黄埔路灯车公司    路灯车测探系统硬件设计

     黄埔路灯车公司  路灯车测探系统硬件设计   黄埔路灯车公司, 黄埔路灯车, 黄埔路灯车多少钱  硬件设计是系统功能实现的基础，直接影响软件设计的难易程度、开发周期的长短和系统性能的好坏。根据总体设计方案，本章将依次介绍传感器节点和显控终端的硬件设计，首先给出硬件总体设计，再详细介绍各个模块，最后介绍印制电路板设计。该系统不需要与路灯车内部的控制系统直接通信，属于后装类型的产品，独立于路灯车本身进行设计。

    传感器节点硬件架构传感器节点是整个系统的基本姐成单元，用于路灯车动臂、斗杆和铲斗的倾角测量。传感器节点微控制器ＣＣ２５３０为控制核心，包括电源模块、电池电量采集模块、测试用ＲＳ２３２通信模块、ＭＰＵ６０５０数据采集模块、射频模块及其他一堅辅助功能模块。下面对各模块进行详细介绍。锂电池调试电路复位电路＾时钟电路最小系统是指使微控制器运行的最低配置，包括电源、时钟电路和复位电路。

   （１）电源：ＣＣ２５３０使用３．３Ｖ电压供电，电源端连接了多个滤波电容。（２）晶振电路：ＣＣ２５３０内部带有１６ＭＨｚ和３２ＫＨＺ的ＲＣ振荡器，提供了两个外接振荡器接口，分别用于接３２ＭＨｚ和３２ＫＨＺ晶体振荡器。其中，３２ＭＨｚ晶振可以为微控制器提供精确的主时钟，同时ＲＦ收发电路必须用到３２ＭＨｚ晶振；３２ＫＨＺ用于低功耗模式，此时主时钟关闭，设备依靠３２ＫＨＺ时钟执行定时唤醒等功能。本系统选用３２ＭＨｚ频率的石英晶振作为外部晶振，石英晶振与ＭＣＵ的Ｘ０Ｃ＿Ｑ１和Ｘ０Ｃ＿Ｑ２相连，同时连接了两个２７ｐＦ的负载电容。（３)复位电路：ＣＣ２５３０的２０号引脚为复位引脚ＲＥＳＥＴ＿Ｎ，低电平有效，选用上电自动复位方式。复位电路由１０Ｋ的上拉电阻和ｌｕＦ的电容组成，复位原理是在通电瞬间，由于电容Ｃ２６两端电压不能突变，视为短路，复位引脚为低，然后电容逐渐充电，使复位引脚逐渐变成高电平。３丄３调试下载电路ＣＣ２５３０使用ＣＣ－Ｄｅｂｕｇｇｅｒ作为程序调试下载工具。ＣＣ２５３０使用两线调试接口，可实现对片上闪存编程、访问寄存器和存储器，具各单步调试、断点调试和修改寄存器等功能。调试接口为引脚Ｐ２．１和Ｐ２．２。调试模式下，Ｐ２．１作为调试数据引脚ＤＤ，Ｐ２．２作为调试时钟引脚ＤＣ；非调试模式下，Ｐ２．１和Ｐ２．２仍可作为普通Ｉ／Ｏ或外设引脚使用，即调试接口不干预任何外设Ｉ／Ｏ引脚。Ｊ１为５针的仿真器接口，分别与复位引脚、调试数据引脚ＤＤ、调试时钟引脚ＤＣ、３．３Ｖ电源和地相连。 

      电源模块设计, 传感器节点使用锂电池作为供电电源，电源模块即电压转换电路。系统使用Ｓｉｐｅｘ公司的电压转换芯片排Ｘ３８１９Ｍ５－３．３，实现４．２Ｖ到３．３Ｖ电压转换。该芯片可接收－２０Ｖ到＋２０Ｖ的输入电压，噪声低，精度高，可驱动５００ｍＡ的负载。根据实际测试，输入电压与＋３．３Ｖ存在一定压差时，都可完成输入电压到＋３．３Ｖ的转换。Ｃ１用于输入端电源滤波，Ｃ２和Ｃ３用于输出端电源滤波，其作用是减少输出电压波纹，提高电压稳定性；ＥＮ为使能输入端，高电平有效，图３．４中ＥＮ直接与电源输入端相连。当设备连接上锂电池，ＥＮ变高，ＳＰＸ３８１９Ｍ５－３．３开始工作。锂电池电量检测通过微控制器的ＡＤＣ功能实现，ＡＤＣ的输入电压不能高于供电电压＋３．３Ｖ，故使用４７Ｋ电阻和１００Ｋ电阻对供电电压分压，再输入到ＭＣＵ的ＡＤＣ引脚。

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      ＰＣＢ天线电路设计,  天线实质上是一种能量变换器，它将导体上的高频交变电流与自由空间中的电磁波进行正逆能量变换，同一天线可同时用作发射和接收天线，满足互易定理［４８］。ＲＦ射频电路的性能优劣直接影响无线网络的通信质量。为了提高天线福射电磁波的强度，应使流过天线导体的高频电流尽可能强，而己知当电路处于谐振状态时，电流最大，此时天线福射最强Ｉ５Ｗ。由传输线理论可知，导体长度为１／４波长的整数倍时，该导体在波长的频率上呈现谐振特性。故当天线长度为无线电信号波长的１／４时，天线的发射和接收转换效率最高从天线和波长关系分，天线可分为１／２波长的偶极子天线和１／４波长的单极子天线，单极子天线需要连接地平面，由地平面充当另外１／４波长的天线，通常特征阻抗为５０欧姆。常用的天线有专用芯片天线、鞭状天线和ＰＣＢ天线等类型。不同天线在大小、形状和性能上各不相同。为了减小电路板体积，方便安装，综合考虑天线阻抗匹配、福射距离、功耗和成本等因素，本文选用倒Ｆ型ＰＣＢ天线，该天线是１／４波长的单极子天线，具有全向性好、体积小、成本低等优势，能胜任各种近距离通信。ＣＣ２５３０集成了一个高性能ＲＦ射频收发器，引脚ＲＦ＿Ｐ和ＲＦ＿Ｎ提供了一个差分输入输出接曰，因此本文使用分立ＬＣ己伦匹配电路（平衡／非平衡变换网络）实现收发信号的匹配，Ｌ３、Ｃ１７、Ｌ４、Ｃ１６将两路差分输出ＲＦ＿Ｐ和ＲＦ＿Ｎ信号转换成单端信号，Ｃ１９、Ｃ２０、Ｃ２１组成Ｔ型匹配电路实现阻抗匹配。整个天线结构大致为三部分，分别是天线、介质层和接地板。介质层采用目前普遍使用的玻璃纤维环氧树脂，相对介质常数＝４．４，损耗正切ｔａｎ＝０．０２，参考ＴＩ公司提供的２．４Ｇ倒Ｆ型天线的设计尺寸进行设计。  Ｌ、Ｗ、Ｈ等参数的值会直接影响谐振频率和输入阻抗，不可随意更改。

     测试用串口电路设计,  在调试过程中，为了观察系统软硬件的运行情况，得到无线收发数据、传感器测量值和其他运行结果，微控制器通过２３２串行通信接口与上位机连接，借助串口调试助手显示调试信息，提高系统开发效率。２３２是一种常用的异步串行传输标准接口，采用负逻辑电平。设计中使用微控制器的ＵＡＲＴＯ作为收发器，ＵＡＲＴ输出的是ＴＴＬ电平，ＰＣ机端是ＲＳ２３２电平，两者电平不一致，选用ＳＰ３２３２ＥＥＮ－Ｌ作为电平转换芯片，转换电路如图３．７所示。ＳＰ３２３２ＥＥＮ－Ｌ为双通道转换芯片，通信速度可达１２０ｋｂｐｓ。图３．７中引脚Ｔ１ＩＮ和民１０ＵＴ为通道１的ＴＴＬ电平收发端，与ＭＣＵ的ＵＡＲＴ０接曰相连；Ｔ１０ＵＴ和民１ＩＮ为通道１的ＲＳ２３２电平收发端，串联了１００Ｑ的电阻，用于阻抗匹配，防止信号反射。片外接多个０．１阳的旁路电容，对电源去禪。３丄７ＭＰＵ６０５０数据采集模块ＭＰＵ６０５０提供了口Ｃ接曰，由于ＣＣ２５３０没有ＩＩＣ接口，使用两个Ｉ／Ｏ引脚模拟ＩＩＣ时序，实现两者之间的通信。ＭＰＵ６０５０主要功能管脚。 可选外部时钟输入，不用时可接地ＭＰＵ６０５０硬件电路，Ｃ２４为Ｏ．ｌｕＦ滤波电容，Ｃ５为Ｏ．ｌｕＦ旁路电容，对电源去稱，Ｃ４为２．２ｎＦ的电荷累电容，ＶＬＯＧＩＣ连接ＶＤＤ，Ｃ２２为ｌＯｎＦ的ＶＬＯＧＩＣ旁路电容，滤除高频扰动。ＭＰＵ６０５０在ｌｉｅ通信中，作为从设备来使用。ＭＰＵ６０５０的从机地址为７位，为ｂｌｌＯｌＯＯｘ，引脚ＡＤＯ的逻辑电平决定从机地址的最低有效位Ｘ，若ＡＤＯ连接低电平ＧＮＤ，地址为ＯｘＤＯ；连接高电平ＶＣＣ，地址为ＯｘＤｌ。ＳＣＬ与ＳＤＡ作为ＩＩＣ通信的时钟线和数据线，与ＭＣＵ的Ｐ０．４和Ｐ０．５相连。两个引脚为开漏输出，需连接１０Ｋ的上拉电阻。本文ＡＤＯ接地，ＩＩＣ通信地址为０。

      显控终端硬件设计,  显控终端硬件架构图显控终端是整个系统的控制和数据处理中心。显控终端与传感器节点的电路设计相似，在传感器节点的基础上增加了ＨＭＣ８３磁阻传感器模块和显示屏模块；对于微控制器模块、ＭＰＵ６０５０模块、电源管理模块、测试用串口模块、ＰＣＢ天线等部分不再赞述。

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