刁子豪

成都市石室中學(xué)文廟校區(qū)2017級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

刁子豪

成都市石室中學(xué)文廟校區(qū)2017級4班

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(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)射機發(fā)射，解決地質(zhì)爆破隊震動信號的采集，從而實現(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，這種裝置在市場上存在著諸多的缺陷，有些裝置需要GPS的同步對時技術(shù)，這些裝置體積比較大，而且費用比較高，算法復(fù)雜，增加了整個觸發(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同步對時技術(shù)還是藍(lán)牙技術(shù)都存在著不足，借此針對以上存在的通信距離短和成本高等問題，設(shè)計出了簡易數(shù)字控制遠(yuǎn)距離無線同步觸發(fā)裝置，這種系統(tǒng)彌補了通信距離和成本方面的缺點，值得廣泛應(yīng)用和推廣。

1 系統(tǒng)實現(xiàn)及結(jié)構(gòu)框圖

對于簡易數(shù)字控制遠(yuǎn)距離無線同步觸發(fā)裝置的設(shè)計，首先需要利用對講機的發(fā)射鏈接信號建立鏈路，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鎖相芯片的電平變動情況，從而測出觸發(fā)信號，取出對講機的核心部分，利用MCU控制內(nèi)部連接方式，改變其信號的工作模式，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

2.1 發(fā)射站硬件電路設(shè)計

發(fā)射站電路設(shè)計主要有發(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，其采用對講機發(fā)射模塊，分析對講機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過外部觸發(fā)信號，自動改變對講機的模式；發(fā)射信號產(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

接收站硬件電路設(shè)計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。對于分離3 kHz信號的這路，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，這個時候用示波器觀察pin6腳，會有500 Hz的震蕩方波出現(xiàn)。此時當(dāng)芯片沒有鎖定時，輸出電平為高電平，如果500 Hz信號進(jìn)入后，NE567會鎖定并輸出低電平，此時鎖定燈亮；并且該pin腳鏈接微處理器STM32F103RCT6，如果微處理器STM32F103RCT6檢測到電平較低時，便判定通信鏈路的建立，并及時做出響應(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)計都采用單電源供電，由3個比較器所組成，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腳就會沒有電平跳動，一旦大于0.8 Vpp時，pin14則會有電平跳動，接到微處理器STM32F103RCT6的引腳，用于檢測觸發(fā)信號，如果檢測到觸發(fā)信號，接收端會發(fā)生響應(yīng)。此外，因為LM339 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)控制算法軟件的實現(xiàn)

軟件系統(tǒng)設(shè)計是整個裝置設(shè)計的重點和難點。本文采用uVision4 為開發(fā)平臺，進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計。系統(tǒng)軟件設(shè)計的思想是采用模塊化程序設(shè)計方法，主要包括計時模塊、發(fā)送模式模塊、接收模式模塊、觸發(fā)信號處理模塊以及信號產(chǎn)生模塊程序設(shè)計等。

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)計新穎，其選用對講機作為載體，在網(wǎng)絡(luò)沒有覆蓋的地方，對講機可以讓操作人輕松溝通，通過對講機解調(diào)，再通過微處理器檢測鎖相芯片的電平變化，準(zhǔn)確的檢測出觸發(fā)信號，此外，在直線傳播（無障礙物）時，收發(fā)距離可以達(dá)到10千米。本文就系統(tǒng)實現(xiàn)及結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行了簡單的介紹，對系統(tǒng)軟硬件設(shè)計做了詳細(xì)的分析，希望通過本文能夠給相關(guān)工作者帶來幫助。

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