基于Si4432散射式大氣低能見度儀電路設計

　　以Cortex-M3架構微處理器為核心的控制系統硬件實現

　　系統控制和數據處理部分采用基于ARM Cotex-M3內核架構的LPC17xx系列微處理器為核心的硬件平臺。LPC17xx 系列具有較高的運行速度和豐富的外設接口，滿足系統低成本、低功耗、高性能等方面的設計要求。控制系統硬件主要包括微處理器及其支持電路、實時時鐘（RTC）、SD 卡本地數據存儲電路、數據傳輸接口電路、AD 采樣電路、溫度監測電路等。AD 采樣使用16位精度具有自動校準功能的AD7705芯片，使用SPI 總線與處理器連接。溫度傳感器芯片選用LM75，使用IIC 總線連接到處理器。數據傳輸主要通過USART 和SPI 數據總線接口實現。充分利用LPC17xx 的定時器，實現數字波形發生器和數字移相器，輸出用于發射光源調制的低頻方波信號，以及用于鎖相放大器相敏檢波的移相參考波形，采用負反饋比較測量法自動確定所需調節的相位， 以替代傳統的模擬電路搭建的方波發生電路及移相電路，可簡化硬件設計和相位調節的調試過程，有利于提高穩定性。

　　多種傳輸方式的預警數據輸出電路設計

　　低能見度預警檢測儀的數據輸出支持有線傳輸、短距離無線數傳以及公網數據傳輸多種方式，以應對現場復雜的安裝條件以及多樣的應用需求，靈活方便地接入到預警監測網絡。有線傳輸使用MAX232和MAX13082接口芯片，與微處理器UART 連接，完成TTL 電平到RS232和RS485電平標準的轉換。短距離RF 無線數傳采用Silicon Labs EZRadioPRO 系列ISM 頻段無線收發一體芯片SI4432，該芯片最新版本為B1版，與微處理使用SPI 總線進行數據收發通信，在240-960MHz 頻率下輸出功率可達+20dBm，接收靈敏度-117dBm，實現500米范圍內與可變信息牌、路標等現場預警執行設備的可靠數據傳輸。在沒有有線通訊網絡建設的地方，使用GPRS 或CDMA 公網數據傳輸，將預警情況及時通報給指揮監控中心及相關值班人員。多種方式數據傳輸采用模塊化設計，可根據需要進行相應傳輸模塊的配置和更換，有助于降低設備成本。低能見度預警檢測儀數據收發電路如圖2所示，其中U9為SI4432，由于采用單天線形式，使用了射頻收發轉換開關UPG2214T進行收發切換。

　　散射式低能見度預警檢測儀主要由紅外光發射和接收裝置、信號調理模塊、控制模塊、預警數據輸出模塊和電源模塊組成。本文提出的基于Si4432散射式大氣低能見度儀的設計方案。方案中所設計系統的控制和數據處理采用基于ARMCortex-M3內核的新型微處理器，運行RTOS 實時操作系統，有利于提高運行效率和系統性能，便于升級、維護和擴展。具有良好的社會效益和廣闊的產業化前景。