一種無人值守地面傳感器的系統設計

1 設計任務及采用的器件

　　1．1 設計任務

　　(1)設計出小型化的地面傳感器系統，可在一定范圍內識別人員、輪式和履帶車輛目標，并發送識別結果到接收顯示子系統。探測范圍200－400米。

　　(2)技術參數：額定輸入電壓DC 12V，采用78M05轉換出DC 5V的電壓供DSP系統、無線收發模塊和異步串口使用。

　　(3)具有系統自檢和準確顯示識別結果的功能。

　　1．2 采用的器件

　　采用TMS320VC5509A數字信號處理芯片作為地面傳感器系統的主控芯片。TMS320VC5509A是一種高性能16位定點數字信號處理器，其資源可以完成震動和聲信號采樣和目標識別功能。傳感器調理及放大電路的主要器件是美國TI公司生產的OPA4336。其他主要器件如下：

SDRAM(HY57V64 1 620ETP)、FLASH(Am29LV8OOD)、CPLD(EPM570T100C5N)、TL16C550C 。

2 系統硬件設計

　　地面傳感器系統主要由DSP小系統、傳感器的調理及放大電路、異步串口通信電路、無線收發模塊四部分組成。此系統通過震動和聲音傳感器采集地面運動目標發出的信號，由傳感器調理及放大電路送入DSP進行特征分析與識別，再將識別的結果通過異步串口傳送給無線收發模塊傳回指揮所。系統硬件框架如圖1圖1硬件框架

　　2．1 傳感器的選擇

　　2．1．1 震動傳感器。

　　選用小型化DX20動圈磁電式傳感器作為地震動信號傳感器。

　　2．1．2 聲音傳感器

　　選用733A01型聲音傳感器作為聲音動信號傳感器。

　　2．2 DSP小系統

　　DSP小系統的電源采用DC 5V和TLV1117－3．3及TLV1117－ADJ穩壓芯片提供3．3V與1．6V兩種電壓，并用JTAG口硬件仿真并下載程序，SDRAM用于動態存儲采集到的數據，FLASH保存DSP運行程序，待復位后重新載入DSP內部RAM中運行，CPLD負責外圍器件的選擇控制。DSP通過16根數據總線和14根地址總線通過CPLD與SDRAM、FLASH、串口進行通信。DSP怍為系統的核心，完成信號采集、過零數分析、短時能量分析、動態時間規整算法(DTW)等處理過程。

　　2．3 傳感器調理及放大電路

　　地震動傳感器應能探測到200m以內的運動車輛及20m以內人員腳步的信號，聲音傳感器則能感受到600m以內的車輛噪聲。如此遠距離條件下，由傳感器檢測得到的目標信號很微弱，通常只有mV級。如此小的信號必須先經過前置放大和預處理后才能進行采集處理。另外，由于小型化的要求，信號放大處理電路功耗應盡量小。設計一種低功耗、低噪聲、高增益放大電路，是本系統的關鍵技術之一。考慮到地震動信號的頻率均為150 Hz以下，而車輛運動時的噪聲頻率在250Hz左右，所以在放大器的基礎上添加了低通濾波電路(如圖中C28、C38)以進一步抑制環境噪聲。

　　OPA4336提供了4個獨立的放大器。系統放大電路由兩級組成：兩個對稱的同相放大器U6A和U6C構成第一級，U6B為第二級差動放大器，U6D是聲音放大器。傳感器的調理及放大電路如圖2所示。