摘要： 本文介紹了一種可用於微波輻射' title='微波輻射'微波輻射散射儀' title='數據采集'的嵌入式數據采集、處理和控製係統。首先闡述了微波輻射散射儀的工作原理以及對數據采集、處理和控製電路的要求；然後介紹了係統的硬件設計；最後進行輻射散射儀的數據處理。分析，並給出了幾個可以在CCS環境下運行的關鍵C語言程序。關鍵詞： 嵌入式係統' title='嵌入式係統' 嵌入式係統DSP CPU 輻射計散射計微波遙感具有全天候、全天候的特點，可以穿透植被和土壤。它可以獲得可見光和紅外遙感無法獲得的信息。物體輻射散射特性的研究是微波遙感的重要內容和方法。用輻射計可以測量物體的亮度和溫度，用散射計可以測量物體的散射係數。由於同一被測目標的散射和輻射特性具有很強的互補性，將輻射計和散射儀結合起來，可以對同時獲得的散射信息和輻射信息進行互補融合研究，更好地獲得物體的特性。微波輻射散射儀需要實時采集目標信號和參考信號，並對采集到的信號進行實時處理。使用通用微處理器通常很難完成實時處理任務。通常的方法是將采集到的數據發送到PC進行處理，這使得整個係統變得更大。微波輻射散射儀需要長期在現場甚至野外工作，係統的體積和便攜性更為重要。目前，嵌入式係統已廣泛應用於各種電子設備中，如移動設備、手持PDA、數字電視等。嵌入式係統是以嵌入式處理器為核心、存儲器和I/O等設備組成的係統。與PC係統不同。將嵌入式設計方法應用於微波輻射散射儀將大大減小係統的尺寸並提高其便攜性和可靠性。 1 輻射散射儀工作原理圖1是微波輻射散射儀的原理框圖。該輻射散射儀由雙參考溫度輻射計和噪聲散射儀組成。輻射計分時接收目標輻射信號和兩個參考溫度信號；散射儀接收目標散射信號和內部校正信號。當係統處於輻射計工作模式時，關閉固態噪聲源、功率放大器、隔離器和發射天線； DICKE開關分時切換接收天線和雙參考負載的信號；接收偏振開關分離接收到的V和H偏振信號。當信號發送到DICKE開關時；負載開關切換高低溫參考負載； DICKE開關的輸出信號與本振信號混合，經過中放大、檢波、低放大後送入A/D采樣。當係統處於散射計工作模式時，固態噪聲源產生的噪聲經過功率放大器和隔離器，然後通過發射校正開關送到發射偏振開關，再通過發射校正開關送到發射天線。用於發射的偏振分離器。散射儀的接收部分采用輻射計的接收通道。不同之處在於負載開關固定接收低參考溫度負載，而發射校正開關則使固態噪聲源以分時方式發送至發射機和定向耦合器。定向耦合器將固態噪聲轉換到發射器中。將噪聲源信號耦合到低溫參考負載中進行實時校正。當係統處於輻射散射儀組合模式時，可以分時進行VV、HH、VH、HV散射測量和V、H輻射測量，並根據測量值對被測目標進行分析。本係統需要控製發射偏振開關、接收偏振開關、發射校正開關、DICKE開關和負載開關。係統還需要具有溫度測量、溫度控製和步進電機控製等功能。係統中要完成的數據采集包括係統的高低參考溫度以及混頻檢測的輸出信號。
由於係統的數據處理相對複雜，僅利用微處理器很難完成數據采集時的實時數據處理。為此，數據通常被發送到PC進行處理。微處理器與PC機之間的通訊采用RS232。以下是一種以DSP+微控製器為核心的嵌入式輻射散射儀數據采集、處理和控製的解決方案。 2、嵌入式輻射散射儀數據采集、處理和控製係統。根據輻射散射儀的工作原理以及前麵提到的數據采集、處理和控製電路的分析可知，整個嵌入式係統需要一組控製信號來控製每個開關。電機和溫度。係統需要采集目標的輻射、散射信號以及高低參考負載溫度信號。采集到的數據需要實時可靠地處理並顯示相應的處理結果。設計輻射散射儀的嵌入式數據采集、處理和控製係統可以采用以DSP+單片機為核心的主從式嵌入式係統來實現。係統中DSP主要完成數據處理以及一些按鈕和顯示工作；單片機完成每組控製信號的輸出和數據采集，同時還負責整個係統的工作模式。這種主從係統有利於充分發揮DSP和單片機的優勢。 2.1 係統工作原理整個嵌入式係統如圖2所示。DSP與PIC16F874單片機采用HPI-8主從接口進行通信。程序存儲器AT29LV1024存儲DSP程序，數據存儲器CY7C1021VC33存儲單片機采集的原始數據以及DSP處理後和處理過程中的數據。 LCD采用液晶模塊EDM12864B，可在1616點陣中顯示48個漢字。按鍵使用兩個鎖存器，通過定時掃描來判斷按鍵是否被按下。 PIC16F874具有片上A/D采樣電路，可以將輻射信號、散射信號、高低參考溫度、環境溫度和機箱溫度轉換為數字信號。 2.2 係統硬件設計圖3所示為DSP的存儲器擴展、按鈕及顯示電路。使用/PS控製程序存儲器FLASH，使用R/W控製FLASH，並將FLASH接地。使用/DS控製SRAM，使用R/控製SRAM，SRAM和BLE接地。按鈕和LCD 均受控製。鎖存器U1 (74HC573) 使用/IS 和A12 選通脈衝。當/IS和A12都為0時，U1選通。這樣就可以將U1的地址設置為0EFFFH，DSP對U1采用定時掃描，依次輸出高電平。 title='高級別'高級別。鎖存器U2 (74HC573) 由IOSTRB 和A13 控製。當A13和A13都為0時，U2選通。這樣可以將U2的地址設置為0DFFFH，DSP對U2進行定時讀取，根據讀取值和輸出值來判斷是否按下按鈕以及按下哪個按鈕。 LCD模塊由A14控製。當A14和A14都為0時，LCD選通。圖4顯示了DSP和微控製器之間的通信、數據采集和控製電路。 5402（從處理器）和PIC16F874（主處理器）通過HPI-8進行通信。 HPI-8是一種速度快、硬件接口簡單的並行通信方式。對於大數據通信來說更加高效。 5402的HD0~7是8位數據總線，通過它讀寫數據、地址和控製字。控製線HCNTL0和HCNTL1指示主處理器通過HD0~7讀寫的數據類型。由於5402的數據、地址和控製字都是16位數據，因此主處理器需要分兩次傳輸數據。控製線HBIL向主機指示是傳輸第一字節還是第二字節。在圖4中，HPI-8通過程序將HCS接地、HDS2連接到高電平、HDS1連接到0進行內部門控。 HPIENA 是HPI 的推動者。當DSP上電複位時，檢測HPIENA引腳的電平。如果為高電平，則HPI使能，因此將HPIENA連接到高電平。引腳HR/W 控製讀和寫。高電平表示主機要讀HPI-8，低電平表示主機要寫HPI-8。連接引腳具有高電平。 PIC16F874有5個12位A/D采樣電路，可以內部采樣高低參考溫度信號和混合頻率檢測信號。
PIC16F874將采集到的數據通過HPI-8發送至5402進行處理，同時根據輻射散射儀工作模式提供相應的幾組控製開關信號和電機驅動信號。 2.3 嵌入式操作係統的設計嵌入式係統光有硬件是不夠的，還必須配備相應的操作係統。早期的嵌入式係統采用前端和後端係統，穩定性和實時性較差；而實時嵌入式操作係統因其可靠性高、開發效率高、多任務等特點而得到越來越廣泛的應用。係統軟件包括DSP通信軟件、鍵盤I/O驅動程序、LCD驅動程序、任務調度處理程序和單片機軟件等。編寫DSP軟件時一般采用C語言和彙編語言混合編程。驅動程序直接與硬件交互，用C語言控製不方便，所以一般采用彙編語言。我們必須善於利用DSP/BIOS進行實時操作係統設計。 DSP/BIOS是實時底層軟件，提供基於優先級的任務調度、中斷處理、I/O服務等。同時DSP/BIOS可以實時獲取目標機的信息，並可以在軟件調試階段對應用程序進行實時探測、跟蹤和監控。這樣，在係統軟件開發階段可以簡化係統軟件設計並節省開發時間。 DSP/BIOS由C語言和彙編語言以API調用的形式進行調用。在編譯過程中，DSP/BIOS庫連接到應用程序並映射到目標係統的程序。 3 嵌入式輻射散射儀的數據處理與實現輻射散射儀中有兩個核心數據處理，一是輻射計的亮溫，二是散射儀的散射係數。 3.1 雙參考溫度輻射計測量亮度溫度。雙參考溫度輻射計分別測量天線亮度溫度TA、低參考負載溫度TL和高參考負載溫度TH的輻射信號。這些信號經平方律檢測後，輸出電壓分別為V1、V2和V3。由此可以得到天線的溫度TA(K)為：單片機采集這些數據後，發送給DSP。 DSP需要根據V1和V2調整數據。V3、TH、TL得到TA。當DSP進行這種數值運算時，使用C語言是非常方便的。下麵是求解TA的C程序： double get_Ta(V1, V2, V3, Th, Tl)double V1, V2, V3, Th, Tl; { 雙Ta; Ta(V1-V3)(Th-Tl)/(V2-V3)-Tl；返回（Ta）； }3.2 散射儀的散射係數根據雷達方程，可推導出後向散射係數pq： 其中i 為入射角，H 為天線高度，I(i,H ) 為輻照積分，是一個函數入射角和天線高度的關係，Pr 是天線接收功率，Pt 是天線發射功率，Kdb 是常數。散射儀測量Pr和Pt後，Kdb和I(i,H)已知，因此可以計算後向散射係數pq。 C語言程序為： #define K5.1doubleget_scatter(int Pr, int Pt, int Qi, int H) {extern double get_I();雙散點，i； i=get_I(Qi, H);散射=Pr/Pt-K-i；返回（分散）； }參考文獻1 李毅，方振和。 8 毫米便攜式微波輻射計-散射計的控製、數據收集和處理係統。上海大學學報.2002;(7)2 TMS320C54x DSP 參考集第13 卷TMS320C54x 優化C/C++ 編譯器用戶指南及CPU 和外設
