基于Si4432散射式大氣低能見度儀電路設計

　　以Cortex-M3架構微處理器為核心的控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

　　系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理部分采用基于ARM Cotex-M3內(nèi)核架構的LPC17xx系列微處理器為核心的硬件平臺。LPC17xx 系列具有較高的運行速度和豐富的外設接口，滿足系統(tǒng)低成本、低功耗、高性能等方面的設計要求?？刂葡到y(tǒng)硬件主要包括微處理器及其支持電路、實時時鐘（RTC）、SD 卡本地數(shù)據(jù)存儲電路、數(shù)據(jù)傳輸接口電路、AD 采樣電路、溫度監(jiān)測電路等。AD 采樣使用16位精度具有自動校準功能的AD7705芯片，使用SPI 總線與處理器連接。溫度傳感器芯片選用LM75，使用IIC 總線連接到處理器。數(shù)據(jù)傳輸主要通過USART 和SPI 數(shù)據(jù)總線接口實現(xiàn)。充分利用LPC17xx 的定時器，實現(xiàn)數(shù)字波形發(fā)生器和數(shù)字移相器，輸出用于發(fā)射光源調(diào)制的低頻方波信號，以及用于鎖相放大器相敏檢波的移相參考波形，采用負反饋比較測量法自動確定所需調(diào)節(jié)的相位， 以替代傳統(tǒng)的模擬電路搭建的方波發(fā)生電路及移相電路，可簡化硬件設計和相位調(diào)節(jié)的調(diào)試過程，有利于提高穩(wěn)定性。

　　多種傳輸方式的預警數(shù)據(jù)輸出電路設計

　　低能見度預警檢測儀的數(shù)據(jù)輸出支持有線傳輸、短距離無線數(shù)傳以及公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸多種方式，以應對現(xiàn)場復雜的安裝條件以及多樣的應用需求，靈活方便地接入到預警監(jiān)測網(wǎng)絡。有線傳輸使用MAX232和MAX13082接口芯片，與微處理器UART 連接，完成TTL 電平到RS232和RS485電平標準的轉(zhuǎn)換。短距離RF 無線數(shù)傳采用Silicon Labs EZRadioPRO 系列ISM 頻段無線收發(fā)一體芯片SI4432，該芯片最新版本為B1版，與微處理使用SPI 總線進行數(shù)據(jù)收發(fā)通信，在240-960MHz 頻率下輸出功率可達+20dBm，接收靈敏度-117dBm，實現(xiàn)500米范圍內(nèi)與可變信息牌、路標等現(xiàn)場預警執(zhí)行設備的可靠數(shù)據(jù)傳輸。在沒有有線通訊網(wǎng)絡建設的地方，使用GPRS 或CDMA 公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，將預警情況及時通報給指揮監(jiān)控中心及相關值班人員。多種方式數(shù)據(jù)傳輸采用模塊化設計，可根據(jù)需要進行相應傳輸模塊的配置和更換，有助于降低設備成本。低能見度預警檢測儀數(shù)據(jù)收發(fā)電路如圖2所示，其中U9為SI4432，由于采用單天線形式，使用了射頻收發(fā)轉(zhuǎn)換開關UPG2214T進行收發(fā)切換。

　　散射式低能見度預警檢測儀主要由紅外光發(fā)射和接收裝置、信號調(diào)理模塊、控制模塊、預警數(shù)據(jù)輸出模塊和電源模塊組成。本文提出的基于Si4432散射式大氣低能見度儀的設計方案。方案中所設計系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理采用基于ARMCortex-M3內(nèi)核的新型微處理器，運行RTOS 實時操作系統(tǒng)，有利于提高運行效率和系統(tǒng)性能，便于升級、維護和擴展。具有良好的社會效益和廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。