刁子豪

成都市石室中學(xué)文廟校區(qū)2017級(jí)4班

簡易數(shù)字控制遠(yuǎn)距離無線同步觸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)

刁子豪

成都市石室中學(xué)文廟校區(qū)2017級(jí)4班

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的日益進(jìn)步，很多高新技術(shù)在城市建設(shè)發(fā)展中得以應(yīng)用，本文研究了一種基于微處理器的數(shù)字控制無線同步觸發(fā)裝置，主要是應(yīng)用在地質(zhì)勘查中，經(jīng)過該裝備可以觸發(fā)發(fā)射機(jī)發(fā)射，解決地質(zhì)爆破隊(duì)震動(dòng)信號(hào)的采集，從而實(shí)現(xiàn)無線同步觸發(fā)，值得現(xiàn)代很多工程的應(yīng)用和推廣。

數(shù)字控制 無線同步 觸發(fā)裝置 微處理器

在以往的地質(zhì)勘探中，經(jīng)常采用人工地震法結(jié)合同軸電纜傳輸同步信號(hào)來了解和采集工程的地質(zhì)情況、資源分布等信息，在這里面需要用到有線同步觸發(fā)裝置，這種裝置在市場(chǎng)上存在著諸多的缺陷，有些裝置需要GPS的同步對(duì)時(shí)技術(shù)，這些裝置體積比較大，而且費(fèi)用比較高，算法復(fù)雜，增加了整個(gè)觸發(fā)裝置的成本，此外，還有一些裝置采用藍(lán)牙技術(shù)在進(jìn)行發(fā)射和接收，穿透能力比較差，并且傳輸距離比較短，所以無論采用GPS同步對(duì)時(shí)技術(shù)還是藍(lán)牙技術(shù)都存在著不足，借此針對(duì)以上存在的通信距離短和成本高等問題，設(shè)計(jì)出了簡易數(shù)字控制遠(yuǎn)距離無線同步觸發(fā)裝置，這種系統(tǒng)彌補(bǔ)了通信距離和成本方面的缺點(diǎn)，值得廣泛應(yīng)用和推廣。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及結(jié)構(gòu)框圖

對(duì)于簡易數(shù)字控制遠(yuǎn)距離無線同步觸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)，首先需要利用對(duì)講機(jī)的發(fā)射鏈接信號(hào)建立鏈路，將濾波分離出來，利用低頻鎖相芯片來選頻，通過微處理器來檢測(cè)鎖相芯片的電平變動(dòng)情況，從而測(cè)出觸發(fā)信號(hào)，取出對(duì)講機(jī)的核心部分，利用MCU控制內(nèi)部連接方式，改變其信號(hào)的工作模式，發(fā)射部分框圖如圖1所示，接收框圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)發(fā)射部分框圖

圖2 系統(tǒng)接收部分框圖

2 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)射站硬件電路設(shè)計(jì)

發(fā)射站電路設(shè)計(jì)主要有發(fā)射模式選擇電路，其利用自鎖開關(guān)，選擇發(fā)射或接收模式；發(fā)射模式控制電路，其采用對(duì)講機(jī)發(fā)射模塊，分析對(duì)講機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過外部觸發(fā)信號(hào)，自動(dòng)改變對(duì)講機(jī)的模式；發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生電路，其經(jīng)無源低通濾波器和隔直電容接入發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射。

2.2 接收站硬件電路設(shè)計(jì)

接收站硬件電路設(shè)計(jì)主要有接收端濾波電路，采用的是四階無源低通濾波，設(shè)置的理論截止頻率是 1.6 k Hz，為了提高無源濾波器的帶負(fù)載能力，使用的電阻采用的升序排列，而電容采用降序排列。對(duì)于分離3 kHz信號(hào)的這路，采用的是無源四階高通濾波器，理論設(shè)置的截止頻率為1.6 kHz，其中電容的設(shè)計(jì)依舊采用降序，電阻采用升序排列，以提高器帶負(fù)載能力，放大電路部分也是使用單電源反相放大。

500 Hz信號(hào)經(jīng)過分離電路分離后，經(jīng)過隔直電容進(jìn)入低頻鎖相電路，調(diào)節(jié)R16，使得電路的鎖相頻率在500 Hz，這個(gè)時(shí)候用示波器觀察pin6腳，會(huì)有500 Hz的震蕩方波出現(xiàn)。此時(shí)當(dāng)芯片沒有鎖定時(shí)，輸出電平為高電平，如果500 Hz信號(hào)進(jìn)入后，NE567會(huì)鎖定并輸出低電平，此時(shí)鎖定燈亮；并且該pin腳鏈接微處理器STM32F103RCT6，如果微處理器STM32F103RCT6檢測(cè)到電平較低時(shí)，便判定通信鏈路的建立，并及時(shí)做出響應(yīng)。500Hz鎖相電路如圖3所示。

圖3 500 Hz鎖相電路

3 KHz觸發(fā)電路設(shè)計(jì)都采用單電源供電，由3個(gè)比較器所組成，所使用的比較器是 LM339，如果分離后輸入的3 KHz正弦波幅度小于0.8 Vpp，pin14腳就會(huì)沒有電平跳動(dòng)，一旦大于0.8 Vpp時(shí)，pin14則會(huì)有電平跳動(dòng)，接到微處理器STM32F103RCT6的引腳，用于檢測(cè)觸發(fā)信號(hào)，如果檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)，接收端會(huì)發(fā)生響應(yīng)。此外，因?yàn)長M339 作為一款集電極開路的比較器，其輸出端都需要加上拉電阻。

2.3 系統(tǒng)控制算法軟件的實(shí)現(xiàn)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是整個(gè)裝置設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文采用uVision4 為開發(fā)平臺(tái)，進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的思想是采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，主要包括計(jì)時(shí)模塊、發(fā)送模式模塊、接收模式模塊、觸發(fā)信號(hào)處理模塊以及信號(hào)產(chǎn)生模塊程序設(shè)計(jì)等。

3 結(jié)束語

綜上所述，簡易數(shù)字控制遠(yuǎn)距離無線同步觸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)有利于充分發(fā)揮其在工程中的作用，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且成本較低，設(shè)計(jì)新穎，其選用對(duì)講機(jī)作為載體，在網(wǎng)絡(luò)沒有覆蓋的地方，對(duì)講機(jī)可以讓操作人輕松溝通，通過對(duì)講機(jī)解調(diào)，再通過微處理器檢測(cè)鎖相芯片的電平變化，準(zhǔn)確的檢測(cè)出觸發(fā)信號(hào)，此外，在直線傳播（無障礙物）時(shí)，收發(fā)距離可以達(dá)到10千米。本文就系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行了簡單的介紹，對(duì)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析，希望通過本文能夠給相關(guān)工作者帶來幫助。

[1]榮軍，何飛，張國云等.簡易數(shù)字控制晶體管測(cè)試儀的設(shè)計(jì)[J].電子器件，2015，38（2）：377-381

[2]黃輝，黃學(xué)良，譚林林等.基于磁場(chǎng)諧振耦合的無線電力傳輸發(fā)射及接收裝置的研究[J].電工電能新技術(shù)，2011，30（1）：32-35

[3]肖雪峰，肖伸平，彭瓊林等.基于嵌入式操作系統(tǒng)的數(shù)字音頻播放器優(yōu)化控制[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2013，32（1）：117-120

[4]劉超進(jìn)，楊寧，聶尉.采煤機(jī)用無線遙控信號(hào)發(fā)射接收裝置設(shè)計(jì)[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，4（42）：218-220