動(dòng)。

　　----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,利用機內的定時(shí)器定時(shí)中斷,中斷處理程序決定是否驅動(dòng)電機走一步或采樣一點(diǎn);要采樣一點(diǎn),從數據端口讀入輻射計接收機的輸出信號并進(jìn)行A/D轉換,要驅動(dòng)步進(jìn)電機走一步,對片上I/O端口發(fā)出一個(gè)驅動(dòng)脈沖。以上的操作周期為毫秒級。單片機與PC機通過(guò)串行通信端口進(jìn)行數據交換。

　　----程序流程圖如圖4所示。

　　● 天線(xiàn)掃描方式選擇及實(shí)現

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

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

　　----在鐘擺掃描方式中,天線(xiàn)如鐘擺一樣在一維往返掃描,每條掃描線(xiàn)均進(jìn)行采樣,一行掃描完后,天線(xiàn)的另一維抬高一個(gè)角度繼續掃描下一行,直到掃完全部區域。根據選用哪一維擺動(dòng)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(diǎn)是各行(或列)之間沒(méi)有機械齒距誤差,但成像時(shí)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(diǎn),不過(guò)這種誤差比較均勻,可以通過(guò)機械校正來(lái)彌補。

　　----在圓周掃描方式中,通常是天線(xiàn)的水平一維以勻速進(jìn)行旋轉,在一定的角度范圍內采樣,每旋轉一周后,縱向一維抬高一個(gè)角度。它的機械實(shí)現簡(jiǎn)便,有足夠的時(shí)間和空間定標,由于掃描過(guò)程中不需要來(lái)回的加減速與換向過(guò)程,故掃描速度會(huì )有很大的提高。

　　----由于兩電機的轉速,轉動(dòng)時(shí)機都不相同,因而保證它們的連續變相就十分重要,否則,電機的轉動(dòng)就不會(huì )平穩,容易損壞,因此要有精確的時(shí)鐘定時(shí)裝置對系統的電機控制和數據采集部分進(jìn)行中斷操作,才能使兩臺電機分別或者同時(shí)平穩的運行,采樣位置準確。在程序中采用了MSP430單片機片內的16位定時(shí)器Timer_A進(jìn)行定時(shí)中斷,當程序運行時(shí),首先根據主機發(fā)送的命令參數計算出掃描和采樣所需要的定時(shí)時(shí)間,然后預置相應的定時(shí)器最大計數值(最大不超過(guò)65536),定時(shí)器從0計數至最大值時(shí)發(fā)生中斷,進(jìn)入中斷子程序,根據程序設定的標志位mxy判斷是水平還是垂直電機轉動(dòng),如果要控制水平電機,則調用go_stepx(cw,direction_x)函數,該函數讀出P1端口前三位,根據其值確定下一相的控制字cw,同時(shí),該函數返回改變后的cw值,可供下一次調用。如果要控制縱向電機,則調用go_stepy(cw,direction_y)函數讀出P1端口中間三位,它也返回改變后的cw值,然后驅動(dòng)電機走一步,執行完畢后返回主程序。當電機走過(guò)相應的采樣步數后,程序發(fā)生中斷,進(jìn)入采樣處理程序。

數據采集模塊設計

　　----采樣處理程序開(kāi)始運行時(shí),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復位,停止采樣,啟動(dòng)A/D轉換,將模擬信號轉換為12位數字信號并存入選擇的轉換存儲寄存器,單片機通過(guò)片內的異步通用串行模塊將轉換結果送入主機內進(jìn)行實(shí)時(shí)成像處理。

結語(yǔ)

　　----本系統將天線(xiàn)控制及數據采集部分和實(shí)時(shí)成像部分分離,并且采用了高度集成的MSP430F149芯片,減少了線(xiàn)路損耗,簡(jiǎn)化了系統結構,從而降低了成本并且提高了系統運行的穩定可靠性。

參考文獻

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