基于无线传输的智能双经纬仪小球测风系统经纬仪数据收发板设计本科...

张立峰　武小芳

[摘 要]本文应用ARM芯片为核心，设计了数字式测风经纬仪控制电路，使得测风效率大大提高，减少了人员数量，降低了人工测量误差。

[关键词]测风经纬仪 嵌入式 ARM 经纬仪

中图分类号：TH761.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0099-01

引言

高空测风的主要方式是通过高空气球与侧风经纬仪共同配合，测风经纬仪在其中起着重要作用，传统经纬仪是普通光学测风，人工调节镜头，记录数据，工作量大，精确度低，通过对经纬仪进行数字化改造，使其具有数字和光学两套系统，在完成普通测风经纬仪的各种功能同时， 增加了数字系统， 使测风经纬仪性能更加稳定可靠， 更适合复杂环境的需要。能自动跟踪，准确记录数据将大大提高工作效率，减少人员引入的误差。

经纬仪的功能要求：

经纬仪能够人工操作，与普通经纬仪一致，在性能上有较大提高，能够自动运算目标轨迹，采集观测数据并自动按照规定模式运算出结果，能够完成显示，设置，可以使用通信线传出测量数据，也可以将数据存储在SD卡中随时取出，经纬仪的旋转精度高于普通经纬仪。

经纬仪硬件电路设计：

CPU选择S3C2410芯片，其内核耗电少、成本低、功能强，特有16/32位双指令集使得运行效率很高。S3C2410的核心逻辑功能是建立在ARM920T内核的基础之上的，外围集成各种功能模块构成整个的嵌入式处理器。本段将介绍ARM920T内核、时钟模块、存储控制模块等部分的工作原理以及S3C2410的启动方式。

首先我们讨论ARM处理器的特点。ARM的特点可以总结如下：体积小、功耗低、成本低、性能高；支持Thumb（16）/ARM（32）位双指令集，能很好地兼容8位/l6位器件；可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率；可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理；在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率；

主电路设计：主电路采用ARM加DSP结构，由ARM 住完成控制，DSP通过光学系统采集图像，完成图像处理与跟踪；运动控制电路由CPU控制，通过DSP计算出的值，完成偏差计算，通过PID算法得出驱动信号控制运动模块跟踪气球。

电源电路设计：为满足低功耗，S3C2410的内核及RTC需要由两路电源供电，其中外围电路3.3V，内核1.8V。由芯片AS117-3.3和AS117-1.8完成直流降压。

RTC电路设计：时钟电路是S3C2410的心脏，必须保证可靠与准确，采用以上电路实现，其中降压环节由串联二极管完成。最终到达RTC的电压在1.8V左右即可。

运动控制电路：运动控制采用芯片LM629完成 ，其内置PID 算法，其参数可以修改， 用于多种直流电机、无刷直流伺服电机以及其他可提供增量式位置反馈信号的伺服机构，可完成高性支持实时读取和设定速度、加速度以及位置等运

动参数。 S3C2410与运动控制芯片LM629 通信， 进行进行更精确的智能运动控制。如下图

位置信号的检测：经纬仪的位置测量完成两个任务：测速和测角，通过测量经纬仪在水平和垂直方向上的转角及转速最终测得探空气球飞行轨迹，最终算出各高度风速风向。下图是3600线光电编码器的信号采集电路，

经纬仪的测试：

经过仿真信号测试及跟踪实验，数字经纬仪的运动速度及精度达到设计要求，对于探空气球的突然转向反应迅速，同时测量精度也比普通经纬仪稍高，硬件电路设计达到预期效果。

参考文献

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作者简介

张立峰（1980-）男，内蒙古呼伦贝尔人，讲师，毕业于内蒙古工业大学信息工程学院，从事自动化设备教学与研究工作，现就职于鄂尔多斯职业学院自动化信息系。

武小芳（1987-）女，内蒙古呼和浩特人，讲师，毕业于太原理工大学能动学院，从事动力装置的教学与研究工作，现就职于鄂尔多斯职业学院自动化信息系。