—-摘 要：运用MSP430单片机完结微波成像体系的天线扫描操控及数据收集功用，介绍了该体系操控及收集部分的硬件结构及软件规划。 —-主题词：MSP430单片机;微波成像体系;扫描操控;数据收集 导言 —-在无源微波遥感中，微波辐射计是一种获取场景微波特征的重要手法。微波辐射计一般是一部超外差接纳机，经过接纳被测场景在必定频带内的电磁辐射，转化为输出的低频信号，来表征被测场景的地物信息。运用微波辐射计来勘探、接纳被测方针、布景在微波波段的电磁辐射，并把接纳到的辐射信号按份额用伪五颜六色图画直观地显现出来的体系称为微波辐射成像体系。 —-微波辐射成像体系要求在恶劣的环境和气候下长时刻安稳地进行天线扫描成像，所以要求体系设备用于天线扫描操控及数据收集的电路尽量简略、安稳。依据以上的要求，选用了TI公司所出产的MSP430F149型超低功耗FLASH单片机作为这套体系的从机部分，该单片机有60KB的FLASH存储器和 2KB的RAM存储器，能够在一台PC及JTAG操控器的协助下完结程序的下载，完结程序调试。 —-体系全体结构及硬件规划 ● 体系全体结构 —-微波辐射成像体系的原理如图1所示。
—-体系选用主从式核算机进行作业，其间主机选用PC机进行人机对话以及实时成像，从机选用MSP430F149单片机进行步进电机的智能操控以及高速数据收集，主从机之间选用RS232串行通讯端口进行通讯。成像时，先由PC机送出指令参数，再由单片机依据指令宣布相应的操控信号经过驱动扩大电路进入电机，别离或许一起操控两台电机的转向与转速，使得辐射计天线进行主动扫描，一起辐射计将接纳到的信号进行积分后输入到MSP430单片机集成的12位 ADC的模拟信号输入通道，进行12位的A/D转化，然后由单片机经过串口发送程序送入主机存储并显现相应的伪五颜六色图画。 —-为了便利今后的软件晋级，在电路中预留了JTAG调试口能够随时进行软件调试，而且将数据收集信号线，电机操控信号线和定位信号线一致用一个并行接口口输出，便利体系装置调试，从机部分硬件电路原理如图2。
● 天线操控电路 —-运用MSP430F149的P1端口来操控两个电机，每次输出的是一个字节，它的高三位操控水平电机，中心三位操控纵向电机。因为操控电机驱动柜要求的驱动信号电平缓信号电流比单片机I/O口输出的信号电平缓电流都高，一起为了使单片机的输出电平不受驱动扩大电路的影响，运用了两片光电耦合器 TLP521为电机驱动电路供给驱动信号。 ● 数据收集电路 —-MSP430F149具有12位ADC，辐射计输出信号可直接送入该单片机进行12位A/D转化而无需外围扩展A/D转化芯片，多种不同的采样形式能够有用下降软件的复杂度。因为需求守时运用单个通道接纳信号，因而选用单通道单次采样的形式进行数据收集。 ● 通讯电路 —-MSP430F149与PC机的通讯选用RS232串行通讯总线，选用HARRIS公司出产的%&&&&&%L232作为RS232电平转化芯片。 ● 定位电路 —-在微波成像体系中，为了避免电机的失步，确保天线扫描场景与PC机所成图画场景共同必须在单片机上外加定位电路，使得天线扫描一周后能够确认天线的零位，在天线的转台上装置一个撞针，并接单片机的P2.0端口，平常坚持开路状况，P2.0端口坚持高电平，当天线旋转至零位时，撞针与地线触摸，产生短路，P2.0端口电平变为0V，单片机检测到电平产生跳变，使单片机产生中止信号，由此断定天线是否到零位。等效电路如图3所示。
● 电源电路 —-除MSP430F149外，其他芯片均需求电源供给+5V的电压才干作业。体体系一外接5V电源，用电压转化芯片EZ1085C-3.3将5V的电压转化为3.3V为单片机供电。 —-体系软件规划 ● 功用需求及流程 —-微波辐射成像体系的软件部分要完结的功用首要如下。 —-(1)实时进行微波扫描成像，要一起完结操控步进电机以必定的速度旋转;按必定的采样速率收集辐射计输出的电压值;实时在显现器上显现辐射成像体系扫描的场景的伪五颜六色图画;存储辐射图画到硬盘;打印辐射图画; —-(2)对已有的辐射图画重现、调查和剖析; —-(3)对辐射计进行定标核算; —-(4)独自驱动步进电机以不同的方法运动。 —-其间MSP430单片机要完结的作业有：接纳主机发送的指令参数，运用机内的守时器守时中止，中止处理程序决议是否驱动电机走一步或采样一点;要采样一点，从数据端口读入辐射计接纳机的输出信号并进行A/D转化，要驱动步进电机走一步，对片上I/O端口宣布一个驱动脉冲。以上的操作周期为毫秒级。单片机与PC机经过串行通讯端口进行数据交换。 —-程序流程图如图4所示。 ● 天线扫描方法挑选及完结 —-在微波辐射丈量中，选用天线主波束扫描能够对所感兴趣的场景完结辐射丈量成像。因为辐射计相对场景是固定的，故须选用二维机械扫描。
—- 在二维机械扫描进程中，依据采样方法的不同，一般能够选用两种方法。 —-在钟摆扫描方法中，天线如钟摆相同在一维往复扫描，每条扫描线均进行采样，一行扫描完后，天线的另一维举高一个视点持续扫描下一行，直到扫完悉数区域。依据选用哪一维摇摆以及回程是否采样，这种方法又以分为4种状况，如图5所示。其间方法a、c均为正程扫描采样，逆程不采样方法，其长处是各行(或列)之间没有机械齿距差错，但成像时刻差不多是方法b、d的两倍，而方法b、d则有成像速度快，有齿距差错的特色，不过这种差错比较均匀，能够经过机械校正来补偿。 —-在圆周扫描方法中，一般是天线的水平一维以匀速进行旋转，在必定的视点范围内采样，每旋转一周后，纵向一维举高一个视点。它的机械完结简洁，有满足的时刻和空间定标，因为扫描进程中不需求来回的加减速与换向进程，故扫描速度会有很大的进步。 —-因为两电机的转速，滚动机遇都不相同，因而确保它们的接连变相就十分重要，不然，电机的滚动就不会平稳，简单损坏，因而要有精确的时钟守时装置对体系的电机操控和数据收集部分进行中止操作，才干使两台电机别离或许一起平稳的运转，采样方位精确。在程序中选用了MSP430单片机片内的16位守时器 Timer_A进行守时中止，当程序运转时，首要依据主机发送的指令参数核算出扫描和采样所需求的守时时刻，然后预置相应的守时器最大计数值(最大不超越 65536)，守时器从0计数至最大值时产生中止，进入中止子程序，依据程序设定的标志位mxy判别是水平仍是笔直电机滚动，假如要操控水平电机，则调用 go_stepx(cw,direction_x)函数，该函数读出P1端口前三位，依据其值确认下一相的操控字cw，一起，该函数回来改动后的cw值，可供下一次调用。假如要操控纵向电机，则调用go_stepy(cw,direction_y)函数读出P1端口中心三位，它也回来改动后的cw值，然后驱动电机走一步，履行结束后回来主程序。当电机走过相应的采样步数后，程序产生中止，进入采样处理程序。 数据收集模块规划 —-采样处理程序开端运转时，首要将ADC12操控寄存器中的ADC12SC和ENC置位，将输入信号送入采样坚持电路，然后将ADC12SC复位，中止采样，发动A/D转化，将模拟信号转化为12位数字信号并存入挑选的转化存储寄存器，单片机经过片内的异步通用串行模块将转化成果送入主机内进行实时成像处理。 结语 —-本体系将天线操控及数据收集部分和实时成像部分别离，而且选用了高度集成的MSP430F149芯片，减少了线路损耗，简化了体系结构，然后下降了本钱而且进步了体系运转的安稳可靠性。
