用MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)微波成像系統(tǒng)的掃描控制與數(shù)據(jù)采集

----系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
● 功能需求及流程
----微波輻射成像系統(tǒng)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(jī)以一定的速度旋轉(zhuǎn)；按一定的采樣速率采集輻射計(jì)輸出的電壓值；實(shí)時(shí)在顯示器上顯示輻射成像系統(tǒng)掃描的場(chǎng)景的偽彩色圖像；存儲(chǔ)輻射圖像到硬盤(pán)；打印輻射圖像；
----(2)對(duì)已有的輻射圖像重現(xiàn)、觀(guān)察和分析；
----(3)對(duì)輻射計(jì)進(jìn)行定標(biāo)計(jì)算；
----(4)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)以不同的方式運(yùn)動(dòng)。
----其中MSP430單片機(jī)要完成的工作有：接收主機(jī)發(fā)送的命令參數(shù)，利用機(jī)內(nèi)的定時(shí)器定時(shí)中斷，中斷處理程序決定是否驅(qū)動(dòng)電機(jī)走一步或采樣一點(diǎn)；要采樣一點(diǎn)，從數(shù)據(jù)端口讀入輻射計(jì)接收機(jī)的輸出信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，要驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)走一步，對(duì)片上I/O端口發(fā)出一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖。以上的操作周期為毫秒級(jí)。單片機(jī)與PC機(jī)通過(guò)串行通信端口進(jìn)行數(shù)據(jù)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(xiàn)
----在微波輻射測(cè)量中，采用天線(xiàn)主波束掃描可以對(duì)所感興趣的場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)輻射測(cè)量成像。由于輻射計(jì)相對(duì)場(chǎng)景是固定的，故須采用二維機(jī)械掃描。
---- 在二維機(jī)械掃描過(guò)程中，根據(jù)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(xù)掃描下一行，直到掃完全部區(qū)域。根據(jù)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(jī)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(jī)械校正來(lái)彌補(bǔ)。
----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(zhuǎn)，在一定的角度范圍內(nèi)采樣，每旋轉(zhuǎn)一周后，縱向一維抬高一個(gè)角度。它的機(jī)械實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，有足夠的時(shí)間和空間定標(biāo)，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(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)都不相同，因而保證它們的連續(xù)變相就十分重要，否則，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)就不會(huì)平穩(wěn)，容易損壞，因此要有精確的時(shí)鐘定時(shí)裝置對(duì)系統(tǒng)的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集部分進(jìn)行中斷操作，才能使兩臺(tái)電機(jī)分別或者同時(shí)平穩(wěn)的運(yùn)行，采樣位置準(zhǔn)確。在程序中采用了MSP430單片機(jī)片內(nèi)的16位定時(shí)器Timer_A進(jìn)行定時(shí)中斷，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，首先根據(jù)主機(jī)發(fā)送的命令參數(shù)計(jì)算出掃描和采樣所需要的定時(shí)時(shí)間，然后預(yù)置相應(yīng)的定時(shí)器最大計(jì)數(shù)值(最大不超過(guò)65536)，定時(shí)器從0計(jì)數(shù)至最大值時(shí)發(fā)生中斷，進(jìn)入中斷子程序，根據(jù)程序設(shè)定的標(biāo)志位mxy判斷是水平還是垂直電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，如果要控制水平電機(jī)，則調(diào)用go_stepx(cw,direction_x)函數(shù)，該函數(shù)讀出P1端口前三位，根據(jù)其值確定下一相的控制字cw，同時(shí)，該函數(shù)返回改變后的cw值，可供下一次調(diào)用。如果要控制縱向電機(jī)，則調(diào)用go_stepy(cw,direction_y)函數(shù)讀出P1端口中間三位，它也返回改變后的cw值，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)走一步，執(zhí)行完畢后返回主程序。當(dāng)電機(jī)走過(guò)相應(yīng)的采樣步數(shù)后，程序發(fā)生中斷，進(jìn)入采樣處理程序。

數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)
----采樣處理程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先將ADC12控制寄存器中的ADC12SC和ENC置位，將輸入信號(hào)送入采樣保持電路，然后將ADC12SC復(fù)位，停止采樣，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號(hào)并存入選擇的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)寄存器，單片機(jī)通過(guò)片內(nèi)的異步通用串行模塊將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入主機(jī)內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像處理。

結(jié)語(yǔ)
----本系統(tǒng)將天線(xiàn)控制及數(shù)據(jù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而降低了成本并且提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性。